三维微电子机械系统结构分析设计及其应用

摘要

随着光网络带宽需求的不断增长，DWDM技术在长距离光通信系统中迅速发展，每根光纤可以进行几百到上千个波长的传输，每个波长可承载10Gb/s以上的信号。以光束交换为核心的交换设备才能满足如此大容量的交换要求。在高速光传送网中，光交换设备逐渐成为限制网络通信速度的瓶颈，而基于微电子机械系统(MEMS)技术的光交叉连接设备被认为是未来高速光网络中节点设备的首选。因此，论文对MEMS的光交叉连接结构作了全面介绍，主要对三维MEMS的光交换器件结构进行了分析和设计，并对基于三维MEMS结构的光分插复用器在全光通信网中的应用进行了探讨。 论文主要包括以下内容：在MEMS的发展的基础上，介绍了MEMS技术特点和国内外研究和发展的现状，并分析了MEMS的研究前景，为MEMS的分析研究提供借鉴； 介绍了一维MEMS和二维MEMS结构及工作原理，说明了它们存在的缺点，分析了三维MEMS的结构，根据它的工作原理，讨论了它应用在高速光网络中的优势； 对反射镜进行了参数设计，分析了反射镜阵列的位置关系，推出了绕一轴转动和绕两轴转动的驱动电压与偏转角度的计算公式，给出了驱动电压计算方法和驱动电压图。 分析了反射镜的最大偏转角度和最大驱动电压，提出了反射镜建立光交叉连接和拆除连接时的动力学方程，得出了交换时延和恢复时延，还分析了反射镜运动过程中静电力矩的功率。 用三维MEMS结构的光交叉连接器构成了重构型的光分插复用器，分析它的工作原理，并根据它在全光网络中的位置，分析在全光通信网中应用； 最后对整个文章进行系统的总结，并对未来的发展提出了展望。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主题词

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第一章绪论

1.1引言

1.2 MEMS的技术概述

1.2.1 MEMS光开关的需求背景

1.2.2光交换技术

1.2.3 MEMS的主要技术特点

1.2.4 MEMS的发展目标

1.2.5 MEMS的主要制造工艺介绍

1.3国内外关于MEMS光开光器件的研究现状

1.4 MEMS结构的光交换器件的前景分析

1.5论文结构与所完成的研究工作

1.5.1论文结构

1.5.2所完成的研究工作

第二章MEMS光开关阵列的结构原理

2.1一维MEMS光开关阵列结构原理

2.2二维MEMS光开关阵列结构原理

2.3三维MEMS光开关阵列

2.3.1三维MEMS光开关阵列的结构原理

2.3.2三维MEMS光交叉连接的工作原理

2.3.3三维MEMS光开关阵列的控制方法

2.3.4三维MEMS光开关阵列的优缺点

2.4小结

第三章三维MEMS结构的参数设计

3.1反射镜参数设计

3.2反射镜阵列位置关系设计

3.3驱动电压参数设计

3.4小结

第四章基于三维MEMS结构的性能分析

4.1引言

4.2微反射镜的最大偏转角度

4.3最大驱动电压

4.4偏转电压对偏转角度控制的精确性

4.5交换容量

4.6封装尺寸

4.7交换时延

4.8驱动电压的功率

4.9串扰

4.10插入损耗

4.11小结

第五章三维MEMS光交换器件结构在全光网络中的应用

5.1引言

5.2三维MEMS的OXC结构及原理

5.3三维MEMS的OXC构成ROADM的结构及原理

5.4 OADM在全光网络中的应用

5.4.1 OADM网络节点在全光网中的位置、作用与构成

5.4.2 OADM节点结构

5.4.3网络自愈功能

5.4.4 OADM对全光网传输特性的影响

5.5小结

结束语

致谢

参考文献

附录高阶微分方程化为一阶方程的龙格一库塔公式