反射式MEMS VOA在光通信系统中的应用

　　1 引言

　　可变光衰减器（Variable Optical Attenuator，VOA）是光纤通信中一种重要的光无源器件，通过衰减传输光功率来实现对信号的实时控制，可与光波分复用器（WDM）、分光探测器（TAP PD）、掺铒光纤放大器（EDFA）等光器件构成ROADM、VMUX、增益平坦EDFA等模块，还可直接用于光接收机的过载保护。另外，光功率计等仪器仪表的计量、定标，也需要使用到VOA。

　　随着VOA在光通信中的应用越来越多，对其功能的要求也越来越高：VOA应能精确地控制光信号的功率，为各通道波长提供稳定的衰减量；在动态网络节点上，其响应时间应在ms级；在超长距离DWDM系统中，VOA必须有足够的灵敏度与可靠性，以补偿环境等外界因素引起信号光功率的变化。

　　根据制造工艺进行区分，常见的VOA类型有传统机械型、液晶型、平面波导型、微机电系统（Micro-Electro-Micromechanical System，MEMS）型、磁光型、高分子可调衍射光栅型和高光电系数材料型。MEMS VOA有反射式和挡光式两种，后者的加工工艺复杂，成本高。反射式MEMS VOA在各种技术中比较成熟，兼有响应时间快、体积小、重量轻、功耗低、动态衰减范围大、插损小、回损大、精度高等显著优点，已被广泛地使用。

　　2 反射式MEMS VOA

　　反射式MEMS VOA是基于MEMS芯片封装的微型光器件，设计思想来自于传统机械型VOA，不同的是驱动装置由庞大的步进电机变为静电开合桥，静电梳，翘动结构，压电驱动等，其工作原理如图1所示。

　　图1 反射式MEMS VOA原理图

　　基于MEMS技术的反射式VOA的结构主要分为两部分。一部分是由双芯插针和C透镜等构成的准直器组成，作为光的输入和反射输出通道。可对插针斜面角度、C透镜曲率半径和材料等参数进行优化设计，制作出不同指标要求的MEMS VOA。另一部分是MEMS密封件，通过贴片、金丝键合、真空封帽等精密工艺将MEMS芯片封装在稳定可靠的密封环境内。外界施加几伏或十几伏的电压到器件的正负引脚后，由于MEMS芯片的特定构造，在硅基镀金面与镀金反射镜面之间产生静电力，驱动MEMS芯片反射面发生微量角度的转动，从而带来入射到MEMS芯片镜面的反射光同步偏移，导致返回光的模场与耦合的单模光纤模场形成失配，产生了衰减。随着施加电压的变化，衰减也相应地变化，连续可调。当正负极间施加反偏电压时，器件仍能正常地工作。