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)是實現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件之一,其性能的高低對網(wǎng)絡(luò)通訊有著直接的影響。論文對平面波導(dǎo)熱光開關(guān)的熱學(xué)和力學(xué)性能進行研究,分析了熱波導(dǎo)光開關(guān)的材料屬性和器件結(jié)構(gòu)對性能的影響。
　　本文首先將廣義熱彈性理論應(yīng)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(jié)構(gòu)的熱波導(dǎo)光開關(guān)的功耗和響應(yīng)速度分別進行計算對比,說明了混合波導(dǎo)光開關(guān)在響應(yīng)速度方面的優(yōu)勢;考慮到材料延遲時間較大時熱波在器件邊界以及波導(dǎo)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(jié)合前人在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的工作,通過研究器件結(jié)構(gòu)對光開關(guān)熱量耗散的影響,分別設(shè)計了雙側(cè)真空隔離槽結(jié)構(gòu)和聚合物雙隔熱層結(jié)構(gòu),通過對比計算說明這兩種結(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)中二氧化硅和有機聚合物材料參數(shù)之間的較大差異引起的熱失配會對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成隱患。本文對混合波導(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行了研究。首先根據(jù)熱波導(dǎo)光開關(guān)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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