柔性悬臂电磁驱动光开关的仿真与制作

设计并制作了一种用于波长信道选择系统的新型柔性悬臂梁电磁驱动光开关,该光开关采用微光机电系统技术制作,由带有平面螺旋形线圈的聚酰亚胺悬臂梁、圆柱形永磁体、基座以及双面反射棱镜组成.通过改变线圈中激励电流的方向来控制开关动作.运用有限元的方法,模拟分析了线圈与永磁体之间电磁力的分布以及悬臂梁回复力、电磁力与挠度的关系.对该光开关的驱动性能进行了测试,实验结果表明：加载较小的工作电流（0.15A）,悬臂梁便可以产生较大的挠度（0.925mm）,满足波长信道选择系统光路偏转的要求.     

光纤光栅称重传感器研究

提出一种基于光纤光栅传感技术的称重系统.用特种粘贴剂将布喇格光纤光栅(FBG)粘贴于悬臂梁的自由端,当悬臂梁自由端受力发生微挠度弯曲时,光纤光栅将沿轴向发生形变,通过监测布喇格光纤光栅传感器反射波长漂移测量悬臂梁的微挠度变化.通过分析悬臂梁结构,建立悬臂梁受力与挠度的数学关系,进而测量出加载在悬臂梁自由端应力的数值.通过对系统结构理论分析和实验验证,该装置称重测量范围达到50千克力,测量灵敏度达到0.05千克力,线性拟合度达到0.9997.     

柔性悬臂电磁驱动光开关的仿真与制作

设计并制作了一种用于波长信道选择系统的新型柔性悬臂梁电磁驱动光开关,该光开关采用微光机电系统技术制作,由带有平面螺旋形线圈的聚酰亚胺悬臂梁、圆柱形永磁体、基座以及双面反射棱镜组成.通过改变线圈中激励电流的方向来控制开关动作.运用有限元的方法,模拟分析了线圈与永磁体之间电磁力的分布以及悬臂梁回复力、电磁力与挠度的关系.对该光开关的驱动性能进行了测试,实验结果表明：加载较小的工作电流（0.15A）,悬臂梁便可以产生较大的挠度（0.925mm）,满足波长信道选择系统光路偏转的要求. 关键词： 微光机电系统 光开关 柔性悬臂梁 电磁驱动     

基于涡激振动的压电能量收集特性数值研究

本文设计了一种基于涡激振动的流体动能收集装置。该器件主要包括钝体和PVDF(Polyvinylidene Fluoride)压电悬臂梁,涡街的交替脱落引起梁发生振动,通过压电效应将振动能量转为电能.基于流固耦合计算对该结构压电能量收集特性,以及压电悬臂梁的升阻力系数、振幅和频率等特性进行了数值分析,并着重研究圆柱型钝体与PVDF压电悬臂梁的位置对装置发电效率的影响。结果表明,圆柱与悬臂梁直接相连(即L=0.5D)会得到较高电压输出,在雷诺数Re=6000时,振幅峰值为A=0.97D,输出电压峰值达到0.923V。     

宽调谐范围垂直腔面发射激光器特性分析及设计

运用光学传输矩阵和有限元方法对波长可调谐垂直腔面发射激光器(VCSELs)的波长调谐范围进行了研究.对中心波长为980nm的可调谐VCSELs的波长调谐特性和微电子机械系统(MEMS)悬臂梁结构进行了设计，并进行了实验研究.结果表明，MEMS可调谐VCSELs调谐特性同时受到光波谐振腔结构和悬臂梁最大位移的共同影响.在悬臂梁几何尺寸和激光器有源区结构一定的条件下，通过优化可调谐VCSELs的牺牲层厚度可实现大范围波长调谐.同时，对可调谐VCSELs整体结构进行了设计，计算结果显示波长调谐范围达到30nm以 关键词： 悬臂梁 可调谐垂直腔面发射激光器     

微电磁继电器磁场和力学性质模拟研究

运用有限元分析ANSYS和Mathematica软件对平面线圈的电磁场分布、悬臂梁与固定电极之间的电磁力、悬臂梁应力分布和受力形变等进行了理论分析和仿真模拟,为线圈结构、悬臂梁位置、悬臂梁与线圈距离的设计提供理论依据.     

直流法测试薄膜热导的数值模拟研究

薄膜的热导率是薄膜热学性能的最重要参数之一, 相对于多数文献的二维或三维测试结构, 本文采用一维双端支撑悬臂梁结构研究了薄膜热导率的测试方法. 悬臂梁包含上层的兼做加热电阻及测温电阻的金属条和下层的待测试薄膜. 利用一维热传导方程推导并获得了在直流电流加热条件下, 悬臂梁的温升分布(Δ T)及加热电阻两端电压增量(Δ U) 表达式与薄膜热导率之间的关系. 采用ANSYS有限元软件仿真了不同仿真参数时的Δ T及Δ U, 仿真结果与温升表达式计算结果符合得很好. 与常用的3倍频率法(3ω) 薄膜热学性能测试方法相比, 一维悬臂梁直流法测试结构及手段较为简单且可以获得更为精确的结果.     

