mems光开关

O O
4.MEMS光开关的应用
微系统
谢谢！
3.MEMS光开关的分类及原理
MEMS光开关的驱动方式 O平行板电容静电驱动 O梳状静电驱动器驱动 O电致、磁致伸缩驱动 O形变记忆合金驱动 O光功率驱动 O热驱动
3.MEMS光开关的分类及原理
平行板电容静电驱动 O采用平面下电极驱动结构的光开关 示意图，主要包括上电极和下电极 两部分，其中，微反射镜、悬臂和 扭臂集中在上电极极板上，上下两 电极相当于一个平行板电容器，当 施加驱动电压时，光开关的上电极 悬臂在静电力作用下会发生偏转， 带动微反射镜发生移动，从而实现 开关功能的转换。
3.MEMS光开关的分类及原理
微镜反射型MEMS光开关
O 相对于移动光纤对接的方法，利用微镜反射原理的光开关更加易于 集成和控制，组成光开关阵列。根据组成OXC矩阵的方法，可以把 利用微镜反射原理的光开关分成二维数字逼近方式和三维模拟逼近 方式两种。
在二维(2D)也称数字方式中，微镜 和光纤在同一个平面上，微镜只有 两种状态(开或关)。通过移动适当 位置的反射镜使其反射光束可将任 意输入光束耦合为输出信号。
4.MEMS光开关的应用
光开关的应用领域
O O O 光开关在光网络中起到十分重要的作用，它不仅构成了波分复用光网络中关键设的交换 核心，本身也是光网络中的关键器件。其应用范围主要有： 保护倒换功能：当光纤断裂或其他传输故障发生时，利用光开关实现信号迂回路由，从 主路由切换到备用路由上。这种保护通常只需要最简单的1×2光开关。 网络监视功能：使用简单的1×N光开关可以将多纤联系起来。当需要监视网络时，只需 在远端监测点将多纤经光开关连接到网络监视仪器上，通过光开关的动作，可以实现网络在 线监测。 光器件的测试：可以将多个待测光器件通过光纤连接，通过1×N光开关，可以通过监测 光开关的每个通道信号来测试器件。 光开关可用于光纤通信系统，光纤网络系统，光线测量系统或仪器以及光纤传感系统。
热光开关
声光开关 磁光开关
3.MEMS光开关的分类及原理
MEMS光开关的分类 O根据被驱动的部件不同，MEMS光开关可分两类
MEMS光开关
基于传统 的机械式 光开关
移动其他 部件的光 开关
3.MEMS光开关的分类及原理
基于传统的机械式光开关 O移动光纤式：
光纤1
光纤3 玻璃套筒 套管
方空玻璃套筒
O 注：OEO是Optical Electrical Optical的缩写， 意为光--电--光；
2.光开关以及mems光开关的概念
MEMS光开关
MEMS光开关是在硅晶上刻出若干微 小的镜片，通过静电力或电磁力的作用， 使可以活动的微镜产生升降、旋转或移 动，从而改变输入光的传播方向以实现 光路通断的功能，将电、机械和光集成 为一块芯片,能透明地传送不同速率、 不同协议的业务。目前已成为一种最流 行的光开关制作技术。
光 纤2
光纤2
光纤1 光纤3
3.MEMS光开关的分类及原理
移动其他部件的光开关 O移动棱镜式：
棱镜
1
2 3
自聚焦透镜
3.MEMS光开关的分类及原理
移动其他部件的光开关 O移动反射镜、透射镜式
3.MEMS光开关的分类及原理
移动其他部件的光开关 O采用MEMS技术移动微反射镜的光开关
3.MEMS光开关的分类及原理
2.光开关以及MEMS光开关的概念
光开关
光开关是按一定要求将光信号从一个光 通道转换到另一个光通道的器件，使光传输 由0-E-0变成0-0-0，已成为全光网络(AON)中 的重要器件。光开关具有自动保护切换、实 时监控网络性能、测试元器件、组成光分插 复用设备和光交叉连接设备等具体功能。目 前典型的光开关包括MEMS光开关、电光开关、 声光开关、热光开关、磁光开关、喷墨气泡 光开关、液晶光开关、全息光栅开关、液体 光栅开关和半导体光放大器光开关等。
MEMS光开关的分类 按功能实现方法可分为： O光路遮挡型 O移动光纤对接型 O微镜反射型
3.MEMS光开关的分类及原理
光路遮挡型MEMS光开关
