NGN - Mikro Elektro Mekanik Sistemler

DWDM, 0.8 nm (100 GHz) kanal aralığı ile 1.553 nm civarında bir dizi optik dalga uzunluğu (veya kanal) kullanır, her dalga boyu 10 Gbps'ye (STM 64) kadar bilgi taşıyabilir. Bu tür 100'den fazla kanal birleştirilebilir ve tek bir fiber üzerinde iletilebilir. Kanalları daha da sıkıştırmak ve her kanaldaki veri bit hızını artırmak için çabalar devam ediyor.

Deneysel olarak, her biri tek bir fiberde 40 Gbps (3,2 Tbit / sn'ye eşdeğer) taşıyan 80 kanalın iletimi, 300 km'lik bir uzunlukta başarıyla test edilmiştir. Noktadan noktaya ve halka tabanlı DWDM optik ağının konuşlandırılması, maliyetli bir OEO dönüşümü olmadan çalışma sırasında sinyalleri manipüle edebilen daha yeni bir ağ elemanı türü gerektirir. Optik amplifikatörler, filtreler, optik ekleme damla çoklayıcıları, çoğullayıcı çözücüler ve optik çapraz bağlantı, temel ağ öğelerinden bazılarıdır. MEMS, bu tür ağ öğelerinin tasarımında ve geliştirilmesinde önemli bir rol oynar.

MEMS, Mikro Elektro Mekanik Sistemlerin kısaltmasıdır. Birkaç mikrondan birkaç santimetreye kadar boyutlara sahip ultra minyatür cihazlar oluşturmak için kullanılır. Bunlar bir IC'ye oldukça benzer, ancak aynı alt tabaka üzerinde hareketli mekanik parçaları entegre etme yeteneğine sahiptir.

MEMS teknolojisinin kökleri yarı iletken endüstrisine dayanmaktadır. Bunlar, VLSI'ye benzer toplu üretim süreci kullanılarak üretilir. Tipik bir MEMS, elektrik, optik, akışkan, kimyasal ve biyomedikal elemanlara ek olarak hareketli mekanik parçaları da içerebilen bir çip üzerinde entegre bir mikrosistemdir.

İşlevsel olarak, MEMS, sinyalleri bir enerji formundan diğerine dönüştürmek için çeşitli transüdasyon mekanizmaları içerir.

Bir çip üzerinde eksiksiz bir işlevsel sistem oluşturmak için birçok farklı mikro sensör ve mikro aktüatör türü, sinyal işleme, optik alt sistemler ve mikro hesaplama ile entegre edilebilir. MEMS'in karakteristik yeteneği, aynı alt tabaka üzerine hareketli mekanik parçaları dahil etmektir.

Küçük boyutu nedeniyle, mekanik cihazların yerleştirilmesinin neredeyse imkansız olduğu yerlerde MEMS kullanmak mümkündür; insan vücudunun bir kan damarının içinde olduğu gibi. MEMS cihazlarının anahtarlama ve yanıt süreleri de geleneksel makinelere göre daha azdır ve daha az güç tüketirler.

MEMS Uygulaması

Bugün, MEMS her alanda uygulama buluyor. Telekomünikasyon, biyo-bilimler ve sensörler başlıca yararlanıcılardır. MEMS tabanlı hareket, hızlanma ve stres sensörleri, güvenliği ve güvenilirliği artırmak için uçaklarda ve uzay araçlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Pico uyduları (yaklaşık 250 gr ağırlığında) denetim, iletişim ve gözetleme cihazları olarak geliştirilmiştir. Bunlar, yörünge kontrollerinin yanı sıra yük olarak MEMS tabanlı sistemleri kullanır. MEMS, mürekkep püskürtmeli yazıcıların püskürtme uçlarında ve sabit disk sürücülerin okuma / yazma kafalarında kullanılır. Otomotiv endüstrisi 'yakıt enjeksiyon sistemlerinde' ve hava yastığı sensörlerinde MEMS kullanıyor.

Tasarım mühendisleri, ürünlerinin performansını artırmak için yeni tasarımlarına MEMS'i koyuyor. Üretim maliyetini ve süresini azaltır. Birden fazla işlevin MEMS'e entegrasyonu, daha yüksek derecede minyatürleştirme, daha düşük bileşen sayısı ve artırılmış güvenilirlik sağlar.

