光开关论文

集成电路专业学年论文

论文题目：MEMS光开关的研究及市场分析学院：电子工程学院

年级：2008级

专业：集成电路设计与集成系统

姓名：刘欣

学号：20083410

指导教师：窦雁巍

2011年7月8日

摘要

光开关是光通信网络的重要功能器件,MEMS光开关是最具发展前景的光开关之一。在简介不同种类光开关原理特点的基础上，详细分析了当前主要的MEMS光开关的分类、结构、工艺与性能特点，并给出了研究与发展情况和采用MEMS体硅工艺制作的三种结构的微机械光开关。它们的工作原理都基于硅数字微镜技术。这三种光开关采用了静电力驱动，具有较低的驱动电压。在硅基上制作了光纤自对准耦合槽，并对光开关的开关特性进行了计算机模拟与分析，并进行结果分析。

关键词

微机械；光开关；开关阵列；微镜；硅-玻璃键合；光纤通信

Abstract

Optical switch is an important functional device in optical fibre communication networks, MEMS optical switch is one of the most promiseful optical switches. This paper introduces basic principles and characters of several kinds of optical switches, and illustrates the classification, structures, fabrication methods and functional characters of current MEMS optical switch in details. And recent development and progress on this research area are presented and three kinds of MEMS optical switches with different mechanical structures are produced by the bulk-micromachining processes. Their principles of operation are all based on silicon digital micro mirrors technology. The electrostatic actuators with low driving voltage are used in the three kinds of optical switch. The grooves used for optical fibers being self-aligned coupling are made on silicon substrate for device. Computer simulation and analysis of on-off characteristic show that the second and the third optical switches have switching time.

Key words

MEMS; optical switch; switch array; micro mirror; silicon-on-glass bonding; ptical fiber communication

目录

摘要 ............................................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................................... II 前言 . (1)

第一章光开关的种类与介绍 (2)

1.1 微机械光开关 (2)

1.1.1 光路遮挡型MEMS光开关 (2)

1.1.2移动光纤对接型MEMS光开关 (2)

1.2微镜发射型MEMS光开关 (2)

1.2.1弹出式微镜光开关 (3)

1.2.2扭转式微镜光开关 (3)

1.2.3滑动式微镜光开关 (4)

1.2.4三维阵列光开关 (4)

第二章微机械光开关的设计与分析 (5)

2.1水平驱动2D光开关 (5)

2.2 垂直驱动2D光开关 (6)

2.3扭摆驱动2D、3D光开关 (6)

第三章MEMS光开关的控制 (7)

3.1 MEMS光开关控制原理 (7)

3.2 控制系统设计 (7)

3.2.1硬件设计方案 (7)

3.2.2软件设计方案 (8)

第四章光开关的市场分析 (9)

4.1光开关的优势 (9)

4.2发展动态及潜力 (9)

结论 (11)

参考文献 (12)

前言

光纤通信技术的问世和发展给通信业带来了革命性的变革，目前世界大约85%的通信业务经光纤传输，长途干线网和本地中继网也已广泛使用光纤。同时，密集波分复用（DWDM）技术的发展和成熟为充分应用光纤传输的带宽和容量开拓了广阔的空间，具有高速率、大带宽明显优势的DWDM光通信网络已经成为目前通信网络发展的趋势。光交叉互连（OXC）技术在日益复杂的DWDM网中是关键技术之一，而光开关作为切换光路的功能器件，则是OXC中的关键部分。在众多种类的光开关中，微机械（MEMS）光开关被认为最有可能成为光开关的主流器件。本文在概述多种光开关原理特点的基础上，重点收集与分析了国外研制的几种主要的MEMS光开关，并阐述了各自的结构与性能特点。

光开关是宽带光纤通讯系统中的重要器件，而基于微机电系统(MEMS)技术加工的二维阵列光开关更是一种很有前景的器件。这种二维阵列光开关在平面上布置有N×N 个微镜，每个微镜具有切入光路(反射)和离开光路两种位置状态。光开关与两组N根光纤相连，分别作为入射端和出射端。当微镜(i，j)位于反射位置时，由第i根光纤入射的光束经过微镜反射后由第j根光纤射出，从而实现光路的选择。