基于三维MOEMS光开关的分析和设计

摘要

随着光网络带宽的不断增长，以DWDM为代表的全光网技术快速发展，每根光纤可以进行从几百到上千波长的传输，每个波长可承载10Gbit/s以上的信号。面对如此巨大的系统容量进行传输和交换，给现有网络带来巨大挑战，采用传统的光-电-光方法的交换设备很难胜任。光网络中光交换设备逐渐成为光网络发展的瓶颈，而基于微光机电系统(MOEMS)技术的光开关被认为是未来高速光网络中的关键技术。为了实现高速光交换，需要光开关有更高的切换速度；为了实现大规模、大容量的光交换，需要光开关具有更低的插入损耗；为了获得更长的工作寿命，需要光开关具有更高机械稳定性和可靠性。因此，采用传统光开关技术难以实现这些要求，而目前基于MOEMS光开关是最具有前景的一种技术方案。 论文对基于MOEMS技术的光开关进行了全面的探讨和研究。重点对三维MOEMS光开关结构进行分析和设计，设计了一种三维MOEMS光开关的结构，特别对输入输出光纤端面、微反射镜阵列、反射器等进行了分析，在建立系统传输模型的基础上，分析微型反射镜参数的合理选择；然后对致动器进行分析和探讨，设计了一种新型的静电致动器，并对致动器的控制部分初步进行分析；最后对光开关的开关室进行分析，并与传统结构的开关室进行比较。研究结果表明：这种光开关具有抗温度影响和抗冲击的能力强，可靠性高；切换时间短、结构紧凑、微镜的最大偏转角小、便于装配、便于批量生产等特点，能满足高速光网络的需要。 论文最后对光开关用于构建OXC，OADM，实现全光互联网，实现光网络的保护等方面的应用展开探讨。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1全光网络概述

1.2 光开关是光交换器件的核心

1.3光开关关键技术研究的目的和意义

1.4基于MOEMS的光开关国内外研究现状

1.4.1 国内研究现状

1.4.2国外研究现状

1.5本论文的主要工作和创新点

第二章基于MOEMS技术光开关的结构和原理

2.1 MOEMS技术简介

2.1.1 MOEMS技术概述

2.1.2光通信领域MEMS技术特点

2.2二维MOEMS光开关

2.2.1 二维MOEMS光开关的系统结构和工作原理

2.2.2二维MOEMS光开关的特点

2.2.3二维MOEMS光开关可靠性分析

2.3基于三维MOEMS的光开关

2.3.1 基于三维MOEMS的光开关系统结构和原理

2.3.2三维MOEMS光开关的特点

2.4基于MOEMS技术光开关的市场情况和展望

第三章基于三维MOEMS光开关结构设计和致动器的研究

3.1基于三维MOEMS光开关的结构设计

3.1.1 输入输出光纤端面的结构

3.1.2微反射镜阵列的结构

3.1.3反射器的结构

3.1.4光纤的选择

3.2微型反射镜的设计

3.2.1微型反射镜反射率理论分析

3.2.2微镜表面粗糙度的分析

3.2.3微型反射镜的尺寸参数的设计和准直透镜的选择

3.2.4反射器和反射镜阵列参数的设计

3.3微型致动器的设计

3.3.1几种微型致动器介绍

3.3.2系统微型致动器的设计

3.3.3系统控制部分

3.4基于三维MOEMS光开关室结构的分析

3.4.1 传统基于三维MOEMS光开关的结构及其开关室结构

3.4.2新型的基于三维MOEMS光开关的开关室结构

3.4.3两种开关室的性能比较

第四章光开关主要性能参数分析

4.1交换容量的计算

4.2驱动电压

4.3光开关损耗的分析

4.3.1纤芯错位损耗

4.3.2光纤倾斜损耗

4.3.3光纤端面间隙损耗

4.3.4纤芯直径不同的光纤连接时产生的连接损耗

4.4小结

第五章光开关在全光网络中的应用

5.1用光开关构建OXC

5.2用光开关构建OADM

5.3 OXC和OADM组网应用

5.4光开关实现全光网保护

5.5 光开关应用展望

结束语

参考文献

致谢

硕士研究生期间发表的论文