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[導讀]為增進大家對MEMS的認識,本文將對MEMS交換機、MEMS交換機的原理、MEMS規範予以介紹.

對於MEMS,小編在往期文章中,已經帶來了諸多介紹,如MEMS加速度計、MEMS陀螺儀、MEMS振盪器等.為增進大家對MEMS的認識,本文將對MEMS交換機、MEMS交換機的原理、MEMS規範予以介紹.如果你對MEMS具有興趣,不妨和小編一起繼續往下閲讀哦.

一、MEMS交換,MEMS交換原理是什麼?

採用微電子機械技術(MEMS)的光交換。這種光交換的結構實質上是一個二維易鏡片陣,當進行光交換時,通過移動光纖末端或改變鏡片角度,把光直接送到或反射到交換機的不同輸出端。採用微電子機械系統技術可以在極小的晶片上排列大規模機械矩陣,其響應速度和可靠性大大提高。

這種光交換實現起來比較容易,插入損耗低,串音低,消光比好,偏振和基於波長的損耗也非常低,對不同環境的適應能力良好,功率和控制電壓較低,並具有閉鎖功能,缺點是交換速度只能達到ms級。

微鏡陣列通過靜電或磁力控制微小鏡元,屬於微電機械系統(MEMS)技術。如果這些鏡元只能有開關兩種狀態,微鏡陣列被稱為二維MEMS,如果鏡元能繞兩個軸旋轉停在多個位置,則稱此微鏡陣列為三維MEMS。而二維微鏡陣列是最為常用的光交換方式。微小鏡元置於兩根光纖之間,當開關斷開時,微小鏡元不工作,讓光信號從一根光纖傳到另一根光纖,當開關閉合時,通過靜電場作用,將微小鏡元支起,使光信號被反射回去。通過光開關陣列即可實現交換。

3D MEMS 光交換單元主要由三部分組成:I/O光纖陣列、 MEMS微平面鏡陣列及一折疊平面鏡。其中,I/O陣列中每根光纖接有一個校準微透鏡。 當一束光進入光纖陣列時, 受微透鏡校準後照射到 MEMS 微平面鏡振列 中的一個平面鏡上。該鏡受控傾斜,將入射光反射到摺疊平面鏡上。摺疊平面鏡反過來又將光反射到MEMS另外一個微平面鏡上,由該平面鏡將光線反射到合適的輸出光纖/透鏡上,由此耦合到輸出單模光纖輸出。

MEMS技術除了用於光交換外,還可用於DGEF(動態增益均衡濾波器),可變光衰減器,可編程光分插複用模塊,動態色散補償器件等。

廣泛的應用和不斷成熟的技術使得MEMS的製作成本有望在不久的將來大幅度降低。這將真正使得原來只能用於骨幹通信領域的昂貴的全光交換系統走入高性能計算機系統內部,甚至走入尋常百姓家。

二、MEMS規範概述

許多擁有晶圓廠的半導體制造商尋求通過為無晶圓廠MEMS開發商製造MEMS器件來利用他們舊生產線的產能,但是若想成功遠非掌握製造機械學那麼簡單。MEMS製造合作伙伴必須定量地理解某種應用所需的規範,並在MEMS器件規範與最終用户系統設計之間尋求平衡點。製造商必須能創建出精確的MEMS器件模型,以確保可重複的製造能力。

MEMS的多級效應要求MEMS器件的客户與有經驗的MEMS製造商根據共同的實踐經驗來精心制定一個規範。這樣的規範能夠區別可量產器件與不可量產器件的不同。

設計和製造MEMS的技術與生產IC所用的技術大部分相同。然而,MEMS是機械器件,要求設計人員全面理解器件的電氣特性與機械特性之間的必然因果關係。

設計MEMS器件需要利用一系列物理學及交叉學科的知識進行建模和物理仿真,例如結構力學、靜電學、靜磁學、熱力學、機電學、電熱學、壓阻熱力學和熱電力學等。

我們可以看一個案例。客户為製造商準備了一個規範,用以製造一種微加工的可變光衰減器(VOA)。基於MEMS的VOA具有速度快、尺寸小、成本低等優勢。它們可以使光放大器的增益平坦,還能在密集波分複用(DWDM)光通信系統中實現多信道的功率均衡。

MEMS VOA包含一個絕緣體硅(SOI)單晶光閘片,該光閘片被安裝在一個微加工的拉橋激勵器上,並被放置於一條光纖的端面。當給激勵器施加一個驅動電壓時,它將光閘片移進光路,擋住一部分激光束,從而使信號衰減。

在這個應用中,非常詳細的功能規範包括偏振相關損耗(PDL)和反射回損(ORL)。其中,PDL是指所有偏振狀態下最大和最小輸出光功率之比;ORL是指入射光功率與反射光功率之比,單位為dB。

通過引入小反射,MEMS VOA器件能影響ORL和PDL。這些小反射被稱為後向散射,是由光閘片本身的不均勻性(例如雜散粒子或物理缺陷)所導致的。反射光能使主激光信號的調製和光譜特徵出現失真,並影響數據傳輸質量和信息吞吐量。

對於這類應用,在評估關鍵的ORL和PDL約束條件時,必須要瞭解MEMS器件的哪些因素將影響ORL 和PDL,以及在MEMS製造過程中如何測量這些因素。我們已經發現,MEMS器件對ORL和PDL的影響直接與由材料特性和光閘片表面粗糙度引起的後向散射量有關。原始的器件規範已經被修改,以使MEMS器件中的缺陷和雜散粒子的數量及密度降到最低。此外,為了改善ORL和PDL,我們還為光閘片表面設計了一種特殊塗層。

MEMS器件的可靠性和性能是關鍵問題。要徹底解決這個問題只有直接測量小樣本,而且小樣本的尺寸必須與要製造的微器件處於同一個數量級。這些樣本依賴於製造和工藝條件,包括基底類型、沉積温度、摻雜、退火和化學蝕刻。

以上便是此次小編帶來的”MEMS”相關內容,通過本文,希望大家對MEMS交換、MEMS規範具備一定的瞭解。如果你喜歡本文,不妨持續關注我們網站哦,小編將於後期帶來更多精彩內容。最後,十分感謝大家的閲讀,have a nice day!

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