MEMS集成光纖連接器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著當(dāng)前光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的不斷增長(zhǎng)，光纖連接器已經(jīng)成為光通信系統(tǒng)中的重要光無(wú)源器件之一，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備間、設(shè)備與儀表間、設(shè)備與光纖間以及光纖與光纖間的非永久性固定連接。隨著光系統(tǒng)的小型化和光纖配線架上連接器密集化程度的不斷增加，傳統(tǒng)連接器逐漸顯示出體積過(guò)大、價(jià)格太貴的缺點(diǎn)，MEMS光纖連接器憑借其加工精度高、零件尺寸小、無(wú)需裝配和可批量制造的優(yōu)點(diǎn)展現(xiàn)出了巨大的市場(chǎng)潛力和廣闊的應(yīng)用前景。 本文在總結(jié)現(xiàn)有的MEMS光纖連接器的特

2、點(diǎn)并針對(duì)其所存在不足的基礎(chǔ)上，結(jié)合體硅工藝和非硅基三維微加工技術(shù)，創(chuàng)新性地提出了以下兩種新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：（1）基于流線型微彎曲面蓋板的自適應(yīng)式MEMS集成光纖連接器；（2）基于雙層復(fù)合膜蓋板的電熱驅(qū)動(dòng)主動(dòng)式MEMS集成光纖連接器。 對(duì)于自適應(yīng)式，首先通過(guò)光學(xué)理論簡(jiǎn)單分析了三種錯(cuò)位情況（徑向錯(cuò)位、軸向間隙和角向偏差）對(duì)單模光纖光功率耦合效率的影響，從而確認(rèn)了硅V型槽精確制備的重要性；其次采用ANSYS有限元軟件對(duì)金屬鎳薄膜彈性雙懸臂

3、梁在光纖插入后產(chǎn)生的應(yīng)力和壓制力隨翹曲位移產(chǎn)生的變化進(jìn)行了仿真分析，合理控制懸臂梁厚度和翹曲位移可使應(yīng)力均勻，并獲得足夠的光纖壓制力；再次，通過(guò)一系列流片實(shí)驗(yàn)整合了流線型微彎曲面光刻膠犧牲層成型技術(shù)、厚膠上打底再甩膠電鍍和硅V型槽的濕法刻蝕等單項(xiàng)工藝，成功摸索了一套簡(jiǎn)單、可靠性好和集成制造的器件制作工藝，制作出了不同尺寸的單元MEMS光纖連接器器件并在此基礎(chǔ)上集成制造了多通道陣列；最后對(duì)樣品進(jìn)行了主要光學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：當(dāng)

4、鎳薄膜雙懸臂梁蓋板厚度在4－6mm范圍內(nèi)、實(shí)際硅V型槽開(kāi)口寬度205－215mm之間、光纖插入后懸臂梁翹曲位移為5－10mm時(shí)，可確保插入損耗約為0.3dB。 針對(duì)自適應(yīng)式MEMS光纖連接器的一些諸如懸臂梁夾持力較小、插拔過(guò)程中光纖受損和陣列化的光纖連接器結(jié)構(gòu)插拔空間小等問(wèn)題，進(jìn)一步提出了一種基于雙層復(fù)合膜蓋板的電熱驅(qū)動(dòng)主動(dòng)式MEMS集成光纖連接器，借助雙層復(fù)合膜通電后的較大翹曲位移和斷電后的回復(fù)壓制作用分別實(shí)現(xiàn)光纖放置的大空間