可变光衰减器阵列结构和电子设备

技术领域

本公开涉及光电技术领域，尤其涉及一种可变光衰减器阵列结构和电子设备。

背景技术

可变光衰减器(Variable Optical Attenuator，简称VOA)作为一种重要的无源光功率调整器件，可以在光网络中产生可控的衰减，与其它器件结合很好地实现光增益平坦、动态增益平衡以及传输功率均衡等，在波分复用(Wavelength Division Multiplexing，简称WDM)系统中具有广泛的应用。

其中，VOA有多种不同类型的制造技术，主要有可调机械式技术、磁光技术、液晶技术、声光技术、热光技术、平面波导技术、MEMS技术等形式。其中，基于MEMS技术的器件体积小、性能好、易于实现阵列、功耗低，适应市场发展的需要。而且，采用MEMS技术制作的VOA，除保持传统技术VOA的光学性能外，还具有衰减范围大、体积小、易于多通道集成、响应速度快、性价比高等优点，被认为是满足未来全光通信网络的理想器件之一。

MEMS VOA的基本原理是一个MEMS可动结构带动微反光镜或遮光板运动。按驱动方法不同，MEMS VOA有静电、电磁、电热、压电和混合驱动等方式。自从上世纪九十年代以来，各种形式的MEMS VOA已被人们广泛研究，所利用的工艺也不断更新。

尽管MEMS VOA的相关报道众多，研究方向主要集中在单个器件，阵列型可变光衰减器的相关研究比较少。然而，光网络实用化需要解决的关键问题之一是各波长通道间的功率不均衡，许多场合需要减少光信号的功率。随着波分复用(WDM)在光通信中的应用，在光放大器前的多个光信号传输通道上必须进行增益平坦化或信道功率均衡，以防止某个或某些信道的输入功率过大，引起光放大器增益饱和。在半实物仿真成像等领域需要大规模的光衰减器阵列以实现更精确的成像控制，因此急需研究阵列结构的MEMS VOA4。其中，现研制的MEMS VOA阵列结构中，因为所传输光都会存在不同的波长，光在MEMS VOA阵列结构中传播时会出现与光波长相关的色差；另外光在MEMS VOA阵列结构中传播时会出现光线发生偏离、散射的现象。这两个方面的原因导致MEMS VOA中出现光斑模糊、色差明显等现象，需要进行消色差和聚焦处理。因此MEMSVOA阵列结构器件的光学性能和结构及工艺等方面亟待改善。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决现有技术中的MEMS VOA阵列结构中存在的上述技术问题至少之一，本公开提供了一种可变光衰减器阵列结构和电子设备。

(二)技术方案

本公开实施例的一个方面提供了一种可变光衰减器阵列结构，其中，包括遮光结构和透镜结构。遮光结构接收入射光束的入射，用将入射光束转换成衰减光束；透镜结构位于遮光结构下方，用于将衰减光束转换为消色差聚焦光束，其中，透镜结构包括透镜基片、消色差超构透镜和聚焦超构透镜。消色差超构透镜位于朝向遮光结构的透镜基片的表面上；聚焦超构透镜位于背向遮光结构的透镜基片的表面上。

根据本公开的实施例，遮光结构包括固定遮光板和可动遮光板。固定遮光板中心分布有通光孔阵列，用于接收入射光束的入射；可动遮光板具有与通光孔阵列对应的可动遮光片阵列，用于将经通光孔阵列入射的入射光束转换成衰减光束。

根据本公开的实施例，相对于入射光束的入射方向，通光孔阵列中的每个通光孔的开口尺寸大于其出口尺寸。

根据本公开的实施例，可动遮光板包括移动孔阵列和多个弹性梁。移动孔阵列对应于可动遮光片阵列设置，其中，移动孔阵列的多个移动孔与可动遮光片阵列的多个可动遮光片一一对应；多个弹性梁移动孔阵列中的一个移动孔对应多个弹性梁中的至少两个弹性梁，至少两个弹性梁对应连接在多个可动遮光片的对应一个可动遮光片上，使得一个可动遮光片在对应移动孔中被控制移动。