Tasarım ve İmalat Teknikleri

Son birkaç on yılda, yarı iletken endüstrisi olgunlaştı. MEMS geliştirmesi büyük ölçüde bu teknolojiden yararlanmaktadır. Başlangıçta, entegre devre (IC) tasarımı ve üretimi için kullanılan teknikler ve malzemeler doğrudan MEMS geliştirme için ödünç alındı, ancak şimdi birçok MEMS'e özgü üretim tekniği geliştiriliyor. Yüzey mikro işleme, toplu mikro işleme, derin reaktif iyon aşındırma (DRIE) ve mikro kalıplama, gelişmiş MEMS üretim tekniklerinden bazılarıdır.

Kullanmak micromachining methodtipik olarak 1-100 mm kalınlığında çeşitli polisilikon katmanları, metal iletkenlere, aynalara ve yalıtım katmanlarına sahip üç boyutlu bir yapı oluşturmak için biriktirilir. Hassas bir dağlama işlemi, mekanik hareket kabiliyetine sahip yapısal katman olarak adlandırılan bir üst üste binen film bırakarak, altını çizen bir filmi (fedakar katman) seçici olarak kaldırır.

Surface micromachiningticari hacimlerde çeşitli MEMS cihazları üretmek için kullanılır. Polisilikon ve metal tabakalar aşındırma işleminden önce ve sonra görülebilir.

Bulk micromachiningMEMS için fonksiyonel bileşenler oluşturmak için yaygın olarak kullanılan bir başka işlemdir. Tek bir silikon kristali, kanallar, dişliler, membranlar, nozullar vb. Gibi yüksek hassasiyetli üç boyutlu parçalar oluşturmak üzere desenlenir ve şekillendirilir. Bu bileşenler, tamamen işlevsel MEMS üretmek için diğer parçalar ve alt sistemlerle entegre edilmiştir.

MEMS işleme ve MEMS bileşenleri için bazı standartlaştırılmış yapı taşları, çok kullanıcılı MEMS süreçleridir (MUMP'ler). Bunlar, entegre devre endüstrisinde çok başarılı olan uygulamaya özel yaklaşıma (ASIC) çok benzeyen, MEMS'e uygulamaya özgü bir yaklaşıma yol açan bir platformun temelleridir.

Tüm Optik DWDM Ağları ve MEMS

Günümüzün telekomünikasyon uzmanları, telekomünikasyon ağlarında sürekli genişleyen yüksek bant genişliğine sahip hizmetler dizisini barındırma konusunda eşi görülmemiş bir zorluk ile karşı karşıyadır. İnternet ve İnternet özellikli hizmetlerin genişlemesi nedeniyle bant genişliği talebi katlanarak artıyor. Yoğun Dalgaboyu Bölmeli Çoğullamanın (DWDM) gelişi bu teknolojik kıtlığı çözdü ve temel optik ağın ekonomisini tamamen değiştirdi.

DWDM, 0,8 nm (100 GHz) kanal aralığı ile 1553 nm civarında bir dizi optik dalga boyu (veya kanal) kullanır, her dalga boyu 10 Gbps'ye (STM 64) kadar bilgi taşıyabilir. Bu tür 100'den fazla kanal birleştirilebilir ve tek bir fiber üzerinde iletilebilir. Kanalları daha da sıkıştırmak ve her kanaldaki veri bit hızını artırmak için çabalar devam ediyor.

Deneysel olarak, her biri tek bir fiberde 40 Gbit / sn (3,2 Tbit / sn'ye eşdeğer) taşıyan 80 kanalın iletimi, 300 km'lik bir uzunlukta başarıyla test edilmiştir. Noktadan noktaya ve halka tabanlı DWDM optik ağının konuşlandırılması, maliyetli bir OEO dönüşümü olmadan çalışma sırasında sinyalleri manipüle edebilen daha yeni bir ağ elemanı türü gerektirir. Optik amplifikatörler, filtreler, optik ekleme damla çoklayıcıları, çoğullayıcı çözücüler ve optik çapraz bağlantı, temel ağ öğelerinden bazılarıdır. MEMS, bu tür ağ öğelerinin tasarımında ve geliştirilmesinde önemli bir rol oynar. Optical Add Drop Mux (OADM) ve Optical Cross Connect'i (OXC) ayrıntılı olarak tartışacağız.

Optik Anahtarlamada Atılım

Pratik bir MEMS tabanlı optik anahtar, 1999 yılında Bell Laboratuvarlarında bilim adamları tarafından gösterildi. Bir ucunda altın kaplama mikroskobik aynaya sahip bir tahterevalli çubuğu gibi işlev görüyor. Elektrostatik bir kuvvet, ışığı dik açıyla yansıtan aynayı kaldırarak çubuğun diğer ucunu aşağı çeker. Gelen ışık böylece bir fiberden diğerine geçer.

