全光交换机不需要将光数据转换成电信号再转换回来。它们通过消除重要的转换瓶颈来提高网络速度，并且它们与带宽和协议无关。

许多全光开关的中心部件是一个可移动的反射镜。虽然没有位置感应能力的反射镜正在开发中，但其组装和纤维对准成本预计会导致相对较高的价格。位置传感用于反馈控制回路，包括高压驱动电路和外部DSP，可以将镜子的自然定位时间减少10倍。这种类型的控制回路也将提供更多的保护，防止冲击和振动，而不是一个开环系统，只是驱动镜子，但既不接收也不作用于位置信息。

我们在这里描述了第一个将电容式位置传感与MEMS结构集成在片上的镜子。重点讨论了电容传感能力的方法和结果，我们认为电容传感能力是降低全光开关成本的重要因素。

电容式位置传感

使用电容变化来测量镜面位置比其他方法有许多优点。它允许标准的CMOS处理——而不是昂贵的定制工艺——用于使用该技术的设备。电容式传感在温度范围内相对稳定，而其他测量方法，如压阻式，可能需要复杂的连接来消除一阶温度效应。电容感测也适用于片上电路技术，可以增加这种稳定性。

实现沿一个轴的角位置测量的一种方法是在镜子本身和结构下面的两个检测电极之间形成电容分压器，如图1所示。当镜子围绕平行于两个电极之间分割线的轴旋转时，一个电容值增加而另一个减小。这种差分电容可以用来测量镜面旋转。当然，在实际应用中，电极被设计成可以感应多个旋转轴(见图4)。

测量差分电容的简化电路如图2所示。相反的电压脉冲被施加到每一个感应电极上，任何差分电容将导致镜像节点本身的过量正电荷或负电荷。这种电荷通过片上放大器转换成电压。如果电容关系已知，电压可以提供镜面角位置的定量测量。

通过在芯片上集成放大器电路，可以比芯片外检测提供更大的位置测量精度。主要原因是寄生电容和与键合线相关的交叉耦合路径很容易掩盖被测量的微小位置电容。与片上互连相关的更小的寄生电容导致信号完整性的显着增加。

制造

如上所述的反射镜和位置感应电路已经成功地制造并在Devices进行了测试。图3显示了用于制造这些镜子的专有光学iMEMS工艺的横截面。使用绝缘体上硅(SOI)键合的3层工艺用于在同一衬底上制造镜面、硅牺牲层和电路器件层。这些元件结合在一起，使精细的MEMS结构和精密的高低压BiCMOS电路在同一衬底上共存，使电容镜像传感成为可能。

扫描电子显微镜(SEM)图像的制造镜面阵列显示在图4中。这张照片显示了2轴反射镜，位置感应电子设备(在底部)，以及反射镜下方的间隙，这使得它可以旋转。如图所示，它围绕“Y”轴旋转。虽然这里没有显示，但可以在同一衬底上制造多个镜子，从而允许高端口数设计和典型的器件微机械产品的规模经济。

表1。设计目标及实验结果。

图5显示了施加的驱动电压与位置感测接口输出之间的关系。在这种情况下，负输入电压是指施加在负驱动电极上的电压。经典的V × |V|平方律行为，典型的静电驱动结构，可以很容易地观察到数据。

结论

器件微机械产品部开发了第一个带有片上电容式位置传感的镜子。该技术承诺产品采用全光开关，具有更好的插入损耗性能和高端口数。这些发展是大大降低全光开关组装成本的第一步。

致谢

这个项目是由Devices公司的团队共同完成的。这篇文章是基于该团队提交的一篇论文，并被接受在欧洲光通信会议(ECOC)上发表。这个团队的成员，除了上面提到的，还有Ara Arakelian。，蒂姆·布罗斯尼汉，比尔·克拉克[比尔。，大卫·韩，迈克尔·朱迪[迈克尔。索尔·朱诺、马克·莱姆金、史蒂夫·谢尔曼和杰夫·斯威夫特