根据本公开的实施例，消色差超构透镜和聚焦超构透镜为亚波长尺寸的超表面结构，其中：当光经过消色差超构透镜的不同位置时，满足0至2π的相位变化范围，实现对衰减光束的消色差；当光经过聚焦超构透镜的不同位置时，满足0至2π的相位变化范围，实现对经消色差处理的光束的聚焦；其中，亚波长尺寸的超表面结构具有纳米柱结构阵列。

根据本公开的实施例，可变光衰减器阵列结构还包括驱动电路。驱动电路对应于固定遮光板相对通光孔阵列的边缘位置的预留孔，驱动电路设置在可动遮光板的表面上，以与可动遮光板的多个弹性梁电连接。

根据本公开的实施例，可变光衰减器阵列结构还包括输入光纤阵列和输出光纤阵列。输入光纤阵列的多个输入光纤与固定遮光板的通光孔阵列的多个通光孔一一对准，用于产生入射光束；输出光纤阵列的多个输出光纤与可动遮光板的移动孔阵列的多个移动孔一一对准，且位于透镜结构的下方。

根据本公开的实施例，可变光衰减器阵列结构还包括磁场产生结构和粘合层。磁场产生结构位于透镜结构下方，沿透镜结构的外边缘设置在输出光纤阵列的外围；粘合层位于磁场产生结构和透镜基片的表面之间。

根据本公开的实施例，遮光结构还包括第一键合层和第二键合层。第一键合层位于遮光板结构的边缘，且位于固定遮光板和可动遮光板之间；第二键合层位于遮光板结构的边缘，且位于可动遮光板和透镜基片的表面之间。

本公开的另一方面提供了一种电子设备，其中，包括上述可变光衰减器阵列结构。

(三)有益效果

本公开提供了一种可变光衰减器阵列结构和电子设备。其中，该可变光衰减器阵列结构包括遮光结构和透镜结构。遮光结构接收入射光束的入射，用将入射光束转换成衰减光束；透镜结构位于遮光结构下方，用于将衰减光束转换为消色差聚焦光束，其中，透镜结构包括透镜基片、消色差超构透镜和聚焦超构透镜。消色差超构透镜位于朝向遮光结构的透镜基片的表面上；聚焦超构透镜位于背向遮光结构的透镜基片的表面上。因此，可以实现平面化的消色差超构透镜和聚焦超构透镜，在仅增加一晶圆基片的情况下，就实现了消色差和聚焦，取得了良好的光学性能。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例的可变光衰减器阵列结构的中心区域结构组成剖视图；

图2A示意性示出了根据本公开实施例的固定遮光板的结构组成俯视图；

图2B示意性示出了根据本公开实施例的固定遮光板对应图2A所示A-A′剖切线对应的结构组成截面图；

图3A示意性示出了根据本公开实施例的可动遮光板的结构组成俯视图；

图3B示意性示出了根据本公开实施例的可动遮光板对应图2A所示A-A′剖切线对应的结构组成截面图；

图4A示意性示出了根据本公开实施例的透镜结构的结构组成剖视图图；

图4B示意性示出了根据本公开实施例的一消色差超构透镜23等效光路图；

图4C示意性示出了根据本公开实施例的一聚焦超构透镜等效光路图；

图4D示意性示出了根据本公开实施例的对应上述图4B和图4C所示的一双面超构透镜等效光路示意图；

图5示意性示出了根据本公开实施例的可动遮光板上的部分器件结构和金属互联线图。

图6示意性示出了根据本公开实施例的可变光衰减器阵列结构中部分器件同时全通光的光路图；以及

图7示意性示出了根据本公开实施例的可变光衰减器阵列结构工作原理图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序或是制造方法上的顺序，这些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把他们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把他们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的代替特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

在光通信网络和半实物仿真成像等领域对大规模MEMS VOA阵列器件有很大的市场需求，而这方面的相关研究还比较少，相关应用更是几乎没有。其中，阵列式可变光衰减器的研究需要解决大阵列的高成品率制作、功耗、可靠性、消色差、聚焦及其与外部电路的互连等问题。

