MEMS中熱波導(dǎo)光開關(guān)的熱學(xué)及力學(xué)特性研究和優(yōu)化.pdf

1、全光網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代信息化社會(huì)中扮演著十分重要的角色,它采用光網(wǎng)絡(luò)開關(guān)代替現(xiàn)存的電網(wǎng)絡(luò)開關(guān),極大地提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。光開關(guān)是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件之一,其性能的高低對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊有著直接的影響。論文對(duì)平面波導(dǎo)熱光開關(guān)的熱學(xué)和力學(xué)性能進(jìn)行研究,分析了熱波導(dǎo)光開關(guān)的材料屬性和器件結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響。
　　本文首先將廣義熱彈性理論應(yīng)用到微機(jī)械中簡(jiǎn)支梁的熱振動(dòng)問題,給出了含有熱延遲時(shí)間的熱力耦合方程,分析了熱彈性振動(dòng)中影響振幅的因素,說明了廣義熱彈

2、性理論在微機(jī)械傳熱中良好的適用性。然后對(duì)不同材料不同結(jié)構(gòu)的熱波導(dǎo)光開關(guān)的功耗和響應(yīng)速度分別進(jìn)行計(jì)算對(duì)比,說明了混合波導(dǎo)光開關(guān)在響應(yīng)速度方面的優(yōu)勢(shì);考慮到材料延遲時(shí)間較大時(shí)熱波在器件邊界以及波導(dǎo)層交界面的反射會(huì)引起溫度的疊加,比較了不同延遲時(shí)間和不同芯層形狀的芯層平均溫度。同時(shí),結(jié)合前人在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的工作,通過研究器件結(jié)構(gòu)對(duì)光開關(guān)熱量耗散的影響,分別設(shè)計(jì)了雙側(cè)真空隔離槽結(jié)構(gòu)和聚合物雙隔熱層結(jié)構(gòu),通過對(duì)比計(jì)算說明這兩種結(jié)構(gòu)可以降低光開關(guān)的

3、功耗,而且對(duì)響應(yīng)速度影響很小。
　　混合波導(dǎo)熱光開關(guān)中二氧化硅和有機(jī)聚合物材料參數(shù)之間的較大差異引起的熱失配會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成隱患。本文對(duì)混合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(SOI-SU)和聚合物波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(PMMA-SU)的曲率及界面缺陷的能量釋放率進(jìn)行了研究。首先根據(jù)熱波導(dǎo)光開關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理,基于現(xiàn)有的板—膜模型發(fā)展了一種較為合理的梁—膜模型,對(duì)結(jié)構(gòu)曲率進(jìn)行了對(duì)比分析,說明新模型更為合理。然后對(duì)界面缺陷的能量釋放率進(jìn)行計(jì)算,運(yùn)用熱力耦合方程