據(jù)麥姆斯咨詢介紹，當前數(shù)據(jù)革命面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)之一是需要找到一種高效方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的路由。這通常由電子開關(guān)執(zhí)行，而數(shù)據(jù)本身則由光波導(dǎo)進行傳輸。光學信號與電學信號的相互轉(zhuǎn)換會消耗能量，限制了可傳輸?shù)男畔⒘?。如果采用全光學開關(guān)，上述缺點則能克服。最被看好的方式之一是采用微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)，MEMS技術(shù)具有低光學損耗、可單片集成和可擴展性高等決定性優(yōu)勢。事實上，歷史上尺寸最大的光開關(guān)就是采用MEMS技術(shù)。

MEMS光開關(guān)商業(yè)化已不是紙上談兵

到目前為止，MEMS光開關(guān)都是在實驗室中采用復(fù)雜的非標準制造工藝完成，離商業(yè)化還有很長的距離。但是，美國加州大學伯克利分校的研究人員召集了世界各地不同大學的工程師人員，旨在證明MEMS光開關(guān)商業(yè)化的困難是可以解決的。他們直接采用現(xiàn)有的CMOS制造工藝平臺即可生產(chǎn)MEMS光開關(guān)，與大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)兼容，性價比高，適合大批量生產(chǎn)，這意味著MEMS光開關(guān)的產(chǎn)業(yè)化進程又向前邁進了一大步。

MEMS光開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

最近發(fā)表在國際光學工程學會（SPIE）雜志Journal of Optical Microsystems上的一篇論文表明，他們的光開關(guān)就是在商業(yè)代工廠內(nèi)采用常規(guī)的光刻和干法蝕刻工藝完成，襯底采用8英寸SOI（絕緣襯底上的硅）晶圓。整個光子集成電路位于頂層硅，其優(yōu)點是工藝步驟數(shù)量相對較少。會采用兩種不同的蝕刻工藝，一種是實現(xiàn)金屬互連的lift-off（金屬剝離）工藝，另一種是氧化物蝕刻的結(jié)構(gòu)釋放工藝。開關(guān)設(shè)計了32個輸入端口和32個輸出端口，形成有相同復(fù)制單元的32 x 32矩陣（整體尺寸為5.9 mm x 5.9 mm）。在每一個單元中，光從一個通道傳輸?shù)搅硪粋€通道是通過縮短兩個波導(dǎo)之間的距離來完成模式的耦合，而MEMS光開關(guān)的靜電梳齒驅(qū)動器的工作也是在頂層硅實現(xiàn)。

MEMS光開關(guān)制造流程示意圖

“在8英寸SOI晶圓代工廠中首次制造了大規(guī)模集成MEMS光開關(guān)。我認為這是該技術(shù)適合商業(yè)化和大規(guī)模生產(chǎn)的令人信服的證明。在不久的將來，它們可能會被數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用。”美國伯克利大學研究人員Jeremy Béguelin評論道。

研究人員通過幾項重要參數(shù)的測量結(jié)果來證明光開關(guān)的性能：整個開關(guān)的光功率損耗為7.7dB，波長為1550nm的帶寬約30nm，開關(guān)運行速度為50μs。與其他光開關(guān)技術(shù)相比，參數(shù)實測值已經(jīng)非常出色，成為其改進技術(shù)已無須質(zhì)疑。

光開關(guān)是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的未來關(guān)鍵組件。通過使用與CMOS工藝兼容的制造工藝和SOI晶圓，研究小組基于MEMS技術(shù)完成了性能好、效率高的光開關(guān)。這項工作為大規(guī)模集成光開關(guān)的商業(yè)化和量產(chǎn)開辟了一條充滿希望的道路。