NGN - Sistem Mikro Elektro Mekanik

DWDM menggunakan satu set panjang gelombang optik (atau saluran) sekitar 1.553 nm dengan jarak saluran 0,8 nm (100 GHz), setiap panjang gelombang dapat membawa informasi hingga 10 Gbps (STM 64). Lebih dari 100 saluran seperti itu dapat digabungkan dan ditransmisikan pada satu serat. Upaya terus dilakukan untuk menekan saluran lebih lanjut dan untuk meningkatkan kecepatan bit data pada setiap saluran.

Secara eksperimental, transmisi 80 saluran, masing-masing membawa 40 Gbps (setara dengan 3,2 Tbits / detik) pada satu serat telah berhasil diuji pada panjang 300 km. Penyebaran jaringan optik DWDM titik-ke-titik dan berbasis cincin memerlukan jenis elemen jaringan yang lebih baru yang dapat memanipulasi sinyal saat dijalankan tanpa konversi OEO yang mahal. Amplifier optik, filter, multiplexer drop tambahan optik, de-multiplexer, dan koneksi silang optik adalah beberapa elemen jaringan yang penting. MEMS memainkan peran penting dalam desain dan pengembangan elemen jaringan tersebut.

MEMS adalah singkatan dari Micro Electro Mechanical Systems. Ini digunakan untuk membuat perangkat ultra-miniatur, memiliki dimensi dari beberapa mikron hingga beberapa sentimeter. Ini sangat mirip dengan IC, tetapi dengan kemampuan untuk mengintegrasikan bagian mekanis yang bergerak pada substrat yang sama.

Teknologi MEMS berakar pada industri semikonduktor. Ini dibuat menggunakan proses fabrikasi batch yang mirip dengan VLSI. MEMS tipikal adalah sistem mikro terintegrasi pada sebuah chip yang dapat menggabungkan bagian mekanis yang bergerak selain elemen listrik, optik, fluida, kimia, dan biomedis.

Secara fungsional, MEMS mencakup berbagai mekanisme transudasi untuk mengubah sinyal dari satu bentuk energi ke bentuk lainnya.

Berbagai jenis mikro-sensor dan mikro-aktuator dapat diintegrasikan dengan, pemrosesan sinyal, subsistem optik, dan komputasi mikro untuk membentuk sistem fungsional yang lengkap pada sebuah chip. Kemampuan karakteristik MEMS adalah memasukkan bagian mekanis yang bergerak pada substrat yang sama.

Karena ukurannya yang kecil, MEMS dapat digunakan di tempat-tempat di mana perangkat mekanis hampir tidak mungkin dipasang; seperti, di dalam pembuluh darah tubuh manusia. Waktu peralihan dan respons perangkat MEMS juga lebih singkat daripada mesin konvensional dan mereka mengonsumsi daya lebih rendah.

Penerapan MEMS

Saat ini, MEMS menemukan aplikasi di setiap bidang. Telekomunikasi, ilmu hayati, dan sensor adalah penerima manfaat utama. Sensor gerakan, akselerasi, dan tekanan berbasis MEMS sedang digunakan secara masif di pesawat dan pesawat ruang angkasa untuk meningkatkan keamanan dan keandalan. Satelit Pico (dengan berat sekitar 250 gram) dikembangkan sebagai perangkat inspeksi, komunikasi, dan pengawasan. Ini menggunakan sistem berbasis MEMS sebagai muatan serta untuk kontrol orbitnya. MEMS digunakan di nozel printer inkjet, dan kepala baca / tulis drive hard disk. Industri otomotif menggunakan MEMS dalam 'sistem injeksi bahan bakar' dan sensor kantong udara.

Insinyur desain menempatkan MEMS dalam desain baru mereka untuk meningkatkan kinerja produk mereka. Ini mengurangi biaya dan waktu produksi. Integrasi beberapa fungsi ke dalam MEMS memberikan tingkat miniaturisasi yang lebih tinggi, jumlah komponen yang lebih rendah, dan keandalan yang meningkat.

