（精密仪器及机械专业论文）梳齿式MEMS光开关的分析与改进.pdf

摘要 摘要 本文综述了m e m s 光开关的技术特点、研究应用以及国内外发展趋势。介绍 了静电梳齿驱动m e m s 光开关结构以及工作原理。针对一种双层静电梳齿结构光 开关模型，采用拉格朗日一麦克斯韦方程从能量角度对双层静电梳齿结构在外加 阶跃电压激励下的动态响应过程进行分析与计算，确立了拉格朗日函数，建立了 系统的数学模型；使用m a t l a b 软件进行仿真，得到其动态响应过程并对其仿真 结果进行分析与研究。 在此基础上，引入气膜梳齿，修正了系统的响应时间；提出了一种电容负反 馈方案，对双层静电梳齿结构进行改进，加入负反馈电容，增大了梳齿位移，提 高了光开关的稳定性；建立结构优化模型，确定目标函数和约束条件，优化了系 统的响应时间。 关键词：m e m s 光开关双层静电梳齿结构气膜梳齿负反馈电容 a b s t r a c t t h i st h e s i ss u m m a r i z e st h et e c h n i c a lp r o p e r t i e s ，r e s e a r c h i n ga p p l i c a t i o n sa n d d e v e l o p m e n t si nt h ew o r l do nm e m so p t i c a ls w i t c h e s a i mad o u b l el a y e re l e c t r o s t a t i c c o m bs t r u c t u r eo p t i c a ls w i t c h , u s i n gl a g r a n g e - m a x w e l le q u a t i o n , a n a l y z ea n dc a l c u l a t e t h ed y n a m i cr e s p o n s ep r o c e s so ft h es y s t e mo ft h ed o u b l el a y e re l e c t r o s t a t i cc o m b s t l l l c 臼l r eu n d e rt h es t e pv o l t a g eo nt h ee n e r g yc o n d i t i o n , t h el a g r a n g ef u n c t i o ni s c o n s t r u c t e d ，t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h es y s t e mi se s t a b l i s h e d m a k et h es i m u l a t i o n b ym a t l a b ，o b t a i n i n gd y n a m i cr e s p o n s ep r o c e s so ft h es y s t e ma n ds e a r c h i n ga f t e rt h e m e t h o dt oe n h a n c et h ec a p a b i l i t yo fm e m s o p t i c a ls w i t c h e s o nt h i sc o n d i t i o n , i n t r o d u c et h ec o n c e p t i o no fa i r - f i l md a m pc o m b s ，t h er e s p o n s e t i m eo ft h es y s t e mi sa m e n d e d ap r o g r a mo faf e e d sb a c ke l e c t r i cc a p a c i t a n c ei s p r o p o s e d , m a k ea ni m p r o v e m e n tt ot h es 们c t u r eo fm e m so p t i c a ls w i t c h , a d da f e e d s b a c ke l e c t r i cc a p a c i t a n c et ot h eo 面c a ls w i t c hs y s t e m ，t h ee n g a g e