为达到上述目的，解决现有技术中的MEMS VOA阵列结构中存在的上述技术问题至少之一，本公开提供了一种可变光衰减器阵列结构和电子设备，实现了基于洛伦兹力驱动和超构透镜消色差聚焦的微机电可变光衰减器阵列，通过利用洛伦兹力提供驱动，实现了大规模可变光衰减器阵列，并通过超构透镜实现消色差和聚焦。

如图1-图7所示，本公开实施例的一个方面提供了一种可变光衰减器阵列结构，其中，包括遮光结构和透镜结构。

遮光结构接收入射光束的入射，用将入射光束转换成衰减光束；

透镜结构位于遮光结构下方，用于将衰减光束转换为消色差聚焦光束，其中，透镜结构包括透镜基片210、消色差超构透镜220和聚焦超构透镜230。

消色差超构透镜220位于朝向遮光结构的透镜基片210的表面上；

聚焦超构透镜230位于背向遮光结构的透镜基片210的表面上。

遮光结构可以对入射光束进行部分和全部的可动遮挡，使得入射光束被转换为衰减光束，并进入透镜结构。

如图1、图4A、图6和图7所示，透镜结构的迎光面朝向遮光结构的出光面。其中，透镜基片210可以作为该透镜结构的支撑结构，用于对消色差超构透镜220和聚焦超构透镜230进行支撑。需要说明的是，该透镜基片210可以是晶圆基片，借助于上述消色差超构透镜220形成在该透镜基片210的迎光面上，且聚焦超构透镜230形成在该透镜基片210的出光面上从而实现了晶圆双面超构透镜结构。

此外，消色差超构透镜220可以对衰减光束进行光学消色差，而聚焦超构透镜230则可以对经过透镜基板210的消色差光束进行光学聚焦。也即，本公开实施例的透镜结构仅可以由透镜基片210、消色差超构透镜220和聚焦超构透镜230三者构成也可以实现相应的消色差聚焦效果。因此，本公开实施例的上述可变光衰减器阵列结构能够实现仅通过单层超透镜结构设计同时实现消色散和聚焦双功能，结构组成极为简单。

因此，可以实现平面化的消色差超构透镜和聚焦超构透镜的透镜结构，在仅增加一晶圆基片(即透镜基片210)的情况下，就实现了消色差和聚焦，取得了良好的光学性能。

综上，通过本公开实施例的晶圆双面超构透镜的透镜结构，可以实现超薄平面透镜的消色差和和聚焦功能，从而可以使得基于MEMS可变光衰减原理和超构透镜消色差聚焦原理的光衰减器阵列具有消色差、光学聚焦、规模大、均匀性好、成本低廉且可以很好地与IC兼容，具有巨大的市场潜力，具体可以参照下文。

如图1-图3B和图6和图7所示，根据本公开的实施例，遮光结构包括固定遮光板110和可动遮光板120。

固定遮光板110中心分布有通光孔阵列，用于接收入射光束的入射；

可动遮光板120具有与通光孔阵列对应的可动遮光片阵列，用于将经通光孔阵列入射的入射光束转换成衰减光束。

如图1、图6和图7所示，固定遮光板110上设计了通光孔阵列，该通光孔阵列位于该固定遮光板110的基片中心位置，具体可以呈阵列式分布在该基片中心位置区域。其中，通光孔阵列中的通光孔k1与可动遮光板120上的可动遮光片阵列的可动遮光片121一一对应，使得固定遮光板110和可动遮光板120可以对准键合，实现二者的之间的固定。

如图2A和图2B所示，固定遮光板110的表面上具有通光孔阵列区域a，该通光孔阵列区域a上可以阵列分布有多个通光孔k1，且该通光孔阵列区域a两侧或周围边缘还可以设置有预留孔k3。其中，整个固定遮光板110的外边缘还具有一环形键合区域J1，可以用于键合层(如后文所示第一键合层130或第二键合层140)的键合。

