扭臂式静电驱动MEMS光开关研究

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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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