m e n to ft h ec o m bi s i n c r e a s e d , t h es t a b i l i t yo fm e m so p t i c a ls w i t c hi se n h a n c e d t h es t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n m o d e li se s t a b l i s h e d , t h eo b j e c t i v ef u n c t i o na n dc o n s t m i n t si sd e t e r m i n e d , o p t i m i z et h e r e s p o n s et i m eo f t h ed o u b l el a y e re l e c t r o s t a t i cc o m bs y s t e m k e y w o r d ：m e m so p t i c a ls w i t c h e s d o u b l el a y e re l e c t r o s t a t i cc o m bs t r u c t u r e a i r - f i l md a m pc o m bf e e d sb a c ke l e c t r i cc a p a c i t a n c e 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名丝 日期理! ：篁：! 里 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 本人签名：童耍二 日期 导师签名： zd f d 3 移 日期丝! ：三：? 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 光纤通讯( f i b e r - o p t i cc o m m u n i c a t i o n ) 自上世纪8 0 年代兴起之后，对电信工业 产生了革命性的作用，同时也在数位时代里扮演了非常重要的角色。在光纤通讯 技术中，人们对带宽的需求日益增加，大容量的传输网络成了竞相研究的对象。 其中，光网络以其大容量、良好的透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展性， 已成为下一代高速宽带网络的首选，具有很好的前景。波分复用( w d m ： w a v e l e n g t h - d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 技术可以充分利用光纤的巨大的带宽资源，可同 时传输多种不同类型的信号，可实现单根光纤双向传输，具有高度的组网灵活性， 经济性和可靠性。因此，在密集波分复用( d w d m ：d e n s ew a v e l e n g t h d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 基础上组建全光网络是未来信息技术发展的必然。光开关是波分复用 全光通信系统中的一种基本器件。在空分、时分和波分复用系统中，光开关都有 着广泛的应用，集成光开关阵列更是实现光分叉复用和光交叉连接的关键器件之 一【l 】【2 】 o 光开关是目前开发最活跃的无源光电子器件。按工作时的路由介质，可分为 自由空间开关和波导光开关；按工作原理，可分为机械式和非机械式光开关。光 开关的主要特性参数包括：插入损耗，开关速度，工作波长，消光比，串扰，偏 振相关损耗，隔离度，开关寿命等。全光通信中应用的光开关要求：快的响应速 度；低的插入损耗；高的消光比；低的通道串音；对偏振不敏感；可集成性和可 扩展性，以便制作多通道的开关阵列和开关通道的扩容；低成本，低功耗，热稳 定性好。 热光开关利用波导材料的热光效应实现折射率的调制。由于不同材料的热光 系数和导热性能相差较大，不同材料的热光开关的开关时间也相差较大。德国的 n k e i l 等人设计的热光型定向耦合器开关串音低于- - 4 0 m d b ，极化依赖性小于 - 0 5 m d b ，插损6 m d b ，驱动功率在交叉态为3 r o w ，在直通态为2 0 r o w ，响应时 间小于i m s 。热光开关适合列阵和大规模生产，且能在统一衬底上集成开关阵列。 