1、mems光開關目錄MEMS光開關的研究背景光開關的研究背景1光開關以及MEMS光開關的概念2MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理3MEMS光開關的應用41.MEMS光開關的研究背景光開關的研究背景O 20世紀90年代以來，光通信得到了快速的發展，作為光通信關鍵環節的光互聯與光開關的地位也越來越重要，傳統的以電為核心的開關已不能滿足高速大容量光通信的需求尤其是全光傳輸網，而將以全光開關代之，全光開關是以光為核心實現光的通斷和交叉連接的系統部件，不存在光電的轉換，要成為傳統開關的替代者，這種新型的全光開關必須具備低損耗和高穩定的特點而MEMS光開關具備了這些優點而且與傳輸的數據速率和信號協

2、議無關MEMS光開關還具有體積小、成本低、易集成和容量大的優點2.2.光開關以及光開關以及MEMSMEMS光開關的概念光開關的概念 光開關是按一定要求將光信號從一個光通道轉換到另一個光通道的器件，使光傳輸由0-E-0變成0-0-0，已成為全光網絡(AON)中的重要器件。光開關具有自動保護切換、實時監控網絡性能、測試元器件、組成光分插復用設備和光交叉連接設備等具體功能。目前典型的光開關包括MEMS光開關、電光開關、聲光開關、熱光開關、磁光開關、噴墨氣泡光開關、液晶光開關、全息光柵開關、液體光柵開關和半導體光放大器光開關等。O注：OEO是Optical Electrical Optical的縮寫，

3、 意為光-電-光； 光開關2.2.光開關以及光開關以及memsmems光開關的概念光開關的概念 MEMS光開關是在硅晶上刻出若干微小的鏡片，通過靜電力或電磁力的作用，使可以活動的微鏡產生升降、旋轉或移動，從而改變輸入光的傳播方向以實現光路通斷的功能，將電、機械和光集成為一塊芯片,能透明地傳送不同速率、不同協議的業務。目前已成為一種最流行的光開關制作技術。 MEMS光開關3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理O通過靜電力或電磁力的作用, 使可以活動的微鏡產生升降、旋轉或移動, 從而改變輸入光的傳播方向以實現光路通斷的功能, 使任一輸入和輸出端口相連接, 且1 個輸出端口在同

4、一時間只能和1個輸入端口相連接。MEMS光開關的基本原理3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理O活動微鏡、驅動執行器、輸入/出光纖MEMS光開關的基本組成3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理O平行板電容靜電驅動O梳狀靜電驅動器驅動O電致、磁致伸縮驅動O形變記憶合金驅動O光功率驅動O熱驅動 MEMS光開關的驅動方式3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理O采用平面下電極驅動結構的光開關示意圖，主要包括上電極和下電極兩部分，其中，微反射鏡、懸臂和扭臂集中在上電極極板上，上下兩電極相當于一個平行板電容器，當施加驅動電壓時，光開關的上電

5、極懸臂在靜電力作用下會發生偏轉，帶動微反射鏡發生移動，從而實現開關功能的轉換。平行板電容靜電驅動3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理 梳狀靜電驅動即由大量的梳齒組成。一個簡單的梳狀靜電驅動結構，上方的梳片是固定的，而下方的梳片是可以自由移動的。靜電力 F 主要是由驅動電壓 V及梳齒個數 n 來決定的。靜電梳狀驅動力與下方梳齒個數成線性關系，若使用相當多的梳齒可以產生較大的靜電力。靠這靜電力可水平或者豎直推動微鏡移動位置，從而達到開或關的效果，如圖 所示，即一個梳狀驅動器水平方向驅動微鏡的 MEMS 光開關。可動部分的懸臂梁側壁可用作反射鏡，在自然狀態下光通過反射鏡輸出，

6、上下梳齒受壓后，靜電力驅使可動懸梁沿力的方向移近不可動的懸梁位置，于是光直線通過一輸出點，實現開關功能。 梳狀靜電驅動器驅動3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理O開關呈直通狀態，此時銅線圈中通有正向電流，線圈產生的磁場方向與永磁體磁場方向相反，線圈與其下方永磁體之間產生排斥力，懸臂梁帶動雙面反射棱鏡移出光路，因此由光纖準直器輸出的光信號直接通過光開關而不被反射. O開關呈反射狀態，此時銅線圈中通有反向電流，線圈與永磁體之間產生的吸引力將懸臂梁吸附在基座上，光信號被雙面反射棱鏡的一面反射到窄帶濾光片上，而從濾光片返回的光信號則通過雙面反射棱鏡的另一個反射面反射回到光纖準直

