光纤对接波导阵列的自对准技术

自对准技术是一种新的光纤与波导的对准技术,它更适宜光纤、波导阵列的对接。这种方法是利用V型槽的硅片与波导表面重叠调整而实现。它消除了角调整,化6维调节为2维调节。自对准V型槽的参数设计及腐蚀必须十分精细,它也是自对准技术的关键。     

用于可调光纤光开关的表面微机械反射镜

介绍为光纤光交换器(OXC)设计的表面微机械反射镜的设计、分析与鉴定。这些反射镜由静电微激励器控制,并为光束操纵OXC作了优化。其几何形状决定了它们适于高密度开关矩阵,并且由于在致动机械部分省略了摩擦性的铰链结构,使得这一器件的操作重复性很高。这一反射镜结构的特点之一是最大偏折角可调。它可以通过初始装配调节或更为经典地与标准表面微机械线性激励器联合来进行控制。反射镜使用了商用三层多晶硅表面微机械工艺制作。文中的OXC具有空间和波长可调的优点,特别适用于波分复用(WDM)开关系统。这里制作设计的OXC可用2N个反射镜实现N输入、N输出开关并保持全互连功能。假定额定初始镜转角为25°且入射光垂直于芯片表面,利用这种转镜最多可容纳19路信道。转镜的尺寸为460mm×430mm×1.5mm,用楔阱型静电激励器来激励。转镜的谐振频率为1.31kHz。系统使用衰减系数为0.3的不完全衰减,开关时间为6ms。最大偏折角取决于反射镜的初始偏折角,若初始偏折角为20°,则最大偏折角约为7°。构建了楔阱型微镜静电模型,且实验值与理论值符合得很好。     

采用楔形连接波导和自对准反射镜的8×8阻塞型热光开关

通过改进热光开关单元和全内反射镜,设计并制作了基于SOI材料的8×8阻塞型热光开关矩阵.开关设计中,在单模波导和多模干涉耦合器之间引入楔形连接波导并进行优化,增大单模波导与多模波导之间的耦合效率,减小开关单元的损耗.此外,采用自对准方法提高了全内反射镜的光刻容差.开关矩阵各端口的平均插入损耗约为21dB,单个反射镜引起的附加损耗约为1.4dB,串扰少于-21dB.实验结果说明新设计改善了开关器件的整体特性,与理论分析一致.     

采用楔形连接波导和自对准反射镜的8×8阻塞型热光开关

通过改进热光开关单元和全内反射镜,设计并制作了基于SOI材料的8×8阻塞型热光开关矩阵.开关设计中,在单模波导和多模干涉耦合器之间引入楔形连接波导并进行优化,增大单模波导与多模波导之间的耦合效率,减小开关单元的损耗.此外,采用自对准方法提高了全内反射镜的光刻容差.开关矩阵各端口的平均插入损耗约为21dB,单个反射镜引起的附加损耗约为1.4dB,串扰少于-21dB.实验结果说明新设计改善了开关器件的整体特性,与理论分析一致.     

用于光纤阵列的Si-V型槽的制作

集成光学器件已在许多领域得到了应用，对所有的光学器件，光纤与芯片之间的耦合都是一大难题，这是因为耦合的对准精度要求十分严格。常用的耦合方法之一是用精确腐蚀的Si-V型槽作为集成光学器件尾纤耦合时光纤的固定夹具，V型槽的质量直接关系到耦合的成败。探讨了Si-V型槽制作的理论，尺寸设计及工艺。     

电磁激励的单晶Si微反射镜光开关的设计与制作技术

介绍了电磁激励Si微反射镜偏转的光开关的结构,工作原理和制作技术。光开关单元由单晶Si反射镜板、A1弹簧、A1格子、磁性材料、夹持电极、锁挡、矩形杠杆和外磁场组成。通过控制光开关单元的箝位电压、夹持电压和外磁场,可实现独立寻址的光开关阵列。器件制作使用了表面和体微机械工艺(如电镀、体湿法腐蚀和XeF2的深反应离子腐蚀等)工艺。这种器件可实现任一反射镜偏转角的光开关,最大偏转角可达90°。这种光开关是目前极力推崇的全光网络光开关。     