如图3A和图3B所示，可动遮光板120可以是利用微机电工艺技术在SOI晶圆基片上形成的可动遮光片阵列结构。通过控制该可动遮光板120的器件结构尺寸经合理设计，可以制作出大规模可变光衰减阵列。进一步地，通过配合的超构透镜的透镜结构设计，在作为透镜基片210的晶圆基片两面分别制作消色差超构透镜220作为消色差超构平面透镜、聚焦超构透镜230作为聚焦超构平面透镜，从而进一步通过透镜结构和该可动遮光板120之间的对准键合实现将超构透镜晶圆基片与可动遮光板120固定。

可动遮光板120的表面上具有可动遮光片阵列区域b，该可动遮光片阵列区域b上可以对应上述固定遮光板110的通光孔阵列区域a阵列分布多个可动遮光片121，且该可动遮光片阵列区域b的两侧或周围边缘还具有与上述预留孔k3相对应的电路设置区域c，用于设置驱动电路301。其中，整个可动遮光板120的外边缘还具有一环形键合区域J2，可以用于键合层(如后文所示第一键合层130或第二键合层140)的键合，如图3A所示。

通过通光孔阵列的通光孔k1与可动遮光片阵列的对应可动遮光121的相互配合，使得可动遮光片121可以在限制经过通光孔k1的光束大小，从而限制了可动遮光板120上的光斑大小，减小了可动遮光板120在不同衰减状态之间转换所需要的位移量和响应时间。所需要位移量的减小使得结构尺寸可以进一步优化，每个MEMS器件的尺寸可以减小，从而提高阵列规模和响应速度。

固定遮光板110与可动遮光板120的结合实现了良好的光衰减性能；可动遮光板120上对应器件的控制要求，未被阻挡而完全通过和被阻挡而部分通过的对应器件的光束将到达双面超构透镜结构，并被消色差超构透镜220消色差和被聚焦超构透镜230聚焦，最后在输出光纤501上得到效果较佳的消色差聚焦光。

如图1、图2A-图2B、图6和图7所示，根据本公开的实施例，相对于入射光束的入射方向，通光孔阵列中的每个通光孔k1的开口尺寸大于其出口尺寸。

通光孔阵列的多个通光孔与可动遮光片阵列的多个可动遮光片的位置一一对应，通光孔k1为上宽下窄的结构，较宽的开口方便对应输入光纤401的安装，且通光孔k1较窄的一端作为出口与光束大小有关，既可以保证光束正常通过，又可以限制光束发散，使光束可以在可动遮光板120上的照射面积最小。

如图1、图3A-图3B和图5-图7所示，根据本公开的实施例，可动遮光板120包括移动孔阵列和多个弹性梁122。

移动孔阵列对应于可动遮光片阵列设置，其中，移动孔阵列的多个移动孔k2与可动遮光片阵列的多个可动遮光片121一一对应；

移动孔阵列中的一个移动孔k2对应多个弹性梁122中的至少两个弹性梁122，至少两个弹性梁122对应连接在多个可动遮光片121的对应一个可动遮光片121上，使得一个可动遮光片121在对应移动孔k2中被控制移动。

如图3B所示，可动遮光板120的可动遮光片阵列的每个可动遮光片121设置于移动孔阵列的对应移动孔k2中，使得该可动遮光片121可以在该移动孔k2中沿与入射光束的入射方向相垂直方向上的移动。其中，这些移动孔阵列对应于上述可动遮光片阵列区域b位于该可动遮光板120所在晶圆基片中间部分，同样可以对应上述可动遮光片阵列进行阵列式排布。其中，当在该可变光衰减器阵列结构的磁场中通过电流时，可动遮光板120的对应可动遮光片121可以在对应的移动孔k2的平衡位置附近作可控往复运动，如图6和图7所示。

对于上述可动遮光片阵列区域b中的每个可动遮光片121而言，对称连接至少两个弹性梁122。如图5所示，两个弹性梁122对称连接在一个可动遮光片121的两侧，在磁场作用下，当弹性梁122中经过电流时，可以产生形变从而带动对应这个可动遮光片121在对应移动孔k2中产生可控移动，电流大小可以对应其移动的位置或距离，电流有无可以控制其在对应位置或距离是否稳定。

