NGN - Micro Electro Mechanical Systems

DWDM verwendet eine set von optischen Wellenlängen (oder Kanäle) um 1553 nm mit einem Kanalabstand von 0,8 nm (100 GHz), kann jede Wellenlänge tragen Informationen bis zu 10 Gbps (STM 64). Mehr als 100 solcher Kanäle können kombiniert und auf einer Einzelfaser übertragen wird. Die Bemühungen sind auf die Kanäle weiter drücken und Datenbitrate auf jedem Kanal zu erhöhen. Experimentell Übertragung von 80 Kanälen, jeweils mit 40 Gbps (äquivalent zu 3,2 Tbit / s) auf einer einzelnen Faser wurde erfolgreich auf einer Länge von 300 km getestet. Deployment von Punkt-zu-Punkt- und Ringbasierten optischen DWDM-Netzwerk ist eine neuere Art von Netzwerkelementen, die ohne kostspielige OEO Umwandlungssignale auf der Flucht manipulieren kann. Optische Verstärker, Filter, optische Add-Drop-Multiplexer, Demultiplexer und optische Kreuzverbindung sind einige wesentliche Netzelemente. MEMS spielt eine wichtige Rolle bei der Gestaltung und Entwicklung von solchen Netzwerkelementen.

MEMS ist ein Akronym für Micro Electro Mechanical Systems. Es wird verwendet, um ultra-miniaturisierten Geräte zu erzeugen, deren Abmessungen von wenigen Mikrometern bis zu einigen Zentimetern. Diese sind sehr ähnlich zu einem IC, aber mit einer Fähigkeit zur Integration beweglichen mechanischen Teile auf dem gleichen Substrat. MEMS-Technologie hat ihre Wurzeln in der Halbleiterindustrie. Diese werden mit Chargenherstellungsprozess ähnlich wie bei einem VLSI hergestellt. Eine typische MEMS ist ein integriertes Mikrosystem auf einem Chip zu integrieren, die sich bewegenden mechanischen Teile können zusätzlich elektrische, optische, fluidische, chemischen und biomedizinischen Elemente.

Funktionell, MEMS Umfasst eine Sorte von Transsudat Mechanismen, um Signale von einer Energieform in eine andere umwandeln.

Viele verschiedene Typen von Mikrosensoren, Mikroaktuatoren kann mit der Signalverarbeitung, optischen Teilsysteme und Mikrocomputer integriert werden, um eine vollständige Funktions System auf einem Chip zu bilden. MEMS "charakteristische Fähigkeit beweglichen mechanischen Teile auf dem gleichen Substrat zu umfassen.

Aufgrund der kleinen Größe, ist es möglich zu verwendung MEMS an Stellen, wo mechanische Vorrichtungen sind praktisch unmöglich zu setzen ; wie in einem Blutgefäß eines menschlichen Körpers. Schalt- und Reaktionszeit von MEMS-Bauelementen ist auch weniger als herkömmliche Maschinen und sie weniger Strom verbrauchen.

Anwendung von MEMS

Heute MEMS stellen jetzt Anwendung in allen Bereichen. Telekommunikation, Biowissenschaften und Sensoren sind die größten Nutznießer. MEMS-basierte Bewegungs, Beschleunigung und Stree sensoren werden massiv in Luft- und Raumfahrzeugen eingesetzt, um die Sicherheit und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Pico-Satelliten (mit einem Gewicht von etwa 250 g) entwickelt als Kontrolle, Kommunikation und Überwachungsgeräte. Diese verwenden MEMS-basierte Systeme als Nutzlast sowie ihrer Umlaufkontrolle . MEMS sind in Düsen von Tintenstrahldruckern verwendet und Schreib- / Leseköpfe von Festplatten. Automobilindustrie ist unter Verwendung MEMS in 'Kraftstoff Einspritz systeme' und Airbagsensoren.

Konstrukteure sind setzen MEMS in ihrer neuen Designs, um die Leistung ihrer Produkte zu verbessern. Es reduziert die Herstellungskosten und Zeit. Integration mehrerer Funktionen in MEMS bietet höheren Grad der Miniaturisierung, geringer Bauteilanzahl und erhöht die Zuverlässigkeit.

