1　M EM S 技術(shù)
M EM S (M icro2Elect ro2M echan ical Sys2tem )
技術(shù)也稱作微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù), 是指可批量制作并集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理及控制電路、接口、電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。M EM S 是隨著半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工技術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。M EM S技術(shù)的主要特點(diǎn)如下。
1) 微型化。M EM S 器件體積小、重量輕、耗能低、慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短。
2) 以硅為主要材料的機(jī)械電器性能優(yōu)良。硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng), 密度類似鋁, 熱
傳導(dǎo)率接近鉬和鎢。
3) 可批量生產(chǎn)。用硅微加工工藝可在一塊硅片上同時(shí)制造成百上千個(gè)微型機(jī)電裝置或完整的
M EM S。
4) 集成化。可以把不同功能、不同敏感方向或致動(dòng)方向的多個(gè)傳感器或執(zhí)行器集成于一體, 或形
成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列, 甚至可以把多種功能的器件集成在一起, 形成復(fù)雜的微系統(tǒng)。
5) 多學(xué)科交叉。M EM S 涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等多種學(xué)科, 并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果。
2　M EM S 光開關(guān)
2. 1　M EM S 光開關(guān)在光纖通信中的應(yīng)用光纖通信在實(shí)現(xiàn)了高速、大容量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸
后, 于上世紀(jì)末已進(jìn)入了光纖網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。M EM S 在光纖通信領(lǐng)域的應(yīng)用范圍十分寬廣, 幾乎所有光網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)組成單元都能采用M EM S 制作器件,并由此產(chǎn)生了一個(gè)新名詞: 微光電機(jī)械系統(tǒng)(MO 2EM S)。利用M EM S 技術(shù)可以制作光纖通信傳輸網(wǎng)中的許多器件, 如光分插復(fù)用器(OADM )、光交叉連接開關(guān)矩陣(OXC2A S)、光調(diào)制器、光濾波器、波分復(fù)用解復(fù)用器、可調(diào)諧微型垂直腔表面發(fā)射半導(dǎo)體激光器(VCSEL )、可變光衰減器、增益均衡器及用于光路分配和耦合的微透鏡陣列等多種微型光學(xué)器件。光開關(guān)是較為重要的無源光學(xué)器件, 它可在光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中對(duì)光信號(hào)進(jìn)行選擇性開關(guān)操作。隨著光信號(hào)傳送業(yè)務(wù)量的快速增長(zhǎng), 以及接入網(wǎng)和高速數(shù)據(jù)網(wǎng)大容量高速交換的需求, 組建全光傳輸網(wǎng)絡(luò)成為光通信技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。光交叉連接(OXC) 技術(shù)是全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。OXC 系統(tǒng)作為全光網(wǎng)絡(luò)不可缺少的節(jié)點(diǎn)設(shè)備, 可以使全光網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸?shù)墓庑盘?hào)進(jìn)行直接交換和交叉連接。它與當(dāng)前應(yīng)用的電交叉連接相比, 省去了光2電及電2光變換過程, 設(shè)備相應(yīng)簡(jiǎn)化。采用直接交換和交叉連接不僅可以減少干擾的可能性, 而且可以盡