如图1、图4A-图4D和图6-图7所示，根据本公开的实施例，消色差超构透镜220和聚焦超构透镜230为亚波长尺寸的超表面结构，其中：

当光经过消色差超构透镜220的不同位置时，满足0至2π的相位变化范围，实现对衰减光束的消色差；

当光经过聚焦超构透镜230的不同位置时，满足0至2π的相位变化范围，实现对经消色差处理的光束的聚焦；

其中，亚波长尺寸的超表面结构具有纳米柱结构阵列。

亚波长阵列型消色差超构透镜220和亚波长阵列型聚焦超构透镜230相结合能够实现透镜结构的良好光学消色差和光学聚焦性能。其中，该消色差超构透镜220和聚焦超构透镜230可以利用微米/纳米工艺技术在Si、玻璃、石英和蓝宝石等晶圆基片(即透镜基片210)上形成，具体可以通过控制器超构透镜的尺寸和合理设计，在该透镜基片210的一平面上制作出具有0～2π相位变化、阵列型的光学偏折消色差纳米柱结构阵列作为消色差超构透镜220，并且在该透镜基片210的另一平面上制作出具有0～2π相位变化、阵列型的光聚焦纳米柱结构阵列作为聚焦超构透镜230，如图4A所示。其中，该纳米柱结构阵列可以是基于对该透镜基片210的表面进行刻蚀所形成，也可以是直接生长在该透镜基片210的表面上所形成，或者也可以是对直接生长在该透镜基片210的表面上的介质层进行刻蚀所形成，具体不作限制。

如图4A所示，双面超构透镜基片210上包含带具有光学消色差性能的消色差超构透镜220和具有光学聚焦性能的聚焦超构透镜230。其中，如图4B所示，消色差超构透镜220的光学传播过程与第一等效透镜23相似；如图4C所示，聚焦超构透镜230的光学传播过程与第二等效透镜24相似；如图4D所示，在该双面超构透镜基片210上通过消色差超构透镜220和聚焦超构透镜230所形成的超构透镜组的透镜结构的光学传播过程与第一等效透镜23和第二等效透镜24的组合透镜相似，从而能够实现透镜结构的良好光学消色差和光学聚焦性能。

其中，纳米柱结构阵列主要可以分布在双面超构透镜基片210的双侧表面的中部区域，其最外围区域可以包括键合区，用于将双面超构透镜基片210和可动遮光板120(已与固定遮光板110通过下文所述第一键合层130实现键合)的出光面通过对应键合层(如下文所述第二键合层140)键合集成到一起。

因此，在只增加晶圆基片中部部分区域厚度的设计下即可以实现光学消色差和聚焦功能，既节省空间，又满足了可变光衰减器阵列的消色差和聚焦功能，提高了阵列结构的光学性能，通过优化参数设计和合理设计工艺流程提高超构透镜的消色差和聚焦性能，使整个可变光衰减器阵列的性能得到极大提升。

如图1、图2A、图3A、图5和图7所示，根据本公开的实施例，可变光衰减器阵列结构还包括驱动电路301。

驱动电路301对应于固定遮光板110相对通光孔阵列的边缘位置的预留孔k3，驱动电路301设置在可动遮光板120的表面上，以与可动遮光板120的多个弹性梁122电连接。

如图3A所示，金属引线区17位于可动遮光片阵列区域b外围，用于为该驱动电路301提供引线。如图5所示，该金属引线区17可以包含控制线27、地线26以及锚点28；锚点28用于与控制电路压焊实现电学互联。

如图2A所示，固定遮光板110的中心是通光孔阵列区域a，该通光孔阵列区域a的外围是与可动遮光板120的基片键合的键合区域J1，二者之间有驱动电路预留孔k3。在完成可动遮光板120的制备之后，可以利用金丝压焊的方式将驱动电路301压焊在该对应预留孔k3与该可动遮光板120实现集成，形成电学互连。通过上述可动遮光板结构和引线排布方案，大幅提高了晶片空间利用率，整个阵列可以在集成电路控制下可靠工作。使得可动遮光片阵列的每个可动遮光片121单元可独立或同步改变移动状态。

