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光子MEMS开关提供商业和生产效益

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贝灵汉,洗。那April 19, 2021 — Members of an international collaboration initiated by researchers at the University of California, Berkeley used a commercially available CMOS fabrication process to develop a photonic switch based on MEMS technology. The ability to microfabricate a MEMS switch using an unmodified CMOS process moves the MEMS technology toward industrialization, as the platform is compatible with most current technologies.

它也是一种经济高效的方法,使其适用于大批量生产。目前,工程师依赖于实验室环境中的非标准和复杂的进程来制造大多数MEMS光子开关,使大规模生产和商业化难以实现。

合作者制造了在绝缘体上的开关(SOI)200毫米晶圆S,在商业铸造厂中使用常规光刻和干蚀刻工艺。硅顶层包括整个光子集成电路(PIC) - 限制制造步骤数量的质量。两个不同的过程促进干蚀刻(一个用于产生金属互连,另一个用于通过氧化物蚀刻作为MEMS的最终释放),并且物理开关包括32个输入端口和32个输出端口,表示相同的32×32矩阵复制元素;开关的全尺寸为5.9×5.9 mm。减少两个波导之间的距离,以将其模式耦合,该模式还通过硅顶层中的静电梳驱动实现的工程师产生从一个通道到另一个通道的光传输。

开关矩阵的局部SEM图像:通过干蚀刻在顶部硅层中图案化的整个结构似乎在除去氧化物时“漂浮”。每个矩阵单元包含一个静电梳状驱动器,该驱动器可以选择性地移动波导的部分,以建立从32个输入端口之一到32个输出端口之一的所需光路。通过Han等人提供席位。
开关矩阵的部分扫描电镜图像:通过干蚀刻在顶部硅层上的整个结构似乎“漂浮”,因为氧化物被去除。每个矩阵单元包含一个静电梳状驱动器,该驱动器可以选择性地移动波导的部分,以建立从32个输入端口之一到32个输出端口之一的所需光路。通过Han等人提供席位。
加州大学伯克利分校的一名参与研究人员Jeremy Beguelin说,这项技术可能在不久的将来被纳入数据通信系统。数据路由通常需要使用一个或多个电子开关,数据的传输经常发生在光限制光波导。因此,需要将光信号转换为电子信号(以及反向转换),这既消耗能量又限制了可转移信息的数量。全光交换有效地解决了这些问题,基于mems的方法提供了低光损耗和低能量消耗,高可扩展性和单片集成。

广泛兼容和低成本的MEMS解决方案进一步提高了该技术的效益,并增加了其在短期内的部署潜力。

带间隙可调定向耦合器的硅光子MEMS开关的结构。光通过光栅耦合器耦合到芯片上。每个单元有两对定向耦合器和一个梳状驱动器。通过改变每个方向耦合器的间距来控制芯片上的光路。通过Han等人提供席位。
带间隙可调定向耦合器的硅光子MEMS开关的结构。光通过光栅耦合器耦合到芯片上。每个单元有两对定向耦合器和一个梳状驱动器。通过改变每个方向耦合器的间距来控制芯片上的光路。通过Han等人提供席位。
研究人员通过评估整个开关的光功率损耗(7.7 dB)、光带宽(在1550 nm波长下为30 nm)和开关操作速度(50µs)来评估光子开关的性能。

这些价值有利地与现有方法相比。研究人员还能够识别改进的区域和途径。

该研究发表于此光学微系统杂志www.doi.org/10.1117/1.jom.1.2.024003)。

photonics.com.
2021年4月
词汇表
晶圆
从单晶,熔融,多晶或无定形材料的锭切割的横截面切片,所述无定形表面覆盖或抛光。晶片用作电子设备制造或光学器件的基板。通常,它们由硅,石英,砷化镓或磷化铟制成。
研究与技术 教育 国际 Optoelectonics. MEMS. 互补金属氧化物半导体 晶圆 材料 绝缘体上硅 图片 加利福尼亚大学 加州大学伯克利 数据传输 数据传输应用程序 微系统 光学微系统杂志

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