基于MEMS技術(shù)的可調(diào)諧光濾波器及可變光衰減器的研究和制作.pdf

1、可調(diào)諧光濾波器(TOF：Tunable Optical Filter)和可變光衰減器(VOA∶VariableOptical Attenuator)在構(gòu)建智能全光網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著極其重要的作用，具有未來廣闊的應(yīng)用市場。在現(xiàn)有技術(shù)中，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS：Micro-electro MechanicalSystems)技術(shù)具有高性能、低成本、微型化、集成化等方面的顯著優(yōu)勢。目前，國外推出的MEMS-TOF產(chǎn)品價(jià)格相當(dāng)昂貴，供貨上也存在問題，迫

2、切需要構(gòu)成FP腔的高質(zhì)量可動(dòng)微鏡在制備技術(shù)上得到突破，而我國在這方面缺乏經(jīng)驗(yàn)積累，研究報(bào)道比較少。在MEMS-VOA方面，國外已有不少公司推出了產(chǎn)品，而我國由于不能掌握芯片制備技術(shù)，造成了對國外光器件生產(chǎn)商的過份依賴。因此，開展TOF和VOA的研究開發(fā)，并推進(jìn)其向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，對提升我國光器件產(chǎn)業(yè)的水平、促進(jìn)我國光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重要意義。
　　 與傳統(tǒng)的表面微機(jī)械和體微機(jī)械加工工藝相比，利用SOI-Glass鍵合和背面減薄工藝

3、過程實(shí)現(xiàn)的SOG(Silicon on Glass)器件結(jié)構(gòu)，在MEMS微鏡制作上具有很多優(yōu)點(diǎn)，目前沒有此類結(jié)構(gòu)的商用產(chǎn)品。研究基于SOG的微鏡制作工藝，并發(fā)展其應(yīng)用，是MEMS光器件新的探索方向。
　　 本論文提出了基于SOG的TOF及VOA的結(jié)構(gòu)和制備工藝方案，從理論上全面分析了各自光學(xué)性能的影響因素，給出了由設(shè)計(jì)指標(biāo)出發(fā)確定結(jié)構(gòu)參數(shù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法和步驟，較好地解決了制備過程中遇到的關(guān)鍵工藝問題，為今后進(jìn)一步的產(chǎn)品開發(fā)工作奠

4、定有力的基礎(chǔ)。
　　 在TOF研制上，首先全面分析了鏡面缺陷、吸收、反射率對稱性、襯底吸收、增透膜等對濾波特性的影響；然后根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)以及鏡面缺陷估計(jì)值選取鏡面反射率、腔長和鏡面移動(dòng)量，由此確定介質(zhì)膜層厚度分布參數(shù)和鏡面驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)，并分別利用TFCALC薄膜設(shè)計(jì)軟件和Conventor MEMS設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行模擬驗(yàn)證；制作過程中重點(diǎn)研究了影響鏡面缺陷的刻蝕工藝和光學(xué)介質(zhì)膜的圖形化工藝，介紹了金屬引線鍵合電連接、鈉離子沾污和氣體

5、平衡問題的具體解決方法。最后說明了流片中遇到的問題，分析了測試結(jié)果。
　　 在VOA研制上，分析了金膜反射鏡的厚度、表面粗糙度、斜入射角度、準(zhǔn)直器束腰尺寸、工作距離、透鏡類型等對角度衰減特性的影響，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)微鏡的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了模擬分析；然后總結(jié)了流片過程中遇到的一些主要問題以及采取的解決方法，制作出了扭轉(zhuǎn)微鏡制動(dòng)器的原型器件，通過與雙光纖準(zhǔn)直器耦合實(shí)現(xiàn)了VOA功能；最后給出了VOA的插損、驅(qū)動(dòng)電壓、WDL、P