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：

高速數(shù)據(jù)傳輸能力

降低傳輸延遲

提高帶寬利用率

% y+ [4 h& g2 l6 T2 r* _* Z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)

. t( k" z7 x5 \. ?4 @. J( |

2 M$ z; L$ S' S) h
" I) }  M: L% F* C, w$ }* pMEMS技術(shù)在光線路交換中的應(yīng)用
微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)通過微小的機(jī)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(qiáng)，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]




硅基光電子技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用
8 p" A+ t) V. D) Q- f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)

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

. j+ v3 b& [) c0 X2. 硅基光電子MEMS相位調(diào)節(jié)器
# w' T2 ^1 `+ U  q9 }7 h

采用雙階段驅(qū)動機(jī)制

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



; X5 }3 v; D) x! x$ hMEMS Studio仿真案例研究
網(wǎng)格設(shè)置與幾何結(jié)構(gòu)


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。
) K7 C; S* l# e( R1 U0 _; b
( Y1 I5 a3 B, D制造工藝配置
4 c, |9 d' B; |* ]; d制造過程包含三個不同層次：


5 [: W. d) m8 g
3 e/ Y+ G2 P. Y6 c, n# P5 T邊界條件
5 c1 Y& E( R+ g

' ]5 y: k( a! b* G) F# M仿真設(shè)置了以下邊界條件：
* g" r3 J' L4 H) B" s+ n6 g: |. Y8 }1. 電極配置：
, ~! C# c: j: m7 g$ g

頂面：0V（沉積 1）

底面：1V（沉積 2）
3 x  I6 @1 J8 K8 j. v0 E, P7 x
, e( G+ n7 W; K1 y( }9 D+ J2. 位移約束：
, _1 b" ~' a! z  C0 s

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

* i6 @4 t1 s+ f6 w* Z: y/ U仿真結(jié)果分析

/ h6 \9 e) I. h, C8 W( ~% I
位移仿真揭示了施加電壓與電極位移的關(guān)系：


& i3 X7 h3 M3 T8 b' o. U/ A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。

結(jié)論
MEMS 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，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。

0 ]/ K: a6 m. I: P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。
% |5 W0 ?: J" r
" I" J7 R! m5 R7 F, o- END -

. M7 F" i6 Y& H+ i# o7 Z; I3 Q& d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體驗免費版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。
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/ S' H, [) Q9 ~9 u8 O& V0 d% C) W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(jī)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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