Teknik Desain dan Fabrikasi

Dalam beberapa dekade terakhir, industri semikonduktor telah tumbuh hingga jatuh tempo. Pengembangan MEMS diuntungkan sebagian besar oleh teknologi ini. Awalnya, teknik dan bahan yang digunakan untuk desain dan fabrikasi sirkuit terintegrasi (IC) dipinjam langsung untuk pengembangan MEMS, tetapi sekarang banyak teknik fabrikasi khusus MEMS sedang dikembangkan. Mesin mikro permukaan, mesin mikro massal, pengetsaan ion reaktif dalam (DRIE), dan cetakan mikro adalah beberapa teknik fabrikasi MEMS tingkat lanjut.

Menggunakan micromachining method, berbagai lapisan polisilikon, biasanya setebal 1-100 mm, diendapkan untuk membentuk struktur tiga dimensi yang memiliki konduktor logam, cermin, dan lapisan insulasi. Proses etsa yang tepat secara selektif menghilangkan film yang menggarisbawahi (lapisan korban) yang meninggalkan lapisan film yang disebut sebagai lapisan struktural yang mampu bergerak secara mekanis.

Surface micromachiningdigunakan untuk membuat berbagai perangkat MEMS dalam volume komersial. Lapisan polysilicon dan metal dapat dilihat sebelum dan sesudah proses etsa.

Bulk micromachiningadalah proses lain yang banyak digunakan untuk membentuk komponen fungsional untuk MEMS. Kristal silikon tunggal berpola dan dibentuk untuk membentuk bagian tiga dimensi dengan presisi tinggi seperti saluran, roda gigi, membran, nozel, dll. Komponen ini terintegrasi dengan bagian dan subsistem lain untuk menghasilkan MEMS yang berfungsi sepenuhnya.

Beberapa blok bangunan standar untuk pemrosesan MEMS dan komponen MEMS adalah proses MEMS multi-pengguna (MUMP). Ini adalah dasar dari platform yang mengarah ke pendekatan khusus aplikasi untuk MEMS, sangat mirip dengan pendekatan khusus aplikasi (ASIC), yang telah begitu sukses dalam industri sirkuit terintegrasi.

Semua Jaringan DWDM Optik dan MEMS

Para ahli telekomunikasi saat ini menghadapi tantangan yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk mengakomodasi rangkaian layanan bandwidth tinggi yang terus berkembang di jaringan telekomunikasi. Permintaan bandwidth meningkat secara eksponensial karena perluasan layanan Internet dan berkemampuan Internet. Kedatangan Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) telah mengatasi kelangkaan teknologi ini dan secara bersamaan mengubah ekonomi jaringan optik inti.

DWDM menggunakan seperangkat panjang gelombang optik (atau saluran) sekitar 1553 nm dengan jarak saluran 0,8 nm (100 GHz), setiap panjang gelombang dapat membawa informasi hingga 10 Gbps (STM 64). Lebih dari 100 saluran seperti itu dapat digabungkan dan ditransmisikan pada satu serat. Upaya sedang dilakukan untuk menekan saluran lebih lanjut dan untuk meningkatkan kecepatan bit data pada setiap saluran.

Secara eksperimental, transmisi 80 saluran, masing-masing membawa 40 Gbits / detik (setara dengan 3,2 Tbits / detik) pada satu serat telah berhasil diuji pada panjang 300 km. Penyebaran jaringan optik DWDM titik-ke-titik dan berbasis cincin memerlukan jenis elemen jaringan yang lebih baru yang dapat memanipulasi sinyal saat dijalankan tanpa konversi OEO yang mahal. Amplifier optik, filter, multiplexer drop tambahan optik, de-multiplexer, dan koneksi silang optik adalah beberapa elemen jaringan yang penting. MEMS memainkan peran penting dalam desain dan pengembangan elemen jaringan tersebut. Kami akan membahas Optical Add Drop Mux (OADM) dan Optical Cross Connect (OXC) secara rinci.

Terobosan dalam Switching Optik

Sakelar optik praktis berbasis MEMS didemonstrasikan oleh para ilmuwan di Bell Labs selama tahun 1999. Ini berfungsi seperti batang jungkat-jungkit yang memiliki cermin mikroskopis berlapis emas di salah satu ujungnya. Sebuah gaya elektrostatis menarik ujung lain dari bar ke bawah, mengangkat cermin yang memantulkan cahaya pada sudut siku-siku. Cahaya yang masuk dengan demikian berpindah dari satu serat ke serat lainnya.

Keberhasilan teknologi sebenarnya merupakan blok bangunan berbagai perangkat dan sistem, seperti multiplexer tambah / jatuhkan panjang gelombang, sakelar penyediaan optik, sambungan silang optik, dan equalizer sinyal WDM.