Design und Herstellungs techniken

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Halbleiterindustrie, um seine Reife gewachsen. MEMS Entwicklung wird weitgehend von dieser Technologie profitiert. Zunächst wurden Techniken und Materialien für die integrierte Schaltung (IC) Konstruktion und Fertigung, die unmittelbar zum MEMS Entwicklung liehen, aber jetzt viele MEMS-spezifische Herstellungstechniken entwickelt werden. Oberflächen-Mikro, Volumen-Mikromechanik, Deep Reactive Ion Etching (DRIE) und Mikro-Form sind einige der erweiterten MEMS-Herstellungstechniken. Verwendung der Mikrobearbeitungsverfahren, verschiedene Schichten aus Polysilizium, typischerweise 1-100 mm dick, abgeschieden, um eine dreidimensionale Struktur mit Metallleitern, Spiegeln und Isolationsschichten zu bilden. Eine genaue Ätzprozess entfernt selektiv eine Unterstreichung Film (Opferschicht) Verlassen einer Überlagerung Film als Strukturschicht in der Lage, mechanische Bewegung bezeichnet. Oberflächen-Mikrobearbeitung verwendet wird, um eine Vielzahl von MEMS-Vorrichtungen in kommerziellen Mengen herzustellen. Schichten aus Polysilizium und Metall kann vor und nach dem Ätzprozess zu sehen

Volumen-Mikromechanik ist ein weiteres weit verbreitetes Verfahren zur Funktionskomponenten für MEMS zu bilden. Ein Silizium-Einkristall wird strukturiert und geformt, um hochpräzise dreidimensionale Teile wie Kanäle, Gänge, Membranen, Düsen usw. Diese Komponenten sind mit anderen Teilen und Teilsysteme integriert, um vollständig funktionsfähig zu erzeugen MEMS zu bilden.

Einige standardisierte Bausteine ​​für MEMS Verarbeitung und MEMS-Komponenten sind Multi-User-MEMS-Prozesse (MUMPs). Diese sind die Grundlage für eine Plattform, die eine anwendungsspezifische Ansatz zur MEMS, sehr ähnlich wie die anwendungsspezifischen Ansatz (ASIC), die so erfolgreich war in der integrierten Schaltung Industrie führend ist.

Alle optischen DWDM Netzwerke und MEMS

Die heutige Telekommunikationsexperten sind vor einem beispiellosen Herausforderung, ständig wachsende Palette von Breitbanddiensten in Telekommunikationsnetzen unterzubringen. Bandbreitenbedarf steigt exponentiell aufgrund der Expansion von Internet und Internet-fähigen Dienstleistungen. Ankunft der Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) hat diese technologische Knappheit gelöst und insgesamt verändert die Wirtschaftlichkeit des optischen Kernnetzwerk.

DWDM verwendet einen Satz von optischen Wellenlängen (oder Kanäle) gegen 1553 nm mit einem Kanalabstand von 0,8 nm (100 GHz), kann jede Wellenlänge kann durchführen Informationen bis zu 10 Gbps (STM 64). Mehr als 100 solcher Kanäle können kombiniert und auf einer Einzelfaser übertragen wird. Die Bemühungen sind auf die Kanäle weiter drücken und Datenbitrate auf jedem Kanal zu erhöhen. Experimentell Übertragung von 80 Kanälen, jeweils tragen mit 40 Gbits / sec (äquivalent zu 3,2 Tbit / s) auf einer einzelnen Faser wurde erfolgreich auf einer Länge von 300 km getestet. Deployment von Punkt-zu-Punkt- und Ringbasierten optischen DWDM-Netzwerk ist eine neuere Art von Netzwerkelementen, die ohne kostspielige OEO Umwandlungssignale auf der Flucht manipulieren kann. Optische Verstärker, Filter, optische Add-Drop-Multiplexer, Demultiplexer und optische Kreuzverbindung sind einige wesentliche Netzelemente. MEMS spielt eine wichtige Rolle bei der Gestaltung und Entwicklung von solchen Netzwerkelementen. Wir werden diskutieren, Optical Add-Drop-Multiplexer (OADM) und optischer Querverbindungs ​​(OXC) im Detail.

Durchbruch bei Optical Switching

Eine praktische MEMS-basierte optische Schalter wurde demonstriert von Wissenschaftlern in den Bell Labs in den Jahr 1999. Es funktioniert wie eine Wippe bar mit Gold plattiert demonstriert mikroskopische Spiegel an einem Ende. Eine elektrostatische Kraft zieht das andere Ende der Stange nach unten, die Aufhebung der Spiegel, die das Licht in einem rechten Winkel reflektiert. Das einfallende Licht bewegt sich somit von einer Faser zur anderen.

Die technische Erfolg ist in der Tat ein Baustein der Vielzahl von Vorrichtungen und Systemen, wie beispielsweise Wellenlängen-Add- / Drop-Multiplexer, optische Stellungsschalter ; optische Cross-Connect und WDM-Signals Equalizer.