7、器中. 電磁驅動3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理 光開關的分類光開關光開關mechanical optical switchSolid light switchOther light switch聲光開關光纖開關自由空間棱鏡開關熱光開關電光開關Click to add TitleClick to add Title氣泡開關液晶開關機械光開關固體光開關其他光開關磁光開關宏機械開關光子開關全息光開關O根據被驅動的部件不同，MEMS光開關可分兩類3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理 MEMS光開關的分類MEMS光開關移動其他部件的光開關O移動光纖式

8、：3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理基于傳統的機械式光開關光纖1玻璃套筒方空玻璃套筒套管光 纖2光纖3光纖1光纖2光纖3O移動棱鏡式：3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理 移動其他部件的光開關棱 鏡自聚焦透鏡123O移動反射鏡、透射鏡式3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理移動其他部件的光開關O采用MEMS技術移動微反射鏡的光開關3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理 移動其他部件的光開關 按功能實現方法可分為：O光路遮擋型O移動光纖對接型O微鏡反射型 3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關

9、的分類及原理 MEMS光開關的分類O整個器件尺寸約l2mm，材料由金、氮化硅和多晶硅組成，并由體硅工藝加工出懸臂梁。它利用8個多晶硅PiN電池(一種非晶硅太陽電池)串聯組成光發電機，在光信號的作用下，產生3V電壓，電容板受到電場力吸引，將遮片升起，光開關處于開通狀態，如無光信號，光發電機無電壓輸出，遮片下降，光開關關閉。該開關由遠端的光信號控制，所以光開關本地是無源的。該光開關驅動光功率僅2.7W，傳輸距離達128 km，開關速度3.7ms，插損小于0.5dB。但串擾比較大，隔離度不高，一般用于組成光纖線路倒換系 3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理光路遮擋型MEMS光

10、開關移動光纖對接型MEMS光開關O一個l4光開關，利用光纖的移動和對準實現光信號的切換。O采用體硅或LIGA工藝，制造結構和制備方法較為簡單。O采用電磁驅動，驅動精度要求低，系統可靠性和穩定性好，穩態時幾乎不耗能，O缺點是開關速度較低，可連接的最大端口數受到限制，多用于網絡自愈保護。3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理O相對于移動光纖對接的方法，利用微鏡反射原理的光開關更加易于集成和控制，組成光開關陣列。根據組成OXC矩陣的方法，可以把利用微鏡反射原理的光開關分成二維數字逼近方式和三維模擬逼近方式兩種。 在二維(2D)也稱數字方式中，微鏡 和光纖在同一個平面上，微鏡只有

11、 兩種狀態(開或關)。通過移動適當 位置的反射鏡使其反射光束可將任 意輸入光束耦合為輸出信號。微鏡反射型MEMS光開關3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理O在三維(3D)也稱為模擬光束偏轉開關中，輸入輸出光纖均成二維排列，兩組可以繞軸改變傾斜角度的微反射鏡安裝在二維陣列中，每個輸入和輸出光纖都有相對應的反射鏡。在這種結構中，NN轉換僅需要2N個反射鏡。通過將反射鏡偏轉至合適的角度，在三維空間反射光束，可將任意輸入反射鏡光纖與任意輸出反射鏡光纖交叉連接。 三維(3D)3.MEMS3.MEMS光開關的分類及原理光開關的分類及原理O 光開關在光網絡中起到十分重要的作用，它不僅構成了波分復用光網絡中關鍵設的交換核心，本身也是光網絡中的關鍵器件。其應用范圍主要有：O 保護倒換功能：當光纖斷裂或其他傳輸故障發生時，利用光開關實現信號迂回路由，從主路由切換到備用路由上。這種保護通常只需要最簡單的12光開關。O 網絡監視功能：使用簡單的1N光開關可以將多纖聯系起來。當需要監視網絡時，只需