电光开关是目前唯一开关时间可以达到亚微秒甚至纳秒量级的光开关。电光 开关有直接光电效应和间接光电效应两种类型。直接电光效应利用材料的泡克耳 斯效应或弗朗茨凯尔戴斯效应通过电场的改变来改变材料的折射率。此类光开关 具有很快的开关响应时间，一般开关时间小于i n s 。利用间接光电效应的光开关一 般为半导体材料波导光开关。利用半导体材料的等离子色散效应，通过注入电流 2 梳齿式m e m s 光开关的分析与改进 来实现折射率的调制。受载流予寿命的限制，此类光开关的开关时间一般为微秒 或亚微秒。 m e m s 开关是目前发展的一个重要方面，它利用成熟的微电子工艺并能实 现较大规模的制作，具有比较好的可集成性和可扩展性，插入损耗低。其响应时 间一般为毫秒级，可以代替现在的电磁开关用于通信信号的切换，但不能实现系 统中的信元信元包交换的要求。微光机电系统( m o e m s m i c r oo p t i c a le l e c t r o m e c h a n i c a ls y s t e m s ) 的主要研究组为l u c e n t ，o n i xm i c r o s y s t e m s 和o m m ，其中 l u c e n t 的6 4 6 4 m o e m s 阵列产品，开关时间小于1 0 r e s 。 将三种光开关进行简单的比较，热光开关虽然易于集成，但是串扰过大，而 且对散热的要求很高网；电光开关具有高的开关速度，但是用于制作电光开关的大 口径电光晶体制作工艺难，加工周期长，而且成本过高 4 1 ，并且电光开关主要适用 于偏振光，其消光比很难达到1 0 0 0 倍以上；而m e m s 光开关与前两种光开关相 比性能更好，如：低插损，小串音，高消光比，重复性好，响应速度适中，与波 长、偏振、速率及调制方式无关，寿命长，易扩展成大规模的开关阵列。从目前 器件发展的整体上看，虽然电光开关有着高响应速度等方面的优点，但基于硅材 料的m e m s 器件却有着上述优势，足以满足基于密集波分复用的全光传输网的技 术要求。因此本文重点对m e m s 光开关的结构、工作原理以及响应特性进行分析 与研究。【5 】 1 2 国内外研究现状 目前，研究人员对各种不同交换原理和实现技术的光开关在光传送网络中不 断地进行研究和深化。不同原理和技术的光开关具有不同的特性，适用于不同的 场合。与其它新兴的光开关相比，m e m s 光开关的突出特点在于它与光信号的格 式、波长、协议、调制方式、偏振、传输方向等无关，而且在损耗、扩展性上都 要优于其它类型，因而与未来光网络发展要求的透明性和可扩展等趋势相符合【6 1 。 南京邮电大学提出一种新型的微流控光开关阵列1 7 】，利用m o e m s 技术，在 基片上刻蚀微型槽，槽中注入折射率适当的透明液体，采用电控方法，控制微型 槽中液体的流动，实现光开关关和开动作，如图1 1 、图1 2 。光开关结 构如图1 3 。 第一章绻论 固11 光开关的美状态 例13 微濉控光开关结构 基于微流控技术光开关芯片具有以下特点： 1 ) 在开关速度上，以电控方式控制光开关，速度快，工作稳定： 2 1 体积小，易于集成： 3 ) 响应速度快，由于器件体积小从而提高了器件的响应速度； 4 ) 光学窗口大； 5 ) 成本低，微通道中的液体可以因需要而改变，促进器件的后续发展嗍。 i e e e 会员d a v i d 九h o r s e y 等人研制出一种8 8 阵列的二维光开关【9 】，它利用 二维反射镜序列实现输入m 输出双向开光乡厶2 3 ) - 如图1 4 所示光信号由 左端光纤平行输入，在需要光纤信号相应的交界处，光开关打开，经过光路的折 射进入下端光纤出口。此8 x 8 阵列光开关平均插损和最大插损分别为l3 d b 和2 d b ， 开关响应时间为85 m s 一1 35 m s 。图15 为其显微照片。 梳齿式m e m s 光开关的分析与改进 i n p u t mo l d u tn b c n 图1 42 - d 阵列m e m s 光开关线性阵列( n ) 输入与( m ) 输出光纤示意例 图1 5 ( 曲m e m s 设备显微照片镜片乖直状态照片 l u c e n t 技术公司正在开发自由空间三维光开关。组成万向接头结构的2 轴偏 转反射镜是基本元件。这种以矩阵方式置于微电子机械系统芯片中的反射镜与多 输入光纤一一对应。由输入光纤发射的光经透镜准直，被对应的反射镜反射。