MEMS VOA简介与国内发展现状

光线在线特约编辑：万助军 

    电调可变光衰减器（EVOA）是解决DWDM光纤通信网中信道均衡问题的主要途径之一，而随着光纤通信由点到点传输向动态光网络的升级，对EVOA的市场需求日益增长。EVOA主要集成在模块或者子系统中，比如基于TFF滤波片的传统DWDM模块，被要求加入VOA实现信道的动态均衡；基于PLC技术的AWG，也以AWG+VOA模块的形式出现；在ROADM子系统中，VOA更是不可或缺。
    基于MEMS技术的VOA是EVOA的主要解决方案之一，具有体积小、功耗低的优势。MEMS VOA通过静电或者电磁力驱动一个扭转反射镜，使入射光束偏转来实现衰减，如图1所示，通常以一个双光纤准直器与MEMS芯片进行耦合，实现紧凑的封装结构，如图2和图3所示。
        
                  图1. MEMS VOA原理和结构
         
                  图2. MEMS VOA封装结构一
         
                  图3. MEMS VOA封装结构二

    MEMS VOA设计中的关键问题之一是可靠性，支撑反射镜的扭转梁应具有适当的弹性系数，以保证能在适当的驱动电压（静电驱动）或者驱动电流（电磁驱动）下偏转足够的角度，同时必须有足够的强度以抗击震动。而且，扭镜结构的共振频率设计，应远离日常环境中的振动频率以避免共振损害，一般设计在千赫兹以上。
    MEMS VOA设计中的关键问题之二是波长相关性（WDL），双光纤准直器通过反射镜的耦合，相当于两个准直器之间在角度失配情况下的耦合，其WDL随失配角度增大而劣化。一个未进行WDL优化设计的MEMS VOA，当中心波长衰减25dB时，在40nm带宽内的WDL达1.8dB，如图4所示。为了便于对WDL进行优化设计，一般采用C-Lens制作双光纤准直器，比GRIN-Lens具有更好的设计灵活性，经过优化设计的MEMS VOA，在40dB衰减范围内的WDL，可以达到0.4dB以下。当然，MEMS VOA也有单通道应用情况，对WDL就没有那么高的要求了。
       
                     图4. 未优化的WDL指标

    目前，国内具有MEMS VOA芯片供货能力的有海宁华平光电、广州永大通信和广州银讯光电三家公司，前者的技术来自一位海归博士，后两者的技术来自北美华人，而投资方均为国内企业。国内比较完整的MEMS工艺线有两条，分别属于中科院上海微系统与信息技术研究所和北京大学微电子中心，海宁华平光电就是在这些国内工艺线进行流片，推出完全国产化的MEMS VOA系列产品。
    前述三家公司，均有MEMS VOA封装能力，而国内一些其他公司，在其模块或者子系统中有大量的MEMS VOA需求，或者直接购买封装好的器件，但是为了提升利润空间，均倾向于购买MEMS芯片来自行封装，如武汉光讯科技、福州高意科技等公司。