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

逍遙設(shè)計自動化

光線路交換（OCS）簡介
光線路交換（OCS）技術(shù)通過光纖網(wǎng)絡(luò)中的光路直接傳輸數(shù)據(jù)，無需轉(zhuǎn)換為電信號，實現(xiàn)端到端連接。這種技術(shù)具有顯著優(yōu)勢：
( p. B# h7 |  e4 Y

高速數(shù)據(jù)傳輸能力

降低傳輸延遲

提高帶寬利用率
- L$ y' S% F" O) ~9 H
這些特點使OCS在多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用：

數(shù)據(jù)中心

電信基礎(chǔ)設(shè)施

高容量通信網(wǎng)絡(luò)


; v, S- u- Z$ O4 b
  o! M' W6 W; ~& }
  v5 s5 ^2 J; v2 Q. @: DMEMS技術(shù)在光線路交換中的應(yīng)用
微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)通過微小的機械運動精確控制光波導(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，電場產(chǎn)生吸引力

吸引力促使懸浮電極向固定電極移動

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（Pull-in Voltage）時，電場吸引力急劇增強，超過彈簧的恢復(fù)力

懸浮電極隨即快速向固定電極移動
[/ol]
0 [7 U8 g" w0 h8 k
4 z4 k! {5 p/ Y' g& H7 i

/ j, a, @& s: h, A/ C
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

64x64硅基光電子開關(guān)

最多4,096個開關(guān)單元

采用垂直漸逝耦合器和MEMS電容驅(qū)動器
( _+ {9 @2 S3 i4 K2 f4 T
2. 硅基光電子MEMS相位調(diào)節(jié)器
4 l4 k" \. f- I7 ^- E

采用雙階段驅(qū)動機制

通過調(diào)節(jié)波導(dǎo)間距實現(xiàn)精確相位控制


+ d( M; O3 E+ {6 H7 m, N: a
# f3 e  `5 N' p2 f) ~MEMS Studio仿真案例研究
  B8 r! c3 z. K- R8 Y網(wǎng)格設(shè)置與幾何結(jié)構(gòu)

% G# F3 k% F+ I* r% ^
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)格劃分在保證計算精度的同時兼顧仿真時間。
. F; o  O2 z, Z( |/ X
制造工藝配置
- {  Z$ |4 s0 c0 e$ \制造過程包含三個不同層次：
0 m1 s' c0 z, Y$ n

+ l* A( R5 W2 }+ Q9 D3 |
1 U: g4 [/ ?- ]9 a: @1 c邊界條件

5 Y" {$ n5 i0 U' }
1 v/ p0 L% n6 V% {0 ?  Y$ b仿真設(shè)置了以下邊界條件：
1. 電極配置：
7 D6 G0 p* d- `7 J( q, S

頂面：0V（沉積 1）

底面：1V（沉積 2）

0 i# K: I# A% j, B3 {2. 位移約束：

Z軸方向：頂面和底面鎖定（沉積 3）

橋接起始點固定

橋接邊緣X軸鎖定

橋接邊緣和起始點Y軸鎖定
2 o5 O; M# i8 |5 Y3 i  ?
仿真結(jié)果分析


. Z! Q  @) O0 d位移仿真揭示了施加電壓與電極位移的關(guān)系：

! c7 R3 d0 A% d" I; Q
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)測相符。

* V& p5 m8 s( K. ~, f- t( t" D結(jié)論
3 |0 k! w9 o* [) ?* E& NMEMS 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)的機械特性提供了深入認(rèn)識，有助于優(yōu)化實際應(yīng)用中的器件設(shè)計。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。

本案例展示了MEMS Studio在分析復(fù)雜光開關(guān)機制方面的強大功能，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。

- END -

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  f. Q5 o) Z( H$ G7 D/ Y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)計和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對光電芯片、微機電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計與仿真。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)。

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