對(duì)于MEMS,小編在往期文章中,已經(jīng)帶來(lái)了諸多介紹,如MEMS加速度計(jì)、MEMS陀螺儀、MEMS振蕩器等.為增進(jìn)大家對(duì)MEMS的認(rèn)識(shí),本文將對(duì)MEMS交換機(jī)、MEMS交換機(jī)的原理、MEMS規(guī)范予以介紹.如果你對(duì)MEMS具有興趣,不妨和小編一起繼續(xù)往下閱讀哦.

一、MEMS交換,MEMS交換原理是什么?

采用微電子機(jī)械技術(shù)(MEMS)的光交換。這種光交換的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)二維易鏡片陣，當(dāng)進(jìn)行光交換時(shí)，通過(guò)移動(dòng)光纖末端或改變鏡片角度，把光直接送到或反射到交換機(jī)的不同輸出端。采用微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)可以在極小的晶片上排列大規(guī)模機(jī)械矩陣，其響應(yīng)速度和可靠性大大提高。

這種光交換實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，插入損耗低，串音低，消光比好，偏振和基于波長(zhǎng)的損耗也非常低，對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)能力良好，功率和控制電壓較低，并具有閉鎖功能，缺點(diǎn)是交換速度只能達(dá)到ms級(jí)。

微鏡陣列通過(guò)靜電或磁力控制微小鏡元，屬于微電機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)。如果這些鏡元只能有開(kāi)關(guān)兩種狀態(tài)，微鏡陣列被稱(chēng)為二維MEMS，如果鏡元能繞兩個(gè)軸旋轉(zhuǎn)停在多個(gè)位置，則稱(chēng)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。微小鏡元置于兩根光纖之間，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，微小鏡元不工作，讓光信號(hào)從一根光纖傳到另一根光纖，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，通過(guò)靜電場(chǎng)作用，將微小鏡元支起，使光信號(hào)被反射回去。通過(guò)光開(kāi)關(guān)陣列即可實(shí)現(xiàn)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(gè)校準(zhǔn)微透鏡。 當(dāng)一束光進(jìn)入光纖陣列時(shí)， 受微透鏡校準(zhǔn)后照射到 MEMS 微平面鏡振列 中的一個(gè)平面鏡上。該鏡受控傾斜，將入射光反射到折疊平面鏡上。折疊平面鏡反過(guò)來(lái)又將光反射到MEMS另外一個(gè)微平面鏡上，由該平面鏡將光線(xiàn)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(shù)除了用于光交換外，還可用于DGEF(動(dòng)態(tài)增益均衡濾波器)，可變光衰減器，可編程光分插復(fù)用模塊，動(dòng)態(tài)色散補(bǔ)償器件等。

廣泛的應(yīng)用和不斷成熟的技術(shù)使得MEMS的制作成本有望在不久的將來(lái)大幅度降低。這將真正使得原來(lái)只能用于骨干通信領(lǐng)域的昂貴的全光交換系統(tǒng)走入高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，甚至走入尋常百姓家。

二、MEMS規(guī)范概述

許多擁有晶圓廠(chǎng)的半導(dǎo)體制造商尋求通過(guò)為無(wú)晶圓廠(chǎng)MEMS開(kāi)發(fā)商制造MEMS器件來(lái)利用他們舊生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)能，但是若想成功遠(yuǎn)非掌握制造機(jī)械學(xué)那么簡(jiǎn)單。MEMS制造合作伙伴必須定量地理解某種應(yīng)用所需的規(guī)范，并在MEMS器件規(guī)范與最終用戶(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之間尋求平衡點(diǎn)。制造商必須能創(chuàng)建出精確的MEMS器件模型，以確保可重復(fù)的制造能力。

MEMS的多級(jí)效應(yīng)要求MEMS器件的客戶(hù)與有經(jīng)驗(yàn)的MEMS制造商根據(jù)共同的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)精心制定一個(gè)規(guī)范。這樣的規(guī)范能夠區(qū)別可量產(chǎn)器件與不可量產(chǎn)器件的不同。

設(shè)計(jì)和制造MEMS的技術(shù)與生產(chǎn)IC所用的技術(shù)大部分相同。然而，MEMS是機(jī)械器件，要求設(shè)計(jì)人員全面理解器件的電氣特性與機(jī)械特性之間的必然因果關(guān)系。

設(shè)計(jì)MEMS器件需要利用一系列物理學(xué)及交叉學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行建模和物理仿真，例如結(jié)構(gòu)力學(xué)、靜電學(xué)、靜磁學(xué)、熱力學(xué)、機(jī)電學(xué)、電熱學(xué)、壓阻熱力學(xué)和熱電力學(xué)等。

我們可以看一個(gè)案例?？蛻?hù)為制造商準(zhǔn)備了一個(gè)規(guī)范，用以制造一種微加工的可變光衰減器(VOA)?；贛EMS的VOA具有速度快、尺寸小、成本低等優(yōu)勢(shì)。它們可以使光放大器的增益平坦，還能在密集波分復(fù)用(DWDM)光通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多信道的功率均衡。

MEMS VOA包含一個(gè)絕緣體硅(SOI)單晶光閘片，該光閘片被安裝在一個(gè)微加工的拉橋激勵(lì)器上，并被放置于一條光纖的端面。當(dāng)給激勵(lì)器施加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，它將光閘片移進(jìn)光路，擋住一部分激光束，從而使信號(hào)衰減。

在這個(gè)應(yīng)用中，非常詳細(xì)的功能規(guī)范包括偏振相關(guān)損耗(PDL)和反射回?fù)p(ORL)。其中，PDL是指所有偏振狀態(tài)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(guò)引入小反射，MEMS VOA器件能影響ORL和PDL。這些小反射被稱(chēng)為后向散射，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(dǎo)致的。反射光能使主激光信號(hào)的調(diào)制和光譜特征出現(xiàn)失真，并影響數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量和信息吞吐量。

對(duì)于這類(lèi)應(yīng)用，在評(píng)估關(guān)鍵的ORL和PDL約束條件時(shí)，必須要了解MEMS器件的哪些因素將影響ORL 和PDL，以及在MEMS制造過(guò)程中如何測(cè)量這些因素。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，MEMS器件對(duì)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后向散射量有關(guān)。原始的器件規(guī)范已經(jīng)被修改，以使MEMS器件中的缺陷和雜散粒子的數(shù)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(shè)計(jì)了一種特殊涂層。

MEMS器件的可靠性和性能是關(guān)鍵問(wèn)題。要徹底解決這個(gè)問(wèn)題只有直接測(cè)量小樣本，而且小樣本的尺寸必須與要制造的微器件處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)。這些樣本依賴(lài)于制造和工藝條件，包括基底類(lèi)型、沉積溫度、摻雜、退火和化學(xué)蝕刻。

以上便是此次小編帶來(lái)的”MEMS”相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)本文，希望大家對(duì)MEMS交換、MEMS規(guī)范具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來(lái)更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!