扭臂式静电驱动MEMS光开关研究

摘要

作为全光通信的关键器件，MEMS光开关的发展一直备受关注。其中，静电驱动MEMS光开关结构简单，设计灵活，应用最为广泛。论文通过比较各种MEMS光开关的优缺点，选择扭臂式静电驱动MEMS光开关作为研究对象。
　　论文首先从MEMS光开关工作原理出发，研究光信号在MEMS光开关中的传播特性，为减小插入损耗，选用双透镜耦合系统进行光纤之间的耦合，并确定了微镜尺寸大小及其表面镀膜厚度。其次，对MEMS光开关的扭臂式静电驱动结构进行设计，并考虑到驱动实际工作过程中空气阻尼作用的影响，根据所选结构参数，运用力电耦合分析方法对所设计的驱动结构做精确建模分析，研究空气阻尼作用对所设计驱动结构的影响。最后研究了所设计MEMS光开关的性能参数，得到其开态插入损耗为0.334 dB，闭态插入损耗为0.809 dB，开启时间为2.2 ms，释放时间为2.5 ms，通过对MEMS光开关进行应力分析，发现当上下电极吸合时，结构应力均匀分布在上电极，且扭臂的最大内应力仅为72.848 MPa，远小于单晶硅的屈服强度7.0 GPa，说明所设计的驱动结构是稳定可靠的，此外本文通过数值分析得到了MEMS光开关开启时间和释放时间随结构参数的变化关系。本文的研究结果为扭臂式静电驱动MEMS光开关的设计和优化提供了理论依据和参考。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 MEMS光开关的应用

1.3 MEMS光开关制作材料

1.4 研究现状

1.5 本文的主要工作

第二章 MEMS光开关工作原理

2.1 MEMS光开关结构

2.2 MEMS光开关驱动方式

2.3 本章小结

第三章 扭臂式静电驱动MEMS光开关光学部分设计与分析

3.1 光信号在MEMS光开关中的传播原理

3.2 双透镜光纤耦合系统的设计

3.3 双透镜耦合系统中微反射镜大小的确定

3.4 微反射镜镀膜厚度的确定

3.5 本章小结

第四章 扭臂式静电驱动MEMS光开关驱动结构设计与分析

4.1 MEMS光开关驱动结构参数设计

4.2 空气阻尼作用对驱动结构Pull-in电压的影响

4.3 本章小结

第五章 扭臂式静电驱动MEMS光开关性能分析

5.1 MEMS光开关插入损耗分析

5.2 MEMS光开关应力分析

5.3 MEMS光开关开启时间分析

5.4 MEMS光开关释放时间分析

5.5 本章小结

第六章 结束语

6.1 本文的主要研究内容

6.2 后续研究工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文