快消除同步網(wǎng)絡(luò)中的干擾, 提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可靠性, 還可以使光傳輸系統(tǒng)無中繼傳送更長(zhǎng)的距離。在OXC 設(shè)備中, 光開關(guān)及更為復(fù)雜的光開關(guān)矩陣系統(tǒng)是其關(guān)鍵器件。傳統(tǒng)的機(jī)械式光開關(guān)雖然串音小, 重復(fù)性好, 插入損耗低, 價(jià)格相對(duì)便宜, 但隨著現(xiàn)代光通信的發(fā)展, 要求光開關(guān)器件具有更高的工作速度、更低的插入損耗和更長(zhǎng)的工作壽命。在器件的體積上, 由于全光網(wǎng)單元器件的增多, 為使器件小型化, 就要求器件有更高的集成度; 在成本方面, 由于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充, 所需器件將會(huì)大大增加新的光網(wǎng)絡(luò)核心器件技術(shù), 并對(duì)光開關(guān)提出更高的要求。由此也帶來了光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備高昂的成本。因此,必須采取技術(shù)措施發(fā)展新技術(shù), 降低光學(xué)器件的成本, 這樣才能被用戶所接受。用傳統(tǒng)手段制造的光開關(guān)難以滿足上述要求, 在此情況下,M EM S 光開關(guān)應(yīng)運(yùn)而生。M EM S 光開關(guān)技術(shù)被認(rèn)為是一項(xiàng)革命性技術(shù), 給光通信領(lǐng)域帶來了一系列前所未有的M EM S 研究熱。人們對(duì)M EM S 光開關(guān)研究始于20世紀(jì)90 年代中期。雖然起步較晚, 但發(fā)展較快, 而且研究單位和研究者眾多, 成為一種最流行的光開關(guān)制作技術(shù)。貝爾實(shí)驗(yàn)室的“跌撓板”式光開關(guān), 被稱為世界上第一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的M EM S 光開關(guān);美國(guó)OMM 公司的“Cro2GuaN ”光開關(guān)號(hào)稱世界上
第一個(gè)M EM S 光開關(guān), 該公司的小陣列(4×4 和8×8) 光開關(guān)產(chǎn)品已進(jìn)入實(shí)用階段, 大于32×32 陣列的光開關(guān)也在開發(fā)之中; 另外, 美國(guó)O n ix 公司也制作了基于微鏡技術(shù)的光開關(guān), 其中微鏡技術(shù)是該公司的專利技術(shù)。在M EM S 光開關(guān)的制作中, 這些國(guó)外的研究單位和公司大多采用了M EM S 平面工藝。
2. 2　M EM S 光開關(guān)技術(shù)
一般說來,M EM S 光開關(guān)從空間結(jié)構(gòu)上可分成兩種: 2D 開關(guān)和3D 開關(guān)。這兩種結(jié)構(gòu)在如何控
制和引導(dǎo)光束的能力方面有很大的差別, 可以在光通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮各自不同的作用。在2D 開關(guān)中, 微鏡的排列只有兩個(gè)位置, 即開和關(guān)兩種狀態(tài)。這種排列極大地減化了控制電路的設(shè)計(jì), 一般只需提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓使微鏡發(fā)生動(dòng)作即可, 但是當(dāng)要擴(kuò)展成大型光開關(guān)陣列時(shí), 這種結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)便顯露出來了。因?yàn)楦鱾�(gè)輸入輸出端口之間的光路傳輸距離各有不同, 所以各端口的插入損耗也不同, 這就使2D 光開關(guān)只能用在端口較少的環(huán)路里。這種二維光開關(guān)陣列插入損耗小于4dB, 開關(guān)時(shí)間小于10m s。由于受光程損耗的限制, 最大可以實(shí)現(xiàn)32×32 端口。如果要想實(shí)現(xiàn)更高端口密度, 則在技術(shù)上十分困難。在3D M EM S 光開關(guān)中, 微鏡能沿著兩個(gè)方向的軸任意旋轉(zhuǎn), 因此可以用不同的角度來改變光路應(yīng)用光學(xué)的輸出。在N ×N 的陣列中, 它只需要N 或2N 個(gè)