Teknolojik başarı aslında dalga boyu ekleme / bırakma çoklayıcıları, optik provizyon anahtarları, optik çapraz bağlantı ve WDM sinyal eşitleyicileri gibi çeşitli cihaz ve sistemlerin bir yapı taşıdır.

Optik Ekleme Damla Çoklayıcı

Halka tabanlı SDH / SONET ağlarına benzer şekilde, tamamen optik DWDM tabanlı ağlar yükselmeye başlıyor. Halka tabanlı ağın örgü ağ üzerindeki üstünlüğü, SDH ağ tasarımcıları tarafından zaten kurulmuştur. Tüm optik halkada, bant genişlikleri (ls) koruma amacıyla ayrılabilir. Optik Add Drop Multiplexers (OADM) işlevsel olarak SDH / SONET Add Drop Multiplexers (ADM) ile benzerdir. Çok dalgaboylu bir ışık sinyalinden seçilen bir grup dalga boyu (ls) eklenebilir veya buradan çıkarılabilir. OADM, maliyetli OEO (optikten elektriğe ve geri dönüşümü) ortadan kaldırır.

Yukarıda açıklandığı gibi iki boyutlu bir Optik anahtar matrisi, bu tür bir OADM'yi imal etmek için çok az esneklik sunar. Öte yandan, yeniden yapılandırılabilir Add Drop Multiplexers (R-OADM) tam esneklik sağlar. Geçiş kanallarından herhangi birine erişilebilir, çıkarılabilir veya yeni kanallar eklenebilir. Engellemeyi önlemek için belirli bir kanalın dalga boyu değiştirilebilir. Bu tür optik anahtarlar veya OADM, 2D veya N2 anahtarları olarak bilinir çünkü gerekli anahtarlama elemanlarının sayısı bağlantı noktası sayısının karesine eşittir ve ışık yalnızca iki boyutlu bir düzlemde kalır.

Sekiz bağlantı noktalı OADM, bir MEMS cihazında kontrolleri olan 64 ayrı mikro ayna gerektirir. Telefon santrallerinde kullanılan 'çapraz çubuk' anahtarlarına oldukça benzer.

Bu tür optik anahtarlar, sıkı mekanik ve optik testlerden geçmiştir. Ortalama ekleme kaybı, 1 milyon döngüde ± 0,25 db'lik mükemmel tekrarlanabilirlik ile 1,4 db'den azdır. 32 × 32'den (1024 anahtarlama aynası) daha büyük konfigürasyona sahip 2D / N2 tipi OADM, pratik olarak yönetilemez ve ekonomik değildir. Daha büyük konfigürasyonlar oluşturmak için birden çok küçük anahtar yapısı katmanı kullanılır.

Optik Çapraz Bağlantı

2D tipi optik anahtarın sınırlaması, Bell Labs tarafından henüz yenilikçi bir optik anahtarlama teknolojisi ile aşılmıştır. Halk arasında şu adla bilinir:‘Free Space 3-D MEMS’ veya ‘Light Beam Steering’. Optik anahtar olarak bir dizi çift eksenli mikro ayna kullanır. Mikro ayna, bir dizi burulma yayı aracılığıyla bir dizi çapraz bağlı yalpa çemberi halkasının eksenlerinden birine monte edilir. Bu düzenleme, aynanın istenen herhangi bir açıda iki dikey eksen boyunca hareket etmesini sağlar. Ayna, aynanın altındaki dört kadrana uygulanan elektrostatik kuvvetle çalıştırılır. Tam mikro ayna birimi, 128 veya 256 mikro aynadan oluşan bir 'anahtar yapısı' oluşturmak için MEMS teknolojisi kullanılarak çoğaltılır.

Bir dizi koşutlanmış girdi lifleri, paralel çıktı liflerine hizalanmış ikinci ayna kümesine X ve Y eksenindeki aynayı eğerek ışığı yeniden yönlendirebilen bir dizi aynaya hizalanır. Giriş ve çıkış fiberlerinin üzerine bir ayna seti tam olarak hedeflenerek, istenen bir ışık bağlantısı yapılabilir. Bu işleme 'ışık huzmesi yönlendirme' denir.

3D MEMS anahtarının geçiş süresi 10 ms'den azdır ve mikro aynalar son derece kararlıdır. Bu teknolojiye dayalı optik çapraz bağlantılar, OEO tipi çapraz bağlantılara göre çeşitli benzersiz avantajlar sunar. OXC, yüksek kapasiteli, ölçeklenebilir, gerçek veri bit hızı ve veri formatından bağımsızdır. Optik kanalları, maliyetli OEO dönüşümü olmadan akıllıca yönlendirir. Düşük ayak izi ve güç tüketimi, tamamen optik anahtarlama teknolojisinin ek avantajlarıdır.