Optical Add Drop Multiplexer

Ähnlich wie bei den Ring-basierten SDH / SONET-Netze sind die rein optischen DWDM-basierte Netzwerke beginnen sich zu entfernen. Die Überlegenheit der Ring-basierten Netzwerk über Mesh-Netzwerk ist bereits von SDH-Netz-Designer etabliert. Aller-optischen Ring kann Bandbreiten (ls) zum Schutz Zweck reserviert werden. Optische Add-Drop-Multiplexer (OADM) sind funktionell ähnlich zu dem SDH / SONET-Add-Drop-Multiplexer (ADM). Eine Gruppe von ausgewählten Wellenlängen (ls) hinzugefügt oder aus einer Mehrwellenlängenlichtsignal gelöscht werden. OADM eliminiert kostspielige OEO (optische, elektrische und zurück) Konvertierung. Eine zweidimensionale Matrix von optischen Schaltern, wie vorstehend beschrieben, wird verwendet, um solche herzustellen OADM bieten wenig Flexibilität. Rekonfigurierbare hinzufügen Drop-Multiplexern (R-OADM) auf der anderen Seite ermöglicht die volle Flexibilität. Jede der Kanaldurchreise zugegriffen werden kann, fallen gelassen oder neue Kanäle hinzugefügt werden. Wellenlänge eines bestimmten Kanals verändert werden kann, um die Blockierung zu vermeiden. Optische Schalter oder OADM dieser Art werden als 2D- oder N2 Schalter bekannt, da die Anzahl der Schaltelemente erforderlich ist gleich dem Quadrat der Anzahl der Ports, und weil das Licht in einer Ebene nur zwei Dimensionen bleibt. Ein acht-Port-OADM erfordert 64 einzelne Mikrospiegel mit ihren Steuer auf einem MEMS-Bauelement. Es ist ganz ähnlich wie 'Querbalken' schaltet in Telefonzentralen eingesetzt.

Optische Schalter dieser Art sind hohen mechanischen und optischen Tests unterzogen. Durchschnittliche Einfügedämpfung von weniger als 1.4 dB mit ausgezeichneter Wiederholgenauigkeit von ± 0,25 dB über 1 Million Zyklen. 2D / N2 Typ OADM mit Konfiguration größer als 32 x 32 (1024 Schaltspiegel) werden praktisch unüberschaubar und unwirtschaftlich. Mehrere Schichten von kleineren Switch Fabrics werden verwendet, um größere Konfigurationen zu erstellen.

Optische Cross-Connect

Die Beschränkung der 2D optische Schalter ist von einem noch innovative optische Schalttechnologie von Bell Labs überwunden. Es wird im Volksmund als "Free Space 3-D MEMS" oder "Lichtstrahl Steering" bekannt. Es verwendet eine Reihe von Zweiachsen-Mikrospiegel als optischer Schalter. Der Mikrospiegel ist auf einer Achse eines Satzes von kreuzgekoppelten gimble Ringen über eine Reihe von Drehfedern montiert. Diese Anordnung ermöglicht es dem Spiegel, um entlang von zwei senkrechten Achsen in jedem gewünschten Winkel zu bewegen. Der Spiegel ist um vier Quadranten unterhalb des Spiegels aufgebracht elektrostatische Kraft betätigt wird. Der komplette Mikrospiegeleinheit unter Verwendung der MEMS-Technologie, um eine "Switch-Fabric" von 128 oder 256 Mikrospiegeln bilden repliziert.

Eine Anordnung von gebündelten Eingangsfasern ist mit einem Satz von Spiegeln, die neu in Richtung kann das Licht durch Kippen des Spiegels in X und Y-Achse auf den zweiten Satz von Spiegeln zum kollimierten Ausgangsfasern ausgerichtet fluchten. Durch präzises Ziel einen Satz von Spiegel auf den Eingangs- und Ausgangsfasern kann eine gewünschte Licht Verbindung hergestellt werden. Dieser Vorgang wird als "Lichtstrahlsteuerung '. Schaltzeit 3D-MEMS-Schalter in weniger als 10 ms, und die Mikrospiegel äußerst stabil sind. Optische Kreuzverbindung auf dieser Technologie bieten verschiedene einzigartige Vorteile gegenüber den OEO Typs Cross-Connects. OXC sind von hoher Kapazität, skalierbaren, Daten Bitrate und Datenformat unabhängig. Es intelligent Routen den optischen Kanälen ohne kostspielige OEO-Umwandlung. Geringe Stellfläche und Stromverbrauch sind weitere Vorteile des rein optischen Schalttechnik.