为使整个可动遮光片阵列可以在集成电路提供的电压、电流下正常工作，降低器件的功耗，通过上述针对驱动电路301及其配合电路的合理设计和器件连线，可以使工作电流尽量减小，电阻不能过大。如图5所示，为了有效利用可动遮光板120的空白空间，可以将金属互联线布置在器件单元的支撑区域，从而在保证电学可靠性的前提下，尽量增加引线宽度，减小引线长度。而且，通过将地线26做成网络状的结构，实现所有地线26并联，可以有效地降低了电阻。因此，通过上述这些电路设计，既节省空间，也同时减小了总电阻，满足了驱动电路的工作要求，使整个可变光衰减器阵列的性能得到提升。

如图1、图6和图7所示，根据本公开的实施例，可变光衰减器阵列结构还包括输入光纤阵列和输出光纤阵列。

输入光纤阵列的多个输入光纤401与固定遮光板110的通光孔阵列的多个通光孔k1一一对准，用于产生入射光束；

输出光纤阵列的多个输出光纤501与可动遮光板120的移动孔阵列的多个移动孔k2一一对准，且位于透镜结构的下方。

每个输入光纤401设置在对应的通光孔k1的开口处，同时每个输出光纤501可以与对应移动孔k2对准设置在透镜结构的聚焦超构透镜230之后，如图1、图6和图7所示。同时，利用输入光纤401可以向该可变光衰减器阵列结构输入入射光束，同时利用输出光纤501可以将至少部分的该可变光衰减器阵列结构输出的消色差聚焦光束引出。因此，通过与相应的输入光纤阵列和输出光纤阵列相匹配，可以构成本公开实施例的基于洛伦兹力驱动和超构透镜消色差聚焦的可变光衰减器阵列结构。

如图1和图7所示，根据本公开的实施例，可变光衰减器阵列结构还包括磁场产生结构601和粘合层701。

磁场产生结构601位于透镜结构下方，沿透镜结构的外边缘设置在输出光纤阵列的外围；

粘合层701位于磁场产生结构601和透镜基片210的表面之间。

如图1-图3B和图7所示，可以通过键合工艺对上述遮光结构和透镜结构进行键合，之后通过粘合层701将该经键合处理之后透镜结构的透镜基片210的外围边缘区域与磁场产生结构601粘接在一起，从而保证磁场产生结构601相对该透镜结构的结构稳定性。具体地，可以将磁场产生结构601与超构透镜晶圆的透镜基片210之间进行对准固定，利用粘合剂实现二者之间的粘合，该粘合剂最终固定形成粘合层701。

在本公开实施例中，电流与磁场作用产生的洛伦兹力可以有效驱动可动遮光片阵列的每个可动遮光片发生独立或同步、可控(包括移动距离、移动速度和移动位置)的精准移动，从而利用通光孔阵列与可动遮光片阵列的高度集成实现光衰减量的控制。通过上述驱动电路301的控制，该可动遮光片阵列的每个可动遮光片121可以独立或同步工作，进一步通过透镜结构实现对经过通光孔k1的入射光束依次进行消色差和聚焦功效。

如图1、图2A、图3A和图7所示，根据本公开的实施例，遮光结构还包括第一键合层130和第二键合层140。

第一键合层130位于遮光板结构的边缘，且位于固定遮光板110和可动遮光板120之间；

第二键合层140位于遮光板结构的边缘，且位于可动遮光板120和透镜基片210的表面之间。

如图3A所示，可动遮光板120上包含带弹性梁122的可动遮光片阵列、金属引线区17、作为控制电路的接口与预留孔k3对应的电路设置区域c、与固定遮光板110键合的键合区域(对应键合区域J2和第一键合层130)和与双面超构透镜基片210键合的键合区域(对应键合区域J2和第二键合层140)。

