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

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

光線路交換（OCS）簡(jiǎn)介
3 S! u0 b0 R  R" k* b2 u/ Y0 _光線路交換（OCS）技術(shù)通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)中的光路直接傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)需轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)端到端連接。這種技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)：

高速數(shù)據(jù)傳輸能力

降低傳輸延遲

提高帶寬利用率

這些特點(diǎn)使OCS在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用：
% n0 Y% j# e) i# b: o  `

數(shù)據(jù)中心

電信基礎(chǔ)設(shè)施

高容量通信網(wǎng)絡(luò)
) v4 M  e! n% d3 H& P- O3 N; W
" J: V( R( {4 S' j: l0 J
- q4 X6 ~8 o/ U& C( q) O
/ t- K$ x1 [0 s/ s% b
MEMS技術(shù)在光線路交換中的應(yīng)用
, Y! @* J0 n7 p7 ]8 r7 e6 b: x7 N+ n微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)通過(guò)微小的機(jī)械運(yùn)動(dòng)精確控制光波導(dǎo)的連接與斷開，提高了光線路交換的速度、精確度和效率。工作原理如下：

懸浮電極和固定電極之間的電壓逐漸上升時(shí)，電場(chǎng)產(chǎn)生吸引力

吸引力促使懸浮電極向固定電極移動(dòng)

懸浮電極的彈簧結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反作用力，平衡吸引力

當(dāng)電壓達(dá)到臨界點(diǎn)（Pull-in Voltage）時(shí)，電場(chǎng)吸引力急劇增強(qiáng)，超過(guò)彈簧的恢復(fù)力

懸浮電極隨即快速向固定電極移動(dòng)
! D  v, W& y' k* Q[/ol]
' L, I8 P$ |5 f8 L& U5 M/ G



硅基光電子技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用
最新研究成果包括：
1. 大規(guī)模數(shù)字硅基光電子交換機(jī)
! q& i9 d6 x; U; {

64x64硅基光電子開關(guān)

最多4,096個(gè)開關(guān)單元

采用垂直漸逝耦合器和MEMS電容驅(qū)動(dòng)器

7 k: c  d4 U/ `& H( k2. 硅基光電子MEMS相位調(diào)節(jié)器

采用雙階段驅(qū)動(dòng)機(jī)制

通過(guò)調(diào)節(jié)波導(dǎo)間距實(shí)現(xiàn)精確相位控制
! i1 J* D' z3 \' y

3 o8 Z- L% o5 U% K! [! b
MEMS Studio仿真案例研究
網(wǎng)格設(shè)置與幾何結(jié)構(gòu)

& d" l2 `5 e% }) y
9 b, H, s) o' m0 k1 W仿真采用三角形網(wǎng)格類型，確保MEMS結(jié)構(gòu)建模的準(zhǔn)確性。幾何設(shè)計(jì)包含光開關(guān)功能所需的關(guān)鍵元素，網(wǎng)格劃分在保證計(jì)算精度的同時(shí)兼顧仿真時(shí)間。

; H3 x" l1 q1 A制造工藝配置
制造過(guò)程包含三個(gè)不同層次：


- y+ R. H! K% a" x# J% L4 e9 n
邊界條件
% n5 v& J. m( ~- E0 Q/ w
+ ^$ _& s# Z$ [5 U( {
! W' Q  v1 i- D4 q! r, K2 c" p* I仿真設(shè)置了以下邊界條件：
1. 電極配置：
; i4 j5 n" G* w! r1 V4 v: h2 t

頂面：0V（沉積 1）

底面：1V（沉積 2）

4 V) R/ }$ V+ D7 K1 B  o2. 位移約束：
* B2 r" O; M1 z6 D4 ]1 z

Z軸方向：頂面和底面鎖定（沉積 3）

橋接起始點(diǎn)固定

橋接邊緣X軸鎖定

橋接邊緣和起始點(diǎn)Y軸鎖定
# S' f0 Q0 X  {( h) P
仿真結(jié)果分析

  k1 e1 ?' m) A" e
位移仿真揭示了施加電壓與電極位移的關(guān)系：

- i  ]1 e$ E8 `5 l9 P
* y& J' a, s# o- C" {) D結(jié)果顯示施加電壓與位移之間存在非線性關(guān)系，電壓增加導(dǎo)致位移逐漸增大。這一現(xiàn)象與MEMS執(zhí)行器的理論性能預(yù)測(cè)相符。

4 d  i- C/ B, a- h( J3 w結(jié)論
) F( x" A: b, h( B- L$ ?# _2 v5 GMEMS Studio在光線路交換器件仿真方面表現(xiàn)出色。仿真結(jié)果為MEMS光開關(guān)的機(jī)械特性提供了深入認(rèn)識(shí)，有助于優(yōu)化實(shí)際應(yīng)用中的器件設(shè)計(jì)。精確的網(wǎng)格配置、詳細(xì)的制造工藝仿真以及全面的邊界條件設(shè)置，使MEMS器件性能建模更加準(zhǔn)確。
$ _+ o* r: n& C+ ^' W
( l+ U: h) B) S: d$ b本案例展示了MEMS Studio在分析復(fù)雜光開關(guān)機(jī)制方面的強(qiáng)大功能，為從事光通信和硅基光電子研究的工程師提供了重要工具支持。
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6 D3 L+ @6 E9 R# ]2 @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(dòng)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(duì)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(guó)內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動(dòng)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)。

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