O 整个器件尺寸约l~2mm，材料由金、氮化 硅和多晶硅组成，并由体硅工艺加工出悬 臂梁。它利用8个多晶硅PiN电池(一种非晶 硅太阳电池)串联组成光发电机，在光信号 的作用下，产生3V电压，电容板受到电场 力吸引，将遮片升起，光开关处于开通状 态，如无光信号，光发电机无电压输出， 遮片下降，光开关关闭。该开关由远端的 光信号控制，所以光开关本地是无源的。 该光开关驱动光功率仅2.7μW，传输距离 达128 km，开关速度3.7ms，插损小于 0.5dB。但串扰比较大，隔离度不高，一般 用于组成光纤线路倒换系
3.MEMS光开关的分类及原理
移动光纤对接型MEMS光开关
O 一个l×4光开关，利用光纤的移动和对 准实现光信号的切换。
O 采用体硅或LIGA工艺，制造结构和制备 方法较为简单。
O 采用电磁驱动，驱动精度要求低，系统 可靠性和稳定性好，稳态时几乎不耗能， O 缺点是开关速度较低，可连接的最大端 口数受到限制，多用于网络自愈保护。
3.MEMS光开关的分类及原理
MEMS光开关的基本原理 O通过静电力或电磁力的作用, 使可以活动的微镜产生升 降、旋转或移动, 从而改变输入光的传播方向以实现光 路通断的功能, 使任一输入和输出端口相连接, 且1 个 输出端口在同一时间只能和1个输入端口相连接。
ຫໍສະໝຸດ Baidu 3.MEMS光开关的分类及原理
MEMS光开关的基本组成 O活动微镜、驱动执行器、输入/出光纤
mems光开关
目录
1 2 3 4 MEMS光开关的研究背景
光开关以及MEMS光开关的概念 MEMS光开关的分类及原理
MEMS光开关的应用
1.MEMS光开关的研究背景
O
20世纪90年代以来，光通信得到了快速的 发展，作为光通信关键环节的光互联与光开关 的地位也越来越重要，传统的以电为核心的开 关已不能满足高速大容量光通信的需求．尤其 是全光传输网，而将以全光开关代之，全光开 关是以光为核心实现光的通断和交叉连接的系 统部件，不存在光电的转换，要成为传统开关 的替代者，这种新型的全光开关必须具备低损 耗和高稳定的特点．而MEMS光开关具备了这 些优点．而且与传输的数据速率和信号协议无 关．MEMS光开关还具有体积小、成本低、易 集成和容量大的优点．
3.MEMS光开关的分类及原理
光开关的分类
光开关
机械光开关 mechanical optical switch 光纤开关 自由空间棱镜开关 宏机械开关
固体光开关
Solid light switch 电光开关
其他光开关
Other light switch
气泡开关 Click to add Title 液晶开关 Click to add Title 全息光 开关 光子开关
3.MEMS光开关的分类及原理
三维(3D)
O 在三维(3D)也称为模拟光束偏转开关中， 输入输出光纤均成二维排列，两组可以 绕轴改变倾斜角度的微反射镜安装在二 维阵列中，每个输入和输出光纤都有相 对应的反射镜。在这种结构中，N×N 转换仅需要2N个反射镜。通过将反射镜 偏转至合适的角度，在三维空间反射光 束，可将任意输入反射镜／光纤与任意 输出反射镜／光纤交叉连接。
3.MEMS光开关的分类及原理
梳状静电驱动器驱动
梳状静电驱动即由大量的梳齿组成。一个 简单的梳状静电驱动结构，上方的梳片是固定 的，而下方的梳片是可以自由移动的。静电力 F 主要是由驱动电压 V及梳齿个数 n 来决定的。 静电梳状驱动力与下方梳齿个数成线性关系， 若使用相当多的梳齿可以产生较大的静电力。 靠这静电力可水平或者竖直推动微镜移动位置， 从而达到开或关的效果，如图 所示，即一个梳 状驱动器水平方向驱动微镜的 MEMS 光开关。 可动部分的悬臂梁侧壁可用作反射镜，在自然 状态下光通过反射镜输出，上下梳齿受压后， 静电力驱使可动悬梁沿力的方向移近不可动的 悬梁位置，于是光直线通过一输出点，实现开 关功能。
3.MEMS光开关的分类及原理
电磁驱动
O 开关呈直通状态，此时铜线圈中通有正向 电流，线圈产生的磁场方向与永磁体磁场 方向相反，线圈与其下方永磁体之间产生 排斥力，悬臂梁带动双面反射棱镜移出光 路，因此由光纤准直器输出的光信号直接 通过光开关而不被反射. O 开关呈反射状态，此时铜线圈中通有反向 电流，线圈与永磁体之间产生的吸引力将 悬臂梁吸附在基座上，光信号被双面反射 棱镜的一面反射到窄带滤光片上，而从滤 光片返回的光信号则通过双面反射棱镜的 另一个反射面反射回到光纤准直器中.