微鏡即可; 但是如果只有N 個(gè)微鏡, 則每個(gè)鏡的有限旋轉(zhuǎn)角度將會(huì)引入新的插入損耗。因此, 現(xiàn)在多采用兩組微鏡陣列(2N )。這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是由光程差所引起的插入損耗對(duì)光開關(guān)陣列端口數(shù)的擴(kuò)展將不會(huì)產(chǎn)生很大的影響。但是, 另一方面, 它所需要的控制電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將會(huì)變得較為復(fù)雜。利用M EM S 技術(shù)制作的新型光開關(guān)體積小、重量輕、能耗低, 可以與大規(guī)模集成電路制作工藝兼容; 易于大批量生產(chǎn)和集成化, 方便擴(kuò)展, 有利于降低成本。此外,M EM S 光開關(guān)與信號(hào)的格式、波長(zhǎng)、協(xié)議、調(diào)制方式、偏振作用、傳輸方向等均無關(guān),并在進(jìn)行光處理過程中不需要進(jìn)行光2電或電2光轉(zhuǎn)換。特別是大規(guī)模光開關(guān)陣列, 幾乎非M EM S 技術(shù)而不能實(shí)現(xiàn), 而OXC 必須使用大規(guī)模光開關(guān)陣列。因此, 大規(guī)模M EM S 光開關(guān)陣列已經(jīng)成為目前發(fā)展全光通信技術(shù)中極其重要的技術(shù)路線。
3　M EM S 光開關(guān)的發(fā)展和目前存在的主要問題隨著光通信的發(fā)展, 一些國(guó)際通信公司也大力
開發(fā)制造新型光開關(guān)。其中光調(diào)制光開關(guān)和波導(dǎo)調(diào)制光開關(guān)的技術(shù)發(fā)展較快, 其開關(guān)時(shí)間具有幾個(gè)p s到10p s 的開發(fā)潛力, 可以滿足全光通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高速光交換、光交叉連接的要求。因此, 光調(diào)制光開關(guān)和波導(dǎo)調(diào)制光開關(guān)是今后光開關(guān)的發(fā)展方向。但是, 光調(diào)制光開關(guān)和波導(dǎo)調(diào)制光開關(guān)串音大的缺點(diǎn)目前尚無技術(shù)突破, 還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段, 而且價(jià)格昂貴, 近幾年要達(dá)到實(shí)用化的水平并投入市場(chǎng)不太可能。目前采用較為成熟的M EM S 技術(shù)研制開發(fā)光開關(guān)、光開關(guān)列陣, 并在此基礎(chǔ)上組建、完善全光交換機(jī)及其交換矩陣系統(tǒng)等全光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備, 具有非常大的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。目前,M EM S 技術(shù)還存在一些問題: 一是迫切需要用于微電子機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的先進(jìn)的模擬工具和模型建立工具(大多數(shù)微電子機(jī)械設(shè)備都是用功能差的不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)執(zhí)行情況的分析工具來建立的, 這種方式效率低下, 費(fèi)時(shí)費(fèi)力) , 只有運(yùn)用合適的開發(fā)工具, 并配以連通高性能工作站以及本地的和遠(yuǎn)程的超級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)才能從根本上改變這種局面; 其次, 微電子機(jī)械系統(tǒng)的包裝面臨獨(dú)特的挑戰(zhàn), 因?yàn)槲㈦娮訖C(jī)械裝置形狀差異大, 并且部分裝置還要求放置于特定的環(huán)境中, 所以幾乎每開發(fā)一套微電子機(jī)械系統(tǒng)就需要為其設(shè)計(jì)一個(gè)專用的包裝。容許設(shè)計(jì)者從已有的標(biāo)準(zhǔn)包中挑選出新的微電子機(jī)械設(shè)備的包裝也不失為一個(gè)較好的辦法。
4　結(jié)論
目前,M EM S 光開關(guān)及其陣列在現(xiàn)有光通信中的應(yīng)用越來越廣泛。長(zhǎng)途傳輸網(wǎng)中的光開關(guān)ö均
衡器、發(fā)射功率限幅器, 城域網(wǎng)中的監(jiān)控保護(hù)開關(guān)、信道均衡器、增益均衡器, 以及無源網(wǎng)中的調(diào)制器等都需要光開關(guān)及其陣列。總之, 大力發(fā)展M EM S技術(shù)和M EM S 光開關(guān)具有非常大的市場(chǎng)價(jià)值和理論價(jià)值。
我公司專業(yè)生產(chǎn)機(jī)械式光開關(guān),MEMS光開關(guān),光路保護(hù),光纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等系列設(shè)備廠家.我們能夠滿足各種不同的設(shè)計(jì)需要，也可
以提供其他器件的整合來完成不同功能的模塊和微系

15878753427劉女士