シリコンマイクロマシニングによる超小型光ファイバスイッチ

由硅微加工制成的超紧凑光纤开关

基本信息

批准号：
09750073
负责人：
年吉洋
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,シリコンマイクロマシニング技術により微小な可動ミラー(0.6mm x 0.3mm)を製作し,それを静電引力や電磁力によって駆動することで自由空間中で光ビームのスイッチングを行うものである.ミラーは細いサスペンション(幅16ミクロン,,長さ300ミクロン,厚み0.3ミクロン)によってシリコン基板貫通孔の上部に保持されている.このミラーと対向電極との間に100V程度の直流電圧を印加すると,水平状態に会ったミラーが90ﾟ内部に回転し,1mm程度の自由空間中を伝搬する光ビームを反射することができる.この構造を用いて小型の2x2光ファイバスイッチマトリクスやクロスコネクタ型光スイッチ等を実現している.これまでにスイッチング特性として,応答速度数ミリ秒以内,挿入損失-5dB以内,ファイバ間クロストーク-60dB以下,消光比60dB以上を得ている.また,これまでに4000万回の繰り返し試験の後でも機械的損傷が無いことを確認している.クロスコネクタとして用いる光ファイバスイッチに要求される特性として,スイッチング状態の自己保持機能があげられる.本研究ではミラー上に磁性薄膜(FeCoNi)をスパッタリング法によって堆積し,電磁石とソフト磁性体コアとの組み合わせによる電磁力駆動を用いてミラーを駆動し,スイッチング状態の自己保持化を実現した.また,光ファイバ間の結合効率を向上するために,シングルモードファイバの先端に直径1mmのレンズを融着した球レンズファイバや,加熱処理によってコア径を6ミクロンから12ミクロンに拡大したTECファイバを用いている.また,本研究の実験結果よりスケーリングを検討したところ,ミラーの寸法を更に小型化することによってスイッチングマトリクスのサイズを10x10以上に拡大できることを示した.

在这项研究中，我们创建了一个微小的可移动镜子（0.6mm x该镜子是薄悬浮体（宽16微米，长300微米，厚度）。当在该镜子和对电极之间施加约100V的DC电压时，水平镜子向内旋转90度。可以反射在大约1毫米的自由空间中传播的光束。这种结构已被用来实现紧凑的2x2光纤开关矩阵、交叉连接器型光开关等。到目前为止，开关特性如下：响应速度在几毫秒内，插入损耗在-5dB以内，光纤间串扰在-60dB以下，消光比在60dB以上。而且，即使经过4000万次重复测试，已证实不存在机械损伤。用作交叉连接器的光纤开关所需的特性之一是在开关状态下具有自保持功能。在这项研究中，沉积了磁性薄膜（FeCoNi）采用溅射法对反射镜进行驱动，利用电磁铁和软磁芯组合驱动的电磁力，实现开关状态的自维持。为了提高耦合效率，我们使用了球形透镜光纤，其中直径为1毫米的透镜熔接到单模光纤的尖端，以及芯部直径通过热从6微米扩大到12微米的TEC光纤当基于这项研究的实验结果考虑缩放时，结果表明，通过进一步减小镜子的尺寸，可以将切换矩阵的大小扩展到10x10以上。