A MEMS -optinen kytkinon tyyppinen optinen kytkin, joka käyttääMikroelektro-mekaaniset järjestelmät (MEMS)tekniikkaohjata fyysisesti valopolkujaPienten siirrettävien peilien tai mikromekaanisten komponenttien käyttäminen . se on suunniteltunopea, luotettava ja skaalautuva optinen signaalin reititys, yleisesti käytettyteleviestintä, tietokeskukset, testiohjelmat ja optiset anturijärjestelmät.
Mikä on aMEMS -optinen kytkin?
MEMS -optiset kytkimet manipuloivat kevyitä polkujakallistusmikroskooppiset peilitSyöttökuitujen valonsäteiden ohjaaminen lähtökuituihin .
Toisin kuin perinteiset mekaaniset kytkimet, MEMS -laitteet käyttävätmikrovalmistetut komponentit(Tyypillisesti piisopohjainen), mahdollistaa kompakti, tarkan ja pienitehoisen toiminnan .
He voivat käsitelläuseita optisia kanavia samanaikaisesti, tekee niistä ihanteellisia monimutkaisia optisia verkkoja .
Kuinka se toimii
Valo tulee MEMS: n vaihtamiseensyöttöoptinen kuitu.
A mikromerhoron tarkasti kallistettu (1D tai 2D -liike) heijastamaan valoa kohti tiettyälähtökuitu.
Kytkin onohjattu sähköisesti, yleensä jännitteen tai digitaalisten signaalien kautta .
Kun haluttu peili on sijoitettu, se ylläpitää optista polkua, kunnes uudelleenkonfiguroitu .
MEMS -tyypit optiset kytkimet
| Tyyppi | Kuvaus |
|---|---|
| 1D MEMS | Peilit kallistuvat yhteen suuntaan (e . g . x -akselia pitkin) - yksinkertaisempi, nopeampi |
| 2d MEMS | Peilit kallistuvat kahteen suuntaan (x ja y) - sallii n × n -kytkentä |
| Analogiset memit | Peiliasento voi vaihdella jatkuvasti palkin ohjaamiseksi |
| Digitaaliset MEMS | Peileillä on erilliset kallistuskulmat (päälle/pois -asennot) |
Keskeiset tekniset tiedot
| Parametri | Tyypillinen arvo |
|---|---|
| Aallonpituusalue | 1260–1650 nm (C-kaista, L-kaista) |
| Lisäysmenetelmä | <1.0 dB |
| Palautushäviö | >50 dB |
| Ylisarja | >55 dB |
| Kytkentäaika | ~ 1–20 ms |
| Kestävyys | >1 miljardi sykliä |
| Kokoonpanot | 1 × 2, 1 × N, NXN (E . g ., 16 × 16, 32 × 32) |
| Ohjausrajapinta | Ttl, rs -232, i²c, Ethernet |
Edut
| Ominaisuus | Hyöty |
|---|---|
| Korkea satamaluku | Helposti asteikot 100+ portteihin |
| Alhainen virrankulutus | MEMS -käyttö on energiatehokasta |
| Kompakti muotokerroin | Mikromittakaavan komponentit sallivat tiheän pakkauksen |
| Pitkä elinikä | >1 miljardi kytkinsykliä |
| Nopea kytkentäaika | Tyypillisesti nopeampi kuin perinteiset mekaaniset kytkimet |
Rajoitukset
| Rajoitus | Vaikutus |
|---|---|
| Monimutkainen kohdistus | Tarkka mikro-miljorismin hallinta tarvitaan |
| Lisäyksen menetyksen vaihtelu | Voi vaihdella satamien yli |
| Korkeammat kustannukset | Kalliimpia kuin yksinkertaiset mekaaniset kytkimet pienissä porttissa |
| Tärinän herkkyys | MEMS -peilit voivat ajaa iskun/tärinän alla joissain tapauksissa |
Sovellukset
| Teollisuus | Käyttötapa |
|---|---|
| Televiestintä | Optiset ristiyhteydet (OXC), OADM, uudelleenkonfiguroitavat optiset verkot |
| Tietokeskukset | Optisen signaalin reititys, varmuuskopiopolku kytkentä |
| Testi ja mittaus | Automaattinen kuitupolun kytkeminen testiasetuksissa |
| Kuitutunnistus | Monikohtainen FBG-anturin kuulustelu |
| Sotilaallinen ja ilmailu | Kestävä optinen kytkentä turvallisissa comms -järjestelmissä |
Yhteenveto
| Ominaisuus | Kuvaus |
|---|---|
| Tyyppi | Mikromekaaninen kytkin mikroriruilla |
| Kytkentämenetelmä | Peilikielto ohjaa valonsäteen |
| Muodostuskerroin | Kompakti (siru-asteikko telineeseen) |
| Yleiset koot | 1 × 2, 1 × 8, 1 × N, NXN (jopa 100 × 100) |
| Hallinta | Digitaalinen/analoginen elektroniikka |
| Sovellukset | Nopeat optiset verkot ja testijärjestelmät |
Mikä on mikroelektro-mekaaniset järjestelmät (MEMS)
Mikroelektro-mekaaniset järjestelmät (MEMS)areminiatyrisoidut mekaaniset ja sähkömekaaniset laitteetrakennettumikrometriasteikko(tyypillisesti 1 - 1000 mikronia) . MEMS yhdistyvätmekaaniset komponentit(kuten liikkuvat rakenteet, vivut tai peilit)elektroniset piirit, kaikki valmistetut tekniikat, jotka ovat samanlaisia kuin puolijohdisiruissa .