将通光孔阵列与可动遮光片阵列相互对准，可动遮光板120与固定遮光板110利用键合方式通过对应第一键合层130实现键合，从而可以集成在一起。具体地，在朝向可动遮光板120的固定遮光板110的基片的最外围可以包括如图2A所示键合区域J1，用于使固定遮光板110和可动遮光板120通过第一键合层130键合的方式集成到一起；在朝向固定遮光板110的可动遮光板120的基片的最外围可以包括如图3A所示键合区域J2，用于使双面超构透镜基片210的外围边缘表面和可动遮光板120通过第二键合层140键合的方式集成到一起。

因此，通过键合的方式实现可变光衰减器阵列结构的遮光结构和透镜结构的键合，实现二者的结构高度集成且结构稳定性极佳。

如图1、图6和图7所示，入射光束由输入光纤阵列输出后，先通过固定遮光板110的通光孔阵列，然后经可动遮光片阵列产生可控的光衰减，再通过双面超构透镜基片210上设置的消色差超构透镜220进行消色差处理，之后利用其聚焦超构透镜230进行光束聚焦后，由输出光纤阵列输出。在上述过程中，当可动遮光板120的弹性梁122上通过电流时，电流与磁场产生结构601产生的磁场作用产生洛伦兹力，洛伦兹力与电流的大小成正比。在洛伦兹力作用下，弹性梁122会发生形变，使与之连接的可动遮光片121发生位移。因此，通过调节电流可以控制可动遮光片阵列的可动位置、距离或范围(即位移量)甚至速度，改变通光孔阵列与可动遮光片阵列之间的相对位置，即可以通过可动遮光片对对应的通光孔进行不同程度的封堵，从而可以实现对光衰减量的控制。

通过通光孔阵列与可动遮光片阵列的相互配合，限制了可动遮光板120上的光斑大小，减小了可动遮光板120在不同衰减状态之间转换所需要的位移量和响应时间，所需要位移量的减小使得结构尺寸可以进一步优化，每个MEMS器件的尺寸可以减小，从而提高阵列规模和响应速度。

可动遮光片阵列上对应器件的控制要求，未被阻挡而完全通过和被阻挡而部分通过的对应器件的光将到达双面超构透镜基片210，并被消色差超构透镜220消色差和被聚焦超构透镜230聚焦，最后在输出光纤501上得到效果较佳的消色差聚焦光。

为使整个阵列可以在集成电路提供的电压、电流下正常工作，降低器件的功耗，通过合理设计器件连线，使得工作电流尽量减小，电阻不能过大。如图5所示，为了有效利用可动遮光板120的空白空间，将金属互联线布置在器件单元的支撑区域。在保证电学可靠性的前提下，尽量增加引线宽度，减小引线长度；通过将地线26做成网络状的结构，实现所有地线26并联，有效地降低了电阻，借此设计可以既节省空间，并减小了总电阻，满足了驱动电路的工作要求，使整个可变光衰减器阵列的性能得到提升。

如图6所示，在驱动电路301的控制下，可变光衰减器阵列结构中光可以完全通过的器件部分，可动遮光板120上某一衰减器的可动遮光片121由电路驱动移动到A位置(或者A’位置)，由对应输入光纤401提供的光通过通光孔k1，完全通过可动遮光板120，到达双面超构透镜基片210表面上的消色差超构透镜220发生所设计的0～2π相位光偏折而实现消色差，并穿过双面超构透镜基片210到达该基片的另一表面上的聚焦超构透镜230发生所设计的0～2π相位光偏折而几乎完全聚焦于输出光纤501上的一个小区域，从而能够尽可能的克服光斑模糊、色差明显的现象，极大地改善了光学性能。其中，可动遮光板120上另一衰减器的遮光片可以由驱动电路301驱动移动到B位置(或者B’位置)的光传输过程的光学性能也与上述移动到A位置(或者A’位置)的光路相似，在此不作赘述。

