Ülevaade
A MEMS (mikroelektromehaanilised süsteemid) optiline lülition optilise lüliti tüüp, mis kasutab miniatuurseid mehaanilisi komponente optiliste signaalide vahetamiseks erinevate optiliste kiudude või lainejuhtide vahel. MEMS-tehnoloogia integreerib pisikesed liikuvad osad elektrihetkedega, võimaldades kiireid, usaldusväärseid ja täpset valgusignaalide lülitamist kiudoptilistes võrkudes.
Need lülitid kasutavad mikromõõtmelisi mehaanilisi struktuure, nagu peeglid, läätsed või kiud, mida peamid saavad optilise signaali suuna muutmiseks liigutada.
MEMS -i optiliste lülitite tüübid
MEMS peegelpõhised optilised lülitid
Struktuur:Tuumakomponent on pisike peegel, mis võib valgust erinevates suundades kallutada või pöörleda.
Tööpõhimõte:
Mikrokümnes on paigutatud optilisele teele ja seda saab kallutada elektrostaatiliste või elektrotermiliste jõudude abil.
Peegli kallutades saab valguse suuna suunata erinevatele väljundkiududele või optilistele radadele.
Peeglit kontrollib ajam, tavaliselt piesoelektriline või elektrostaatiline ajam, mis liigutab peeglit väga väikeses mahus.
Rakendused:Tavaliselt kasutatakse kiudoptilise võrgu marsruutimiseks ja signaali vahetamiseks.
MEMS mikroläätsepõhised optilised lülitid
Struktuur:Kasutab mikroläätse või läätsede massiivi, mis liiguvad valguse teele keskendumiseks või suunamiseks.
Tööpõhimõte:
Mikrolääts on kas paigutatud või kujundatud, et keskenduda valgusele soovitud suunas.
Objektiiv võib muuta fookust või positsiooni valguse suunamiseks erinevatele kiududele või lainejuhtidele.
Objektiivi aktiveerimine saavutatakse sageli elektrostaatiliste või piesoelektriliste ajamite kaudu.
Rakendused:Kasutatakse sageli süsteemides, mis nõuavad valguse täpset keskendumist või läbipaintamist, näiteks optiliste signaalide töötlemist või andurisüsteeme.
MEMSi kiudude lülitid
Struktuur:Nendes lülitites liigutatakse optiliste ühenduste loomiseks või purustamiseks mehaaniliselt pisikesi optilisi kiude või kiudmassiive.
Tööpõhimõte:
MEMS -i ajamite poolt liigutatakse või ümber optiliste radade ühendamiseks või lahtiühendamiseks füüsiliselt ümber või paigutavad kiud.
Neid saab kasutada nii ühekiuliste kui ka multi-kiudude jaoks.
Rakendused:Kasutatakse madala latentsusega lülitumiseks kiiretes sidesüsteemides või testimisrakendustes.
MEMS-põhine optiline ristühendus (OXC)
Struktuur:Need lülitid hõlmavad tavaliselt mitut MEMS -i peeglit või läätsi, et ühendada mitme sisend- ja väljundkiud.
Tööpõhimõte:
Need süsteemid saavad mitut optilist signaali samaaegselt suunata, kasutades mitu MEMS -i peeglit maatriksi konfiguratsiooni kiudude ühendamiseks.
Peeglid liigutatakse, et luua ristühendused võrgus erinevate optiliste kiudude vahel.
Rakendused:Optilisi ristühendusi kasutatakse telekommunikatsioonivõrkudes laialdaselt, et hõlbustada mitme lainepikkuse kanalite vahetamist optilistes võrkudes.
MEMS -i optiliste lülitite tööpõhimõte
Aluspõhimõte tagaMEMS optilised lülitidon mehaaniliste komponentide liikumine mikroskaala tasemel valguste suunamiseks. Need lülitid kasutavad pisikesi peegleid, läätsi või kiulemente, mida saab liikuda mikrotõkete abil.
