MEMS中熱波導光開關的熱學及力學特性研究和優(yōu)化.pdf

1、全光網(wǎng)絡在現(xiàn)代信息化社會中扮演著十分重要的角色,它采用光網(wǎng)絡開關代替現(xiàn)存的電網(wǎng)絡開關,極大地提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。光開關是實現(xiàn)全光網(wǎng)絡的關鍵器件之一,其性能的高低對網(wǎng)絡通訊有著直接的影響。論文對平面波導熱光開關的熱學和力學性能進行研究,分析了熱波導光開關的材料屬性和器件結構對性能的影響。
　　本文首先將廣義熱彈性理論應用到微機械中簡支梁的熱振動問題,給出了含有熱延遲時間的熱力耦合方程,分析了熱彈性振動中影響振幅的因素,說明了廣義熱彈

2、性理論在微機械傳熱中良好的適用性。然后對不同材料不同結構的熱波導光開關的功耗和響應速度分別進行計算對比,說明了混合波導光開關在響應速度方面的優(yōu)勢;考慮到材料延遲時間較大時熱波在器件邊界以及波導層交界面的反射會引起溫度的疊加,比較了不同延遲時間和不同芯層形狀的芯層平均溫度。同時,結合前人在結構設計方面的工作,通過研究器件結構對光開關熱量耗散的影響,分別設計了雙側真空隔離槽結構和聚合物雙隔熱層結構,通過對比計算說明這兩種結構可以降低光開關的

3、功耗,而且對響應速度影響很小。
　　混合波導熱光開關中二氧化硅和有機聚合物材料參數(shù)之間的較大差異引起的熱失配會對結構的穩(wěn)定性造成隱患。本文對混合波導結構(SOI-SU)和聚合物波導結構(PMMA-SU)的曲率及界面缺陷的能量釋放率進行了研究。首先根據(jù)熱波導光開關的結構特點和工作原理,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,對結構曲率進行了對比分析,說明新模型更為合理。然后對界面缺陷的能量釋放率進行計算,運用熱力耦合方程