反 射光折同到固定反射镜，再经m e m s 芯片内的其他反射镜反射后传输到输出光纤。 由于采用固定反射镜，使所有反射镜置于同一面内己成为可能。现已丌发出 1 1 2 1 1 2 的光开关，其损耗为7 5 25 d b ，失真为一5 0 d b ，开关时间s 1 0 m s 。 日本电子工业公司研制出了光时分转换用的光开关。这是一种光纤距为 2 5 0 j m 的超小型光开关。而同本n t t 公司研制的光开关，在波导的交叉部分形成 狭缝，其中在波导芯片中封入硅油和气泡。在这个结构中当在交叉部位有硅油时 光直进，而当有气泡时光则传输到全反射交叉的波导中。油的移动可称为热毛细 光现象，其原理是基于温度引起的表面能量变化。对于1 6 1 6 矩阵的光开关阵列， 其芯片尺寸为2 3 r a m ，插入损耗最短路径为2o d b ，最长路径为s5 d b 。据计算， 相当于1 个元器件的损耗，在透过状态f ，为01 2 d b ：在反射状态下，为2o d bp o l , 目前国内众多高校( 如清华大学、北京人学、上海交大和吉林大学等) 和研究部 门( 如武汉邮电科学院、信息产业部4 3 所、信息产业部1 3 所、中科院上海冶金所 和长春光机所等) 都在进行对m e m s 光开关的研究。按静电微驱动结构的不同，国 内主要集中于扭臂和悬臂梁结构的研究。 第一章绪论 5 近年来，国内外对静电梳齿驱动( e l e c t r o s t a t i cc o m b - d r i v e a c t u a t o r s ) 光开关的研 究十分广泛。但总体来看，研究过程中对光开关的数学模型分析不够具体，对影 响光开关响应特性参数( 如阻尼、电容) 的研究不够深入，并且对光开关系统的稳定 性没有作具体的研究，本文以静电梳齿结构光开关为例，着手解决以上问题。 1 3 本文的主要工作 本文工作目的是探索提高静电梳齿式光开关性能的方法，主要内容包括建模、 分析与仿真：针对一种双层静电梳齿光开关模型，根据其模型结构特点建立机电 动力学模型，分析和仿真梳齿的运动状态和响应过程。对影响m e m s 梳齿结构光 开关的各个物理量进行分析研究，并且进行结构参数优化，进而达到提高m e m s 梳齿光开关性能的目的。 本文的主要工作有以下几点： 1 介绍静电梳齿驱动m s 光开关的结构特点和工作原理； 2 针对一种双层静电梳齿结构光开关模型，引入气膜阻尼，运用拉格朗日一 麦克斯韦方程建立此种双层静电梳齿结构光开关的数学模型； 3 提出了一种电容负反馈方案，对双层静电梳齿结构进行改进，加入负反馈 电容，由此达到增大梳齿位移，提高光开关的稳定性的目的； 4 研究结构尺寸对双层静电梳齿结构响应特性的影响； 5 以系统的稳态响应时间为目标函数，固有频率为约束条件建立优化模型， 对光开关进行优化设计，结果表明：有效的减小了响应时间、增大了稳态 位移，提高了系统的稳定性。 第二章静电梳齿驱动m e m s 光开关结构及工作原理 7 第二章静电梳齿驱动m e m s 光开关结构及工作原理 光开关在光网络中扮演着重要的角色，不仅可以实现光交叉连接、光分插复 用，还可以实现网络保护倒换和网络监测等功能。m e m s 技术由于其自身所具有 的微型化、机械性能良好、可批量生产、易于集成和扩展性好等特点而备受关注， 并被认为是目前最有前景的光开关制作技术。 新型的光开关技术主要包括m e m s 光开关、液晶光开关、喷墨气泡光开关、 声光开关、全息光开关等。其中m e m s 技术制作的光开关将光机械结构、微制动 器和微光元件在同一基底上集成，这使它的结构紧凑、重量轻，易于进行扩展。 m e m s 光开关的一般特性【l l j 为： 1 ) 低插损( 一l d b ) 、低串扰( “0 d b ) ； 2 ) 无源光开关( 与波长、速率、调制方式等无关) ，不用后备电源，功率低； 3 ) 结构坚固、寿命长，可集成扩展成大规模光交叉连接； 4 ) 适中的响应速度( 开关时间从1 0 0 n s 1 0 m s ) 。 m e m s 光开关工作原理：通过热、静电等动力，旋转微反射镜，将光直接送 到或反射到输出端。以此改变光路的传输方向，起到开关的功能。其驱动 方式有：悬臂梁驱动：扭臂驱动；静电梳齿驱动；s d a ( s c m t c hd r i v ea c t u a t o r ) 驱动 0 2 1 。本文以静电梳齿驱动作为驱动方式进行分析与研究。 