Valgus levik:
Optilised signaalid (kerged) edastatakse kiudude või lainejuhtide kaudu, mis on suunatud lüliti poole.
Käivitamine:
Ajad (elektrostaatiline, piesoelektriline või termiline) genereerivad MEMS -i komponentide teisaldamiseks vajaliku jõu.
Elektrostaatilised ajamid:MEMS -i komponentide teisaldamiseks kasutage laetud plaatide vahel atraktiivseid jõude.
Piesoelektrilised ajamid:Liikumise loomiseks kasutage piesoelektriliste materjalide laienemist ja kokkutõmbumist.
Termilised ajamid:Kasutage laienemise esilekutsumiseks kütteelemente, liigutades MEMS -i komponente.
Lülitusmehhanism:
Kui täiturmehhanism liigub peegli, objektiivi või kiudu oma kohale, suunatakse optiline signaal kas uuele kiudule, suunatakse alternatiivsele teele või blokeeritakse.
Süsteemi juhitakse dünaamiliselt elektroonilise signaali kaudu, mis dikteerib, millise tee valgus peaks võtma.
Naaske algsesse positsiooni:
Pärast lüliti funktsiooni lõpuleviimist saab MEMS -i komponent naasta algsesse asendisse või liikuda uude konfiguratsiooni, sõltuvalt süsteeminõuetest.
FunktsioonidMEMS optilised lülitid
Optiline signaali marsruutimine:
Ümbersuunab valguse signaalid erinevate optiliste kiudude või lainejuhtide vahel. See funktsioon on eriti oluline optiliste suhtlusvõrkude puhul.
Dünaamiline ümberkujundamine:
MEMS optilised lülitid võimaldavad optiliste võrkude lendude ümberkonfigureerimist, mis võimaldab võrgul kohaneda liikluskoormuste või tõrgete muutmisega.
Lainepikkuse jagunemise multipleksimine (WDM):
Täiustatud optilistes süsteemides aitavad MEMS-lülitid suunata erinevaid lainepikkuse kanaleid oma vastavatesse sihtkohtadesse WDM-süsteemides, suurendades kiudoptiliste võrkude ribalaiust.
Toitekontroll:
Need lülitid võivad aidata ka optilist võimsust juhtida, suunates signaale ja optimeerides võrgusiseseid energiajaotust.
Optilised ristühendused:
MEMS-i optilisi lülitid kasutatakse sageli optiliste ristühenduste loomiseks, mis ühendavad mitu kiudu või võrke, võimaldades signaalide paindlikku marsruutimist.
Madala latentsusega lülitus:
MEMS-põhised optilised lülitid võivad pakkuda madalat latentsusaega, mis on hädavajalik kiiretes sidesüsteemides, näiteks kiudoptilistes võrkudes, mida kasutavad telekommunikatsiooniettevõtted ja pilveandmekeskused.
MEMS -i optiliste lülitite rakendused
Telekommunikatsioonivõrgud:
Rakendus:MEMS -i optilisi lülitid kasutatakse telekommunikatsioonivõrkudes laialdaselt optiliste signaalide tõhusaks suunamiseks.
Näide:Need lülitid saavad suunata erinevaid kanaleid lainepikkuse jagunemise multipleksimise (WDM) süsteemides, võimaldades suure ribalaiusega suhtlemist pikkade vahemaade jooksul.
Andmekeskused:
Rakendus:MEMS optilised lülitid aitavad dünaamilises optilises marsruutimises serverite, salvestusruumi ja muude võrgustiku komponentide vahel andmekeskuses.
Näide:Pilvandmetöötluses võimaldavad MEMS-lülitid erinevate serverite vahelise andmeliikluse tõhusa ja automatiseeritud ümbersuunamise, vähendades võrgu ummikuid ja optimeerides ribalaiuse kasutamist.
