什么是MEMS光開關(guān)？

逍遙設(shè)計(jì)自動化

引言光開關(guān)在現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)中扮演著重要角色，可以選擇性地路由光信號，而無需將其轉(zhuǎn)換為電信號。在各種技術(shù)中，基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的光開關(guān)因其獨(dú)特優(yōu)勢而受到廣泛關(guān)注。本文將探討MEMS光開關(guān)的結(jié)構(gòu)、工作原理、類型和應(yīng)用。
什么是MEMS光開關(guān)？
MEMS光開關(guān)是利用微機(jī)械結(jié)構(gòu)來操縱光束方向的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)光信號的路由和切換。這些開關(guān)集成了微機(jī)器、微執(zhí)行器、信號處理和控制線路，以實(shí)現(xiàn)高效的光信號管理。
( c0 Q( m4 T8 e/ o" Q5 ?  x  [

1 u8 j9 b* t2 F" F5 U1 ?2 K圖1：MEMS光開關(guān)的示意圖，展示了基本組件和光路。
; C0 k3 e1 `! t/ |" O4 L. Q6 V結(jié)構(gòu)和工作原理
! u* m# p+ E3 |7 n6 [- f/ XMEMS光開關(guān)的核心組件是蝕刻在硅晶體上的一組小鏡子。這些微鏡可以通過靜電或電磁力旋轉(zhuǎn)，改變輸入光的方向，有效地開啟或關(guān)閉光路。

圖2：1 x N MEMS光開關(guān)的結(jié)構(gòu)，展示了MEMS扭轉(zhuǎn)鏡、準(zhǔn)直透鏡和多光纖尾纖的排列。
7 ]( g* t" z+ W, d) V1 w4 mMEMS光開關(guān)通常有兩種端口配置:

矩陣型（對稱）：多個(gè)輸入和輸出端口排列成矩陣格式（如2x2、NxN）。

扇出型（非對稱）：單個(gè)輸入端口和多個(gè)呈扇形排列的輸出端口（如1x2、1x4）。[/ol]

1 n0 Y$ ^1 o( h# Q2 x圖3：1 x N MEMS光開關(guān)的結(jié)構(gòu)，展示了MEMS扭轉(zhuǎn)鏡、準(zhǔn)直透鏡和多光纖尾纖的排列。

MEMS光開關(guān)的工作原理直觀簡單。當(dāng)光信號進(jìn)入開關(guān)時(shí)，被引導(dǎo)到由外部信號控制的切換元件（微鏡）。該元件隨后將信號重定向到所需的輸出光纖。
+ i9 m7 A8 c4 [& G* A8 T) g9 n
圖4：基于MEMS的光開關(guān)示意圖，展示了光路和鏡子移動。
8 o$ G7 q7 ?3 `  l, T

圖5：MEMS光開關(guān)的工作原理，說明了光從輸入到輸出光纖的路徑。
MEMS光開關(guān)的類型
* Z% t6 A, h* S2 ?* t; K根據(jù)空間結(jié)構(gòu)，MEMS光開關(guān)分為兩種主要類型：2D開關(guān)：這些開關(guān)的鏡子僅在一個(gè)平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)微鏡水平時(shí)，光線通過；當(dāng)垂直時(shí)，將光反射到相應(yīng)的輸出端口。
" G, G4 L2 f( P  ^$ B. F# [
' p6 ~6 c2 t, i7 f! M6 j圖6：2D MEMS光開關(guān)的結(jié)構(gòu)，展示了微鏡的旋轉(zhuǎn)。
9 d9 x. F$ A; K0 g- {' Q* z, |1 b
6 [2 O2 h; N% j7 u3D開關(guān)：這些開關(guān)中，微鏡可以沿兩個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，在路由光信號時(shí)提供更大的靈活性。通常使用兩組鏡陣用于輸入和輸出。
% U! ^! x" T9 }3 m9 [* t

圖7：3D MEMS光開關(guān)的結(jié)構(gòu)，展示了雙軸旋轉(zhuǎn)能力。
優(yōu)勢和應(yīng)用
! Z/ O$ T* p% h5 Q$ ^MEMS光開關(guān)具有多項(xiàng)優(yōu)勢，包括：

低插入損耗和串?dāng)_

高切換速度和可靠性

低功耗小巧的尺寸和高集成潛力

9 S( S9 Z$ e3 a; n8 _7 `這些優(yōu)勢使MEMS光開關(guān)適用于多種應(yīng)用：

光交叉連接：在不同的輸入和輸出光纖之間路由光信號。

波長管理：從多波長光信號中添加和刪除單個(gè)波長。

光分組交換：在高速網(wǎng)絡(luò)中切換光分組。

測試和測量：在光通道之間切換以進(jìn)行測試和分析。

光學(xué)傳感：檢測特定光纖或通道中光的存在或缺失。[/ol]
0 _# L4 s3 p$ g2 G' bMEMS光開關(guān)具有諸多優(yōu)勢，但仍面臨高成本、可擴(kuò)展性有限以及對環(huán)境因素敏感等挑戰(zhàn)。然而，持續(xù)的研究和開發(fā)正在解決這些問題，為在快速發(fā)展的光通信領(lǐng)域中更廣泛的應(yīng)用創(chuàng)造條件。
  `0 h: M# O  O) qMEMS光開關(guān)代表了光信號管理的重大進(jìn)步，提供了性能和效率的結(jié)合，使其在現(xiàn)代光纖網(wǎng)絡(luò)中成為不可或缺的組件。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些開關(guān)可能在塑造光通信的未來中發(fā)揮越來越重要的作用。
5 U  G" t' \9 ?1 e& z6 U1 ?/ ]1 \參考文獻(xiàn)[1] GoPhotonics, "What are MEMS Optical Switches?," GoPhotonics, 2023. [Online]. Available:https://www.gophotonics.com/community/what-are-mems-optical-switches. [Accessed: Aug. 25, 2024].

! j0 e& y  u7 P/ f- END -
7 _; e! D3 U2 i2 }0 Z/ L, t  c6 B. {
軟件申請我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
點(diǎn)擊左下角"閱讀原文"馬上申請

歡迎轉(zhuǎn)載
3 l' H* {* C! M, b$ ]" f' C
轉(zhuǎn)載請注明出處，請勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！

' O% x8 Z4 B6 @5 d6 G! i/ a, w; ~: @
- e5 s% z4 p0 Y
' b8 {$ Y7 Y) X

) f- X9 I1 d' ?3 m6 G關(guān)注我們

( y1 G" \# e; M# G; g. q

+ W* Y7 `; ]* E0 h. W * p6 d/ O: h& \- I  e

                     
; D! \0 ]4 g0 s9 i; H0 ?. E8 M


, N9 J! H) j+ v3 b" E關(guān)于我們：
深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。

http://www.latitudeda.com/
9 e: C! D( F" Q/ g+ u（點(diǎn)擊上方名片關(guān)注我們，發(fā)現(xiàn)更多精彩內(nèi)容）