2 1 m e m s 光开关概述 m e m s 是以微电子、微机械、微光学及材料科学为基础，可批量制作集微型 机构、微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路以及接口、通信和电源等 于一体的微型器件或系统。其组成原理如图2 1 所示。m e m s 光开关是在硅晶上 刻出若干小镜片，通过静电力或电磁力的作用，使可以活动的微反射镜产生升降、 旋转或移动，从而改变输入光的传播方向以实现光路通断的功能。m e m s 光开关 较其他光开关具有明显的优势：开关时间一般在m s 数量级；体积小、集成度高； 工作方式与光信号的格式、协议、波长、传输方向、偏振方向、调制方式均无关【1 3 】。 按功能实现方法，可将m e m s 光开关分为光路遮挡型、移动光线对接型和微 反射镜型。微反射镜型m e m s 光开关方便集成和控制，易于组成光开关阵列，是 m e m s 光开关研究的重点，可分为二维m e m s 光开关和三维m e m s 光开关，并 已提出一维砸m s 光开关的概念。 8 梳齿式m e m s 光开关的分析与改进 2 1 1 二维m e m s 光开关 图2 1m e m s 组成原理 二维m e m s 光开关由二维微小镜片阵列组成，对于m xn 的光开关阵列，光 开关在平面上的布置有m x n 个微反射镜，结构如图2 2 所示。光束在二维空间传 输，每个微反射镜只有开c o ”态) 和关( 1 ”态) 两种状态。光开关分别与输 入光纤组和输出光纤组连接。当控制微反射镜( 功处于“l 态时，由第i 根光纤输 入的光信号经反射后由第j 根光纤输出，实现光路选择；当控制微反射镜( i ，1 ) ， ( i ，2 ) ，( i j d 处于“0 态时，与输入光纤i 相关的所有微反射镜全开，由第i 根 光纤输入的光信号直接由其对面的光纤输出。二维m e m s 光开关可接受简单的数 字信号控制，一般只需提供足够的驱动电压使微反射镜产生运动即可，简化了控 制电路的设计。当二维m e m s 光开关扩展成大型光开关阵列时，由于各端口间的 传输距离不同，因此只能用在端口较少的环路里，最大可以实现3 2 x 3 2 端口。 2 1 2 三维m e m s 光开关 输 入 光 信 号 【l i l 光信号 图2 2 二维m e m s 光开关 三维m e m s 光开关由三维微小镜片阵列组成，微反射镜能沿着两个方向的轴 任意旋转，微反射镜和光纤不被束缚在平面位置，每根输入光纤有一个对应的输 第二章静电梳齿驱动m e m s 光开关结构及工作原理 9 出微反射镜，结构如图2 3 所示。因此，对于m n 阵列的三维m e m s 光开关， 仅需m + 个微反射镜。光束在三维空间传输，输入光纤的光束由其对应的输入 微反射镜反射到任意一个输出微反射镜，输出微反射镜可以将任意输入微反射镜 的光束反射到其对应的输出光纤。 n x t , x 翮i o = 1 , 2 ) o = 1 ，2 ) 式( 5 3 ) 第五章m e m s 光开关结构分析与优化 4 9 式中砖设计变量五的f 界； 期，设计变量置的上界。 2 设计变量的性能约束 设计变量的性能约束包括强度条件、刚度条件。矩形截面等直梁抗弯截面模 量： 形：攀式( 5 - 4 ) 为使受弯杆件能安全、可靠地工作，必须使危险截面上的弯曲应力小于或等 于材料抗弯的许用应力b 】。即弯曲强度条件为： 仃一：苦b 】 式( 5 5 ) 仃一2 谚s p j 瓦【5 。5 ) 危险截面处的弯距m = ， 署b 】，器b 】 珊) 系统的固有频率可以表示为后= 去等，其中弓表示系统的弹性系数，坍为 固端梁的质量，当系统运动驱动力频率与固有频率相等时，受迫振动的振幅达高 最大，出现“共振 现象，损坏m e m s 器件，因此系统驱动力频率必须小于固有 频率： 厶 届 式( 5 7 ) 去压 后，去压后 娴， 5 2 3 遗传算法 遗传算法是美国密歇根州大学h o l l a n d 教授于1 9 2 6 年首先提出来的，是一种 基于自然选择和基因遗传学原理的优化搜索方法。 优化工作参数如下： 【仃】= 1 0 5 m p a ； = 一詈= 三y 2 篆刀妪0 7 1 0 。5 ； x t , = l1 8 x 1 0 - s , 2 x 1 0 巧i ； 梳齿式m e m s 光开关的分析与改进 础= 3 1 0 - 5 , 3 1 0 “ ； = 4 8 5 ，m = 2 8 x 1 0 4 姆，后= s k h z ； ，= 9 2 0 x 1 0 - 缶m 。 