Optilised ristühendused (OXC):
Rakendus:Kasutatakse suuremahulistes optilistes lülitusvõrkudes signaaliteede haldamiseks mitme kiudude vahel.
Näide:MEMS-põhised optilised ristühendused on kriitilise tähtsusega optilistes võrkudes, kus mitu lainepikkust tuleb dünaamiliselt lülitada.
Optiline signaalitöötlus:
Rakendus:Optilistes sidesüsteemides kasutatakse signaalitöötluse ülesanneteks nagu signaali võimendamine ja lülitamine MEMS -lülitid.
Näide:Optilistes lisandpunktides multiplekserites (OADMS) võimaldavad MEMS-lülitid optiliste kanalite selektiivse lisamise või langemise, mõjutamata kogu signaali.
Kiudoptilised andurid:
Rakendus:MEMS-i optilisi lülitid kasutatakse jaotatud kiudoptiliste andurisüsteemides, et dünaamiliselt jälgida füüsikalisi parameetreid, nagu temperatuur, rõhk või pinge.
Näide:Need lülitid aitavad optilisi teid ümber konfigureerida, et jälgida kiu erinevaid segmente andurite andmete saamiseks.
Meditsiinilised rakendused:
Rakendus:MEMS -i optilisi lülitid kasutatakse meditsiiniseadmetes selliste rakenduste jaoks nagu optiline koherentsuse tomograafia (OCT) ja endoskoopilised pildisüsteemid.
Näide:OCT-süsteemides võimaldavad MEMS-lülitid valguste täpset kontrolli, võimaldades mitteinvasiivse meditsiinilise diagnostika kudede üksikasjalikke ja kõrge eraldusvõimega pilte.
Lennundus ja sõjavägi:
Rakendus:Kasutatakse turvalistes, kiiretes optilistes sidesüsteemides sõjaliste ja kosmoserakenduste jaoks.
Näide:MEMS-i optilised lülitid aitavad tagada turvalise ja madala latentsusega suhtlemise kriitilistes süsteemides nagu satelliitide suhtlus ja lahinguvälja suhtlus.
Optilised katse- ja mõõtmissüsteemid:
Rakendus:MEMS-i optilisi lülitid kasutatakse testimise ja tõrkeotsingute automatiseerimiseks kiudoptiliste võrkude testisüsteemides.
Näide:Kasutatakse optiliste kiudude testimise seadistustes, kus need võimaldavad signaalide automatiseeritud marsruutimist kiudude linkide, jõudlusmõõtmiste ja rikke tuvastamise kontrollimiseks.
EelisedMEMS optilised lülitid
Kompaktne suurus:MEMS-lülitid on miniatuursed, mis muudab need ideaalseks kosmose piiratud rakenduste jaoks nagu andmekeskused ja kiudoptilised sidesüsteemid.
Kiire vahetamise ajad:MEMS-lülitid pakuvad tavaliselt kiiret lülitusaegu, võimaldades madala latentsusega võrku jõudlust.
Madal energiatarve:MEMS-lülitid tarbivad vähem võimsust võrreldes traditsiooniliste mehaaniliste lülititega, muutes need energiatõhusaks.
Skaleeritavus:MEMS-põhised süsteemid saavad oma kompaktse olemuse ja töökindluse tõttu skaleerida suurematesse süsteemidesse.
Väljakutsed
Usaldusväärsus:MEMS-lülititel on liikuvad osad ja aja jooksul võib kulumine mõjutada jõudlust, eriti kõrgetsükliliste rakenduste korral.
Keerukus:Suure täpsusega MEMS-põhiste lülitite kavandamine ja tootmine võib olla keeruline, mis võib kulusid suurendada.
Maksumus:Kuigi MEMS-lülitid on suuremahuliste juurutuste jaoks kuluefektiivsed, võivad need olla kallimad kui muud väiksemate rakenduste lülitustehnoloogiad.