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基于MEMS的Optical Circuit Switch(OCS):MEMS Studio仿真教程

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论坛法老

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发表于 2024-10-25 08:03:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
光线路交换(OCS)简介, J9 K' B' X. \* e/ k# [: ^
光线路交换(OCS)技术通过光纤网络中的光路直接传输数据,无需转换为电信号,实现端到端连接。这种技术具有显著优势:
( \: J0 v5 H6 X9 c
  • 高速数据传输能力
  • 降低传输延迟
  • 提高带宽利用率& C: z( S" h! g0 i+ n
    - L6 L* w5 Z, F4 D
    这些特点使OCS在多个领域得到广泛应用:4 M7 D# }* W# b/ z+ d
  • 数据中心
  • 电信基础设施
  • 高容量通信网络0 r. O9 d4 ~' q# D: V8 X+ M
    7 U2 F- h$ d% k2 u
    6 ^+ W; y6 K) K1 z# ]; u0 V

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      T- Q0 s& o9 ^) t$ K
    * o! W9 i) X% q' g) e; m
    MEMS技术在光线路交换中的应用" M2 a5 n& i+ q; X1 c& r% [
    微机电系统(MEMS)技术通过微小的机械运动精确控制光波导的连接与断开,提高了光线路交换的速度、精确度和效率。工作原理如下:
  • 悬浮电极和固定电极之间的电压逐渐上升时,电场产生吸引力
  • 吸引力促使悬浮电极向固定电极移动
  • 悬浮电极的弹簧结构产生反作用力,平衡吸引力
  • 当电压达到临界点(Pull-in Voltage)时,电场吸引力急剧增强,超过弹簧的恢复力
  • 悬浮电极随即快速向固定电极移动% }0 [3 i! y; y9 ]
    [/ol]' n( D& H' E5 F
    ( F7 l, z( w6 K8 _% L, _0 ]4 ?

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      \8 `( E+ k$ p/ S
    5 G4 Z/ H' B: k" }9 I2 q" d1 U

    ' Y* y+ O' h4 T- ?( Z/ Q, ?) _硅基光电子技术的创新应用
    ; M& O* k& s  b$ N; e! E3 z0 v) n4 o最新研究成果包括:/ i4 F3 [1 i/ ]6 r9 N
    1. 大规模数字硅基光电子交换机
    4 x8 C% A$ W% \7 [/ Y2 K  |3 J# N' B
  • 64x64硅基光电子开关
  • 最多4,096个开关单元
  • 采用垂直渐逝耦合器和MEMS电容驱动器( ^3 S% l* [' K' X1 _" z

    # ~, w: M  l  q: R2. 硅基光电子MEMS相位调节器
    8 j0 ]$ g( X2 o$ B$ y* D9 h
  • 采用双阶段驱动机制
  • 通过调节波导间距实现精确相位控制
    ! G* [3 j: V- ]. O- S! O

    4 ?7 N& m1 W8 n6 |

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    7 |9 w  z2 ~% w5 m
    ! x# H5 ?8 N0 Y9 GMEMS Studio仿真案例研究
    + `0 L6 r% b8 l4 K% M* A, x网格设置与几何结构. t& H. |, H: H$ q, k

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    6 ]. \* N" c, D! ?. s& V) x

    0 x, A  q: A% M$ [5 |仿真采用三角形网格类型,确保MEMS结构建模的准确性。几何设计包含光开关功能所需的关键元素,网格划分在保证计算精度的同时兼顾仿真时间。8 v- S) J, @5 C7 f( ]
    5 i) ?. I% W% ]- D
    制造工艺配置
    + ^+ B& }% }% n& J) u' s& T* M1 i制造过程包含三个不同层次:7 A3 d$ x5 [* Q: M( r

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    , w  y* J4 q/ U5 Y: `% w, o2 @
    " |' i" H$ b2 f' A. N
    0 D% Z5 n! H6 u6 M" R
    边界条件5 ?& [4 e( @: Q

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    3 \9 `& ?% k4 u1 ^) B

    3 s" x$ b3 H3 D5 K4 T仿真设置了以下边界条件:
    7 o4 @* Y* D* B/ z1. 电极配置:
    + _# [& {) g6 c& `
  • 顶面:0V(沉积 1)
  • 底面:1V(沉积 2)
    " |& t6 ~( P& ?7 z
    2 E1 V) c0 |- m4 c1 h4 q% j1 P
    2. 位移约束:7 p* F9 o* P3 T- G
  • Z轴方向:顶面和底面锁定(沉积 3)
  • 桥接起始点固定
  • 桥接边缘X轴锁定
  • 桥接边缘和起始点Y轴锁定
    / H. Q( T! B8 L0 l

    ' }& F& P8 H$ E2 s0 e  w9 [: X仿真结果分析- f0 s# ^' Q) o6 S

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    1 K; g. X6 n" M. E. m" ~- `
    : ^+ T9 h- ?3 X; P3 H; ~4 M! B
    位移仿真揭示了施加电压与电极位移的关系:( E9 O) \) H2 M4 a, Z

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    ( a6 }5 p+ ~+ v: w9 ?/ H  D
    - ^3 K) E+ n( ]: P' _
    结果显示施加电压与位移之间存在非线性关系,电压增加导致位移逐渐增大。这一现象与MEMS执行器的理论性能预测相符。5 k# t& `7 n/ v& W3 C

    + k! D, d+ w" N7 \3 p* _结论
    ' s* X3 J8 H7 e, b! zMEMS Studio在光线路交换器件仿真方面表现出色。仿真结果为MEMS光开关的机械特性提供了深入认识,有助于优化实际应用中的器件设计。精确的网格配置、详细的制造工艺仿真以及全面的边界条件设置,使MEMS器件性能建模更加准确。1 A4 X3 p! b2 q
    0 @% t" C' \9 L) R# e
    本案例展示了MEMS Studio在分析复杂光开关机制方面的强大功能,为从事光通信和硅基光电子研究的工程师提供了重要工具支持。
    - Q+ T% ^' m3 m! @" q$ M) X( R; H- w! z
    2 o8 ]/ d4 j+ s3 {- g- END -
    " Y' ^# Q8 t% s' N% V: P( h- R4 M  A/ S9 T. h( s. y" o9 a- s+ L
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    - I+ D$ `; W' ?9 [" c9 c! |) k  V
    欢迎转载
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    转载请注明出处,请勿修改内容和删除作者信息!( H! g+ L% L) p' r% v  C: P) D

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    关于我们:8 n3 L% }( {( Q# o; ]
    深圳逍遥科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家专注于半导体芯片设计自动化(EDA)的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件,提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务,广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作,推动特色工艺半导体产业链发展,致力于为客户提供前沿技术与服务。
      B  Q) J4 F$ x- T8 w% Q
    # f4 u: g1 e) r* d6 o& p- qhttp://www.latitudeda.com/+ v! x' M& k% @$ ~/ m' q, C8 x
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