代入遗传算法迭代优化程序，优化过程如图5 6 所示： 图5 6 遗传算法迭代过程示意图 运用相同的方法对双层梳齿结构下层固端梁厚度进行优化，所得固端梁最优 化参数如表5 1 0 所示。 表5 1 0 固端梁参数最优化参数 优化参数固端梁长固端梁宽上层固端梁厚度下层固端梁厚度 优化结果 9 2 0 z m 2 3 3 6 8 0 z m 2 4 1 8 7 l l m 2 2 1 2 9 z m 将上述优化参数代入改进后的双层梳齿结构运动微分方程，在其他条件不变 的情况下，系统的位移与速度仿真结果如图5 7 、图5 8 所示。 可以看出，双层梳齿结构带动微反射镜运动，系统在0 6 2 7 m s 后趋于稳定，稳 态位移为4 7 2 4 z m ，最大位移为6 8 0 1 z m ，最大速度为1 5 8 x 1 0 5 9 m s ，超调量为 4 3 9 7 。优化前后响应特性如表5 1 1 所示： 表5 1 1 优化前后响应特性比较 响应时间稳态位移最大位移最大速度超调量 优化前 0 6 8 3 m s 3 8 5 9 z m5 7 2 7 p m 1 3 9 8 x 1 0 5l z m s 4 8 4 1 优化后 0 6 2 7 聊s 4 7 2 4 # m 6 8 0 1 9 m1 5 8 x 1 0 5 # m s 4 3 9 6 第五章m e m s 光开关结构分析与优化 主 膏 稔 趔 图5 7 优化处理后位移响应图 图5 8 优化处理后速度响应图 由表5 1 l 可以看出，与优化前相比，响应时间减小了8 9 1 ，稳态位移增加 了2 2 3 1 ，超调量也减小了4 4 5 。系统的稳定性也有所提高，达到了预期的目 标。 一，山一，毯艘 5 2 梳齿式m e m s 光开关的分析与改进 5 3本章小结 本章研究了结构尺寸的变化对系统响应特性的影响，提出得到较大的运动位 移和较小的响应时间的方法：适当的增大固端梁的长度，减小其宽度和厚度，减 小梳齿结构齿间距以及适当的增大电压。优化了系统结构，优化结果表明有效的 减小了响应时间、增大了稳态位移，提高了系统的稳定性。 第六章总结与展望 第六章总结与展望 6 1 论文工作主要内容 本文为了解决如何提高m e m s 梳齿光开关响应特性及稳定性等问题，针对一 种双层梳齿结构光开关模型，研究了双层梳齿结构受外部阶跃电压激励后的运动 特性以及材料尺寸参数、电压、阻尼、电容等因素对系统响应特性的影响。主要 内容如下： 1 针对一种双层梳齿结构光开关模型，引入气膜阻尼，运用拉格朗日一麦克 斯韦方程建立双层静电梳齿结构光开关的数学模型； 2 引入了一种电容负反馈方案，对双层静电梳齿结构进行改进，加入了负反 馈电容，由此达到了增大梳齿位移、提高系统稳定性的效果； 3 分析双层梳齿结构固端梁的尺寸以及梳齿间距的选取对其响应特性的影 响； 4 对梳齿结构进行了优化设计，结果表明响应时间减小了8 9 1 ，稳态位移 增加了2 2 3 1 ，超调量也减小了4 4 5 。 6 2 工作展望 本论文从理论上得出了提高m e m s 光开关性能的方法，但由于m e m s 力学性 能的复杂性，尚有许多问题有待于今后进一步研究。基于论文已完成的研究工作， 针对本课题提出需要进一步开展的后续研究工作： 1 为了大规模m e m s 光开关阵列的级联，在保证光开关可行性的前提下， 合理的减小光开关的尺寸，以此减小系统损耗，提高光开关性能； 2 应用专业软件( 如c o v e n t o r w a r e 、m e m s c a d 、a u t o m m s a b e r 等) 对m e m s 力学性能进行有限元及动态仿真分析； 3 在电容负反馈结构设计中，对串联负反馈电容数值的选取应当更加准确 与详尽： 4 在m e m s 光开关系统结构进行优化时，对其他结构尺寸及参数( 如固端梁 长度、双层梳齿结构齿间距、外加阶跃电压等) 进行优化，得到更加确切 的优化结果； 5 在工艺条件及经济条件允许的前提下，利用硅加工工艺技术制成梳齿 m e m s 光开关成品，更加深入地研究其系统性能，最终实现梳齿m e m s 梳齿式m e m s 光开关的分析与改进 光开关的市场价值。 致谢 致。谢 本论文是在尊敬的导师黄进教授的孜孜指导下完成的，落笔之际，谨向黄老 师这三年来热诚的关怀和无私的教诲表示由衷的感谢。黄老师渊博的学识、敏捷 的学术思维、高尚的为师风范、踏实的作风、严谨的治学态度以及对学术无私的 奉献对我影响极深，是我以后工作与学习上的榜样。