高定位精度光纤传像束面阵的V型槽法制备

高精度传像束可提高其与相机或透镜阵列之间的耦合精度,满足集成光学成像、光学器件及探测系统等领域的应用要求。为此提出了采用V型槽法制备高定位精度光纤传像束面阵。该方法首先将高精度V型槽嵌入排丝工装中,利用排丝机的张力牵引光纤来进行排丝,V型槽能够保证光纤横向定位精度和纵向定位精度,而后将由V型槽法排丝获得的光纤片进行叠片排列,制备出高定位精度光纤传像束面阵。采用计算机辅助电荷耦合器件(CCD)成像测量系统对传像束面阵光纤定位精度指标进行了测试、计算和分析,结果表明单根光纤的定位精度不超过4μm。该项工作为高精度传像束面阵的制备奠定了基础。     

具有光纤自定位保持结构的2×2扭转微镜光开关阵列的制作和机电特性

应用基于表面硅、体硅微电子工艺的混合微加工技术,制作了新型2×2扭转微镜光开关阵列,并研究了其在外加静电场和交变电场中的机电特性.当该光开关中悬挂多晶硅微镜的弹性扭转梁的厚度约为1μm时,驱动微镜以实现其"开"状态的拐点静电电压为270～290V,而维持微镜"开"状态的最低保持电压在55V左右.理论分析表明,在关于该光开关结构的一系列设计参数中,拐点静电电压对于弹性扭转梁的厚度最敏感.该光开关的开关寿命超过108次,而其开关时间预计小于2ms.对单片集成制造在该光开关阵列芯片上的两种新型光纤自定位保持结构的力学分析表明,它们具有光纤自固定、自对准的性质.     

具有光纤自定位保持结构的2×2扭转微镜光开关阵列的制作和机电特性

应用基于表面硅、体硅微电子工艺的混合微加工技术,制作了新型2×2扭转微镜光开关阵列,并研究了其在外加静电场和交变电场中的机电特性.当该光开关中悬挂多晶硅微镜的弹性扭转梁的厚度约为1μm时,驱动微镜以实现其"开"状态的拐点静电电压为270～290V,而维持微镜"开"状态的最低保持电压在55V左右.理论分析表明,在关于该光开关结构的一系列设计参数中,拐点静电电压对于弹性扭转梁的厚度最敏感.该光开关的开关寿命超过108次,而其开关时间预计小于2ms.对单片集成制造在该光开关阵列芯片上的两种新型光纤自定位保持结构的力学分析表明,它们具有光纤自固定、自对准的性质.     

一种基于锥光纤微球腔的光分插复用器

利用锥光纤倏逝波与微球腔回廊模的耦合原理制成一种锥光纤-微球腔-锥光纤(TRT)型光分插复用器(OADM),可用于密集波复用(DWDM)光纤通信系统光节点中.设计制作了一种三锥光纤双微球结构的TRT型OADM.采用在硅片上光刻腐蚀制作V槽,双面光刻腐蚀制成固定微球上光纤柄的小通孔,将锥光纤与微球集合在硅片上成为OADM器件.对所制作的器件用光波测试系统进行了测试,对结果进行了分析.制作的器件对与微球谐振的光信号具有分出与插入功能,而不谐振的信号损耗很小.     

微机电系统扭转微镜面驱动器的研制

提出了一种新颖的采用键合减薄工艺制作的微机电系统扭转微镜面驱动器,该种微镜面驱动器工艺制作简便可行.通过对研制的微镜面驱动器进行测试,该驱动器在18V驱动电压时可以达到0.3°的扭转角度,微镜面的频率响应时间小于1ms.同时该驱动器具有较大的微反射镜面,面积达到600μm×700μm,试验结果表明微镜面驱动器将可以应用于光通信领域.     

利用(110)硅片制作体硅微光开关的工艺研究

采用基于湿法腐蚀工艺的体硅微机械加工方法,利用(110 )硅片结晶学特性,通过光刻、反应离子刻蚀和湿法刻蚀等工艺,在硅片上同时制作出微光开关的微反射镜结构、悬臂梁结构、扭臂梁结构和光纤定位槽结构,器件的一致性好,制作工艺简单.利用扇形定位区域,精确地沿(110 )硅片的{ 111}面进行定向腐蚀,可使微反射镜镜面垂直度达到90±0 .3°,经测量表面粗糙度低于6 nm.     