Määritelmä
Memsviittaa integroiduihin järjestelmiin, jotka yhdistyvätpienet mekaaniset rakenteet(e . g ., anturit, toimilaitteet, vaihteet tai peilit)elektroniset piirityhdellä piisubstraatilla käyttämällämikromuototekniikka .
MEM: iin viitataan joskus myös:
Mikrosysteemit
Mikrohenkilöstö
Mikrorakenne
Mikrovalmistetut järjestelmät
MEMS: n avainkomponentit
| Komponentti | Rooli |
|---|---|
| Anturi | Havaitsee fyysiset muutokset (paine, valo, kiihtyvyys jne. .) |
| Toimilaite | Liikkuu tai reagoi tuloon (peilin kallistus, venttiilin hallinta jne. .) |
| Mikrorakenne | Pienet mekaaniset osat, kuten palkit, kalvot tai vivut |
| Elektroniikka | Prosessoi anturin signaaleja tai hallitsee toimilaitetta |
Kuinka MEMS tehdään
MEMS -laitteet valmistetaan tyypillisesti käyttämälläfotolitografia, etsaus, ohutkalvojapinta-/irtotavara mikromaattinen- Samanlainen kuin tietokonelastujen . avainprosessien tekeminen:
Piin mikromaattinen
Syvä reaktiivinen ionin etsaus (Drie)
Kiekkojen sidos
Pakkaukset tyhjiö/suljetuissa ympäristöissä
Esimerkkejä MEMS -laitteista
| Tyyppi | Esimerkkisovellukset |
|---|---|
| MEMS -kiihtyvyysanturi | Älypuhelimet, peliohjaimet, droonit |
| MEMS -gyroskooppi | Navigointi, VR -kuulokkeet |
| MEMS -mikrofoni | Matkapuhelimet, kuulolaitteet |
| MEMS -optinen kytkin | Televiestintäverkot, testijärjestelmät |
| MEMS -peili (skanneri) | Lidar, viivakoodin skannerit |
| MEMS -paineanturi | Automotive, lääketieteellinen, LVI |
| MEMS -oskillaattori | Ajoitus elektroniikassa (kvartsikiteiden korvaaminen) |
| Biomemejä | Lab-on-chip, mikrofluidilaitteet |
Mittakaavan vertailu
| Esine | Koko |
|---|---|
| Ihmisen hiukset | ~ 70 mikronia leveä |
| MEMS -rakenteet | 1–1000 mikronia |
| Puolijohde transistori | <10 nanometers |
MEMS: n edut
| Ominaisuus | Hyöty |
|---|---|
| Miniatyrisointi | Mahdollistaa pienemmät, kevyemmät laitteet |
| Pienitehoinen käyttö | Erittäin energiatehokas |
| Eränvalmistus | Kustannustehokas massatuotanto |
| Tarkkuus | Tarkka tunnistus ja liike |
| Integrointi | Yhdistää mekaaniset + sähköiset toiminnot |
Haasteet
| Antaa | Vaikutus |
|---|---|
| Monimutkainen valmistus | Vaaditaan tarkkaa, erikoistuneita prosesseja |
| Pakkaus | Liikkuvien osien suojaaminen pölyltä tai kosteelta on vaikeaa |
| Herkkyys | Alttiita shokista tai staattisista vaurioista |
Teollisuuden hakemukset
| Teollisuus | MEMS -sovellus |
|---|---|
| Kulutuselektroniikka | Puhelimet (liikkeen tunnistus, mikrofonit) |
| Autoteollisuus | Turvatyynyanturit, rengaspaineen seuranta |
| Terveydenhuolto | Inhalaattorit, implantoitavat anturit, laboratorio |
| Televiestintä | MEMS -optiset kytkimet, viritettävät suodattimet |
| Ilmailu-/puolustus | Navigointi, inertiaalisen mittausyksiköt (IMUS) |
| Teollisuusautomaatio | Värähtely ja paineen seuranta |
Yhteenveto
| Luokka | Kuvaus |
|---|---|
| Mikä on MEMS? | Pienet integroidut laitteet, joissa on liikkuvia osia ja elektroniikkaa |
| Pääominaisuudet | Mikronimittakaava, pieniteho, korkea suorituskyky |
| Valmis | Pii, polymeerit, metallit |
| Käytetty | Anturit, toimilaitteet, kytkimet, optiikka, biotekniikka |