在论文的选题与攻坚过程中， 黄老师都在重要的时刻给予我耐心的分析以及决定性的指导，使得我的论文能够 顺利的进行。再次向黄进教授致以最崇高的敬意。 感谢阮瑾、吕亮师兄在我论文期间给与我的启发与帮助。 感谢杨静、袁博、潘文宾、孙发威、王继成、张官亮在研究生阶段生活与学 习上对我的关心与照顾。 感谢李召、贾若、周婷、王林滨以及同门的学长、师弟师妹们无私的帮助以 及有益的讨论。 感谢机电工程学院以及校领导在我求学期间给予我热情的关心以及真诚的鼓 励。 最后我要感谢我的家人，正是他们无私的奉献以及物质与精神上的支持，使 我无后顾之忧，可以全身心的投入到学习中。 感谢所有给予过我关心、支持和帮助的人们。 参考文献 5 7 参考文献 【l 】f e r n a n d e zm ，k r u g l i ce l i g h t w a v e 2 0 0 0 ，6 ：14 6 ； 2 】l i ng o l d s t e i nel ，tk a c hrwi e e ej o fs e l e c t e dt o p i c si nq u a n t u m e l e c t r o n j 1 9 9 8 ，5 ( 1 ) ：4 - 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3 4 4 ； 1 4 m e c h e l ss ，m u l l c rl ，m o r l e ygd ，e t 1 dm e m sb a s e dw a v e l e n g t hs w i t c h i n g s u b s y s t e m j i e e ec o m m u n i c a t i o n sm a g a z i n e 2 0 0 3 ，4 1 ( 3 ) ：8 8 - 9 4 ； 【15 t a n gwc ，n g u y e nth ，h o w ert l a t e r a l l yd r i v e n p o l y s i c l i o nr e s o n a n t s t r u c t u r e s j ，p r o c i e e em i c r oe l e c t r om e c h a n i c a ls y s t e m sw o r k s h o p 19 8 9 ：5 3 ； 【16 k i mcj ，p i s a n oap ，m u l l e rrs p o l y s i l i c o nm i c r o - g r i p p e r 【j 】，t e c h n i c a ld i g e s t i e e es o l i d s t a t ea n da c t u a t o rw o r k s h o p 19 9 0 ，6 ：4 8 - 51 ； 【17 】李玉和，毛乐山，李庆祥等微夹持器现状及其发展 j 】，仪器仪表学报19 9 9 ， 5 8 梳齿式m e m s 光开关的分析与改进 2 0 ( 4 ) ：8 0 8 2 ： 【1 8 】李勇微夹持理论与系统的研究，口：学硕士学位论文】【d 】，北京：北京清华大 学2 0 0 2 ： 【1 9 】阮瑾m e m s 光开关的建模与仿真， 工学硕士学位论文】 d 】，西安：西安电子 科技大学2 0 0 8 ； 【2 0 】明安杰，李铁，王跃林大位移m e m s 静电梳齿驱动器的设计及制作 j 】，功 能材料与器件学报2 0 0 9 ，1 5 ( 1 ) ：7 1 0 ； 2 1 胡军武，吴涛光开关和光开关阵列技术的发展研究【j 】，光通信研究2 0 0 2 ， 1 0 9 ：5 8 - 6 1 ； 【2 2 邱家俊机电分析动力学【m 】，北京：科学出版社1 9 9 2 ，9 ：3 0 8 3 1 4 ； 【2 3 w a 纳什，赵志岗译材料力学【m 】，北京：科学出版社2 0 0 2 ，8 ：2 9 5 2 9 6 ； 2 4 朱益清，徐坚宏计及边缘效应的平行板电容器的电容计算明，工科物理 1 9 9 8 ( 1 ) ：6 - 9 ： 【2 5 庄表中等编工程振动学【m 】，高等教育出版社1 9 8 9 ： 【2 6 清华大学工程力学系固体力学教研组振动组编机械振动【m 】，北京：机械工 业出版社1 9 8 0 ，8 ：3 8 ； 2 7 薛定宇，陈阳泉控制数