如图7所示，在驱动电路301的控制下，阵列的每个单元不但可以相互独立工作，实现不同的光衰减量，而且阵列中的所有单元可以同时改变工作状态。如图7所示，自左至右，所示的第一个器件工作在光完全被衰减的状态，即入射到对应通光孔k1的光完全被对应可动遮光片121阻挡而未能到达双面超构透镜基片210；所示的第二个器件工作在光完全通过的状态，即经通光孔k1的光完全通过可动遮光板120的移动孔k2到达双面超构透镜基片210表面上的消色差超构透镜220实现消色差，并经该透镜基片210之后进入该基片另一面上的聚焦超构透镜230被完全聚焦于输出光纤501上的一个小区域；此外，所示的第三个、第四个和第五个器件工作在光部分被衰减的状态，其中未被衰减部分的光通过可动遮光板120到达双面超构透镜基片210表面上的消色差超构透镜220实现相似消色差处理后，继续经该透镜基片210之后进入该基片另一面上的聚焦超构透镜230被聚焦于对应输出光纤501上的一个小区域。其中，通过驱动电路301控制器件上通过的电流可以实现阵列中所有器件处于所要求的通光状态，并实现相应的消色差和聚焦，并随时可控制某个器件在不同工作状态之间的转换。

因此，本公开实施例提供了一种基于洛伦兹力驱动和超构透镜消色差聚焦的微机电可变光衰减器阵列结构，具体可以由输入光纤阵列、固定遮光板110、可动遮光板120、消色差超构透镜220、透镜基片210、聚焦超构透镜230、磁场产生结构601、驱动电路301和输出光纤阵列等组成.其中，可变光衰减器阵列结构需要在光完全通过和光完全衰减之间实现不同衰减状态的快速转换，而且为了使器件能够可靠地工作，并实现更大的阵列规模，具体还在器件结构、引线连接方式等方面对该光衰减器阵列结构进行了具体优化。

具体地，磁场产生结构601可以为该可变光衰减器阵列结构提供轴向磁场，与可动遮光板120的可动遮光片121对应弹性梁122结构上通过的电流相互作用，产生洛伦兹力，驱动对应的一个或多个甚至全部可动遮光片产生运动，仅通过调节控制电流即可以独立或统一改变每个可动遮光片的位置。其中，固定遮光板110上的通光孔阵列与可动遮光板120的可动遮光片阵列对准键合，当入射光束从输入光纤阵列出射后，先通过固定遮光板110的通光孔阵列，经可动遮光片阵列产生可控的光衰减后，再经过消色差超构透镜220进行消色差处理，并再经聚焦超构透镜230实现聚焦处理，最终可以由输出光纤阵列输出。在上述光束处理过程中，可以通过合理地设计可动遮光片阵列结构和引线排布，使得整个可变光衰减器阵列结构在集成电路提供的电流、电压下实现可靠工作，每个可动遮光片单元可独立或同步改变状态，并通过基于按照超表面原理、超构透镜的工作原理精细设计的能产生一系列光路偏折的纳米柱阵列结构制作消色差超构透镜和聚焦超构透镜的透镜结构，以达到所需消色差和聚焦的光学性能。

本公开的另一方面提供了一种电子设备，其中，包括上述可变光衰减器阵列结构。其中，该电子设备具体可以是一光通信设备和半实物成像仿真应用电子设备，以更好地应用于光通信和半实物成像仿真等领域。

综上，基于上述本公开实施例的可变光衰减器阵列结构，可以提供一种洛伦兹力驱动和超构透镜消色差聚焦的微机电可变光衰减器阵列采，通过成熟的微机电工艺制作，工艺简单，并且可与IC工艺相兼容，为器件的大规模生产提供了很好的基础。

而且，利用新兴的超表面原理和成熟微米纳米相关工艺，实现平面化的消色差超构透镜和聚焦超构透镜，仅增加一晶圆基片的情况下，就实现了消色差和聚焦，取得了良好的光学性能。

此外，通过合理设计结构和布线，整个阵列结构可以在集成电路提供的电流、电压下稳定工作，实现可动遮光板和IC的有效集成，适合广泛应用。

最后，本公开实施例的上述可变光衰减器阵列结构仅在三个晶圆基片上即实现了通光、可变光衰减、消色差和聚焦性能，结构简单，集成度较好，成品率高，稳定性好，在光通信和半实物仿真成像等领域具有广阔的应用前景。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。

以上的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。