Optical Add Drop Multiplexer

Mirip dengan jaringan SDH / SONET berbasis cincin, jaringan berbasis DWDM semua optik mulai lepas landas. Keunggulan jaringan berbasis cincin melalui jaringan mesh telah ditetapkan oleh perancang jaringan SDH. Di semua cincin optik, bandwidth (ls) dapat dipesan untuk tujuan perlindungan. Optical Add Drop Multiplexers (OADM) secara fungsional mirip dengan SDH / SONET Add Drop Multiplexers (ADM). Sekelompok panjang gelombang yang dipilih (ls) dapat ditambahkan atau dijatuhkan dari sinyal cahaya multi panjang gelombang. OADM menghilangkan konversi OEO (optik ke listrik dan balik) yang mahal.

Matriks dua dimensi sakelar Optik seperti yang dijelaskan di atas digunakan untuk membuat OADM tersebut menawarkan fleksibilitas yang sangat kecil. Add Drop Multiplexers (R-OADM) yang dapat dikonfigurasi ulang di sisi lain memungkinkan fleksibilitas penuh. Setiap saluran yang lewat dapat diakses, dijatuhkan, atau saluran baru dapat ditambahkan. Panjang gelombang saluran tertentu dapat diubah untuk menghindari pemblokiran. Sakelar optik atau OADM jenis ini dikenal sebagai sakelar 2D atau N2 karena jumlah elemen sakelar yang diperlukan sama dengan kuadrat dari jumlah port, dan karena cahaya tetap berada dalam bidang dua dimensi saja.

OADM delapan port memerlukan 64 cermin mikro individu dengan kontrolnya pada perangkat MEMS. Ini sangat mirip dengan sakelar 'cross bar' yang digunakan dalam pertukaran telepon.

Sakelar optik jenis ini telah menjalani uji mekanis dan optik yang ketat. Kehilangan penyisipan rata-rata kurang dari 1,4 db dengan pengulangan yang sangat baik sebesar ± 0,25 db selama 1 juta siklus. 2D / N2 tipe OADM yang memiliki konfigurasi lebih besar dari 32 × 32 (1024 switching mirror) menjadi tidak dapat diatur dan tidak ekonomis. Beberapa lapisan kain sakelar yang lebih kecil digunakan untuk membuat konfigurasi yang lebih besar.

Sambungan Silang Optik

Batasan sakelar optik tipe 2D telah diatasi dengan teknologi peralihan optik yang inovatif oleh Bell Labs. Ini dikenal sebagai‘Free Space 3-D MEMS’ atau ‘Light Beam Steering’. Ia menggunakan serangkaian mikro-cermin sumbu ganda sebagai sakelar optik. Cermin mikro dipasang pada salah satu sumbu dari satu set cincin gimbal berpasangan silang, melalui satu set pegas torsi. Susunan ini memungkinkan cermin untuk bergerak sepanjang dua sumbu tegak lurus pada sudut manapun yang diinginkan. Cermin digerakkan oleh gaya elektrostatis yang diterapkan pada empat kuadran di bawah cermin. Unit micro-mirror lengkap direplikasi menggunakan teknologi MEMS untuk membentuk 'switch fabric' dari 128 atau 256 micro-mirror.

Larik serat masukan terkolimasi disejajarkan dengan sekumpulan cermin yang dapat mengarahkan kembali cahaya dengan memiringkan cermin dalam sumbu X dan Y ke rangkaian cermin kedua yang disejajarkan dengan serat keluaran terkolimasi. Dengan mengarahkan secara tepat satu set cermin pada serat input dan output, koneksi cahaya yang diinginkan dapat dibuat. Proses ini disebut 'light beam steering'.

Waktu peralihan sakelar MEMS 3D kurang dari 10 ms dan cermin mikro sangat stabil. Sambungan silang optik berdasarkan teknologi ini menawarkan berbagai keunggulan unik dibandingkan sambungan silang jenis OEO. OXC memiliki kapasitas tinggi, skalabel, kecepatan bit data dan format data yang benar-benar independen. Ini secara cerdas mengarahkan saluran optik tanpa konversi OEO yang mahal. Jejak yang rendah dan konsumsi daya adalah keuntungan tambahan dari teknologi pengalihan semua-optik.