Design and Simulation of Silicon-based NiCrAu MEMS Torsion Micromirror with Tilted Back-electrode

Torsion micromirror is a key structure of optical devices in micro-electro-mechanical system (MEMS), such as MEMS optical switches, MEMS variable optical attenuator, MEMS scanning micromirror array and so on. A silicon-based NiCrAu MEMS torsion micromirror is theoretically analyzed. It is shown that in order to have 15~ rotation, the driven voltage should be about 20 V and the thickness of the supporting beam must be controlled in the range of submicron orders of magnitude. This very thin beam makes the structure more unstable and unreliable, and also makes the fabrication more complicated. Based on parallel backelectrode analysis and testing, a tilted back-electrode has been designed to replace the parallel back-electrode in order to decrease the driven voltage and difficulty of fabricating processing. By theoretical analysis and simulation, a conclusion can be drown that the thickness can be improved from submicron to micron by using tilted back-electrode when using the same driven voltage. Tilted back-electrode is very effective to improve the stability and reliability of the micromirror structure.     

KOH各向异性腐蚀中预处理对硅表面粗糙度的影响

通过实验研究表明:不同预处理方法对KOH腐蚀后硅片表面粗糙度的影响不同,分别用35℃的BOE(7:1氟化铵腐蚀液)、常温BOE、10:1 HF、50:1 HF含HF成分的腐蚀液对硅片进行预处理,再和未做预处理的硅片在同等条件下进行KOH腐蚀,实验结果发现预处理后硅片表面粗糙度比未做处理的硅片表面粗糙度增加约1 nm左右,即经过含HF成分的腐蚀液预处理后的硅片再进行KOH腐蚀,其表面粗糙度将变差.     

微型反射式横向位移光纤传感器研究

提出了一种测量横向位移的微型反射式光纤传感器，可用于测量物体相对传感器轴线垂直方向的微位移变化量。从光纤出射光场的光强分布函数出发，用数值积分的方法求解出了反射式横向位移传感器的光强调制曲线，进而设计了光纤传感探头和电路。结果表明，传感器的测量线性范围是1mm，分辨率达lμm。     

反射式光纤在高速旋转叶片振动测量中的应用

采用基于反射式光纤工作原理的新型光纤束式叶尖定时传感器,研制了涡轮机高速旋转叶片振动监测系统,能够高效地收集叶尖定时信号,配合后续的光电转换、数据采集和数据分析,实现了高速旋转叶片的实时振动检测.在现场高速模拟转子的实时监测实验中,该系统的工作性能良好,得到的结果与同时进行监测的应变片实验结果基本一致,分析的异步振动阶次和频率也基本符合,为发动机的在线监测奠定了基础.     

基于数字微镜器件的Hadamard变换编码模板设计及空间光谱调制分析

研究了利用数字微镜器件生成 Hadamard光调制编码模板的方法,深入分析了利用该编码模板进行光调制的工作原理及设计中应注意的技术细节。采用原型样机光谱仪对入射激光进行编码成像实验,光谱反演后提取图像上样本区域内少量像素点的光谱曲线,发现其光谱峰值恰好在激光波长所在的光谱通道内,反演后的图像中只有激光波长所在光谱通道的光谱图像有能量分布。实验结果表明运用数字微镜设计的Hadamard编码模板达到了理想的空间光调制效果。     

高反射率电极及n-GaN表面粗化的InGaN/GaN多量子阱LED的研制

采用高反射率的Cr/Al/Pd/Au作为LED的p-GaN和n-GaN金属电极,替代低反射率的Cr/Pd/Au电极,减小了金属电极对光的吸收,使入射到高反射率金属电极的光经过反射后增加了出射概率,提高了光萃取效率.通过进一步粗化n-GaN表面,抑制了n-GaN/空气界面的光全反射,提高了光萃取效率.实验结果表明,在350 mA电流下,采用高反射率的Cr/Al/Pd/Au电极的LED相比传统电极LED光输出增加了14.3％;结合n-GaN表面粗化,LED的光输出则增加了35.3％.     

基于ZnO薄膜光学温变特性的反射式光纤温度传感器

基于ZnO薄膜吸收光谱的温变特性,设计了一种反射式光纤温度传感器。该传感器以镀于蓝宝石三棱镜面上的ZnO薄膜作为敏感材料,采用三棱镜、凸透镜和位于凸透镜焦点处的光纤端面相配合的结构以及相应的反射式光路。室温至500℃范围测试实验表明,所设计的传感器的温度曲线线性拟合度达99.3%以上,灵敏度优于0.05 nm/℃。该传感器的理论测温范围可达10 K~1000 K,稳定性高,适用于实际工作环境中的宽温变范围温度测量。     

反射式光强调制型光纤传感器的应用及发展

论述了反射式光纤传感器的原理和发展,并介绍了其在实际测量中的一些具体应用。