光纤光栅在等强度悬臂梁均匀应变区的转换与有限元分析

等强度悬臂梁作为力学传感器的关键转换元件,不同尺寸和材料的悬臂梁,其自由端的挠度和作用力的量程及光纤光栅的最大微应变也不同。采用光学测量中的基本元件光纤光栅及等强度悬臂梁为模型基础,设计模型平面节点坐标有六个,平面节点坐标可以改变等强度悬臂梁的尺寸,模型厚度依次设置为0.005m、0.010m、0.015m、0.020m、0.030m。对初始尺寸,厚度为0.005m,材料选择为碳素钢的悬臂梁的仿真,结果表明,光纤光栅工作在均匀应变区时,其自由端挠度的量程为0~2.767×10-2 m,作用力的量程为0~437N,光纤光栅的最大微应变为171με。     

微米尺度结构最大抗扭强度的在线测试和研究

提出了一种新型的测试结构，对面积为微米量级下键合的最大抗扭强度进行了测试.实验设计一系列的单晶硅悬臂梁结构测试键合面积在微米量级时的最大剪切力，键合面为常用的矩形其边长从6μm到120μm，并根据实际移动距离计算得出的最大剪切力.并实验实际得出最大剪切扭矩和相应的键合面积的曲线，以及最大扭转剪切破坏应力与悬臂梁加载距离的关系，并针对60μm×60μm的矩形键合结构进行了加载和位移的重复性实验测量，两次测量结果符合较好.微电子机械系统(microelectromechanical system, MEMS)器件的设计人员可以根据结论曲线，针对所需的抗扭强度设计相应的键合面积，为MEMS器件工艺的在线定量测试与设计提供参考. 关键词： 阳极键合 硅深刻蚀 键合强度 最大抗扭强度     

用于光纤光栅线性调谐的悬臂梁结构优化

本文对用于光纤光栅(FBG)布喇格波长连续线性调谐的悬臂梁进行了深入地分析,并给出调谐公式.通过分析相同尺寸、不同截面形状的悬臂梁调谐的程度,对梁的结构进行了优化指出“凸”字形截面的悬臂比较适合于FBG线性调谐,优化后10cm长度的该梁0.01N的力作用时可以提供0.28nm甚至以上的波长调谐量.引入修正因子η=0.65,实验结果与理论值较好地吻合。     

等离子体微带开关特性

 提出一种基于微放电等离子体的微带开关。它是以“时变等离子体”取代微带线射频微机电开关的“金属悬臂”,利用等离子体的导体或介质特性使电磁波沿其表面进行传输或截止,从而实现微带线上电磁波传输的动态控制。等离子体微带开关的基本结构包括用以隔断电磁波的微带间隙和产生片状等离子体的放电装置。放电产生时,电磁波因等离子体导体性通过开关,形成“开”状态;放电停止后,电磁波被微带间隙反射,形成“关”状态。利用CST软件仿真研究了等离子体开关特性,结果表明：这种开关的带宽由等离子体密度决定,隔离度由间隙决定,而工作插损与等离子体密度和电子碰撞频率有关。等离子体位形（宽度、厚度等）对于开关性能也非常重要。     

Design of a spectrum-expanded polymer Mach�CZehnder interferometer electro-optic switch using two-phase generating couplers

A novel structure, thorough analysis and design technique are presented for a kind of polymer Mach?CZehnder Interferometer (MZI) electro-optic (EO) switch consisting of two-phase generating couplers (PGCs). By optimizing the PGCs structure, the output spectrum of the two PGCs based MZI EO switch is greatly expanded to almost six times of that of the traditional MZI EO switch with two 3?dB directional couplers. Under a central wavelength of 1550 nm, the driving voltages of the designed switch are as low as about 0 (ON state) and ±0.925?V (OFF state) with an EO region length of 5000???m. A wide spectrum more than 350 nm (1380??1730?nm) is achieved, and within this wavelength range, the crosstalk is less than ?30?dB, and the insertion loss is less than 5.91?dB which is larger than that of the traditional MZI EO switch due to the longer waveguide length by introducing two PGCs. The design technique on the two PGCs based MZI EO switch is supported to be reasonable compared with the beam propagation method (BPM). The proposed structure shows potential wide applications especially in optical cross-connect (OXC) and optical add-drop multiplexing (OADM) systems.     

High-temperature all-optical intersubband quantum well Terahertz switch

In this article an asymmetric intersubband quantum well structure as a high temperature terahertz (THz) optical switch is proposed. In our proposed structure the incoming low power energy photon (THz control signal) causes an optical switching. In this structure we introduce an optical terahertz switch based on coherent population trapping (CPT) phenomena. In the presence of electromagnetic THz field, quantum interference between the terahertz control field and short-wavelength probe field under appropriate condition, the medium becomes transparent (zero absorption) for the probe field. So the absorption and refraction characteristic of optical probe field can be modified with THz radiation. Therefore this idea is suitable for all – optical terahertz switching.     

改进型非对称Y分叉内全反射光开关特性分析

提出一种改进型非对称Y分叉内全反射光开关,较详细地分析了结构参量对光开关消光比和损耗的影响,优化设计后开关的消光比可大幅度提高,并给出了一种优化设计的方案.     

与偏振无关的双向3×3光开关结构设计

利用传统成熟的偏振控制技术,设计了一种由偏振光分束器、相位型空间光调制器、反射镜和四分之一波片构成的3×3光开关。该光开关具有结构紧凑规整、功能的实现与信号光的偏振态无关以及可以完成双向交换等特点。根据其路由控制表对该3×3光开关交换模块功能的实现进行了分析,结果表明,通过对各相位型空间光调制器状态的调整,控制通过其信号光的偏振态,完成信号光的路由,该交换模块可以完成输入信号光的全排列无阻塞输出与交换。同时,该交换模块具有一定的扩容和重构能力,对于构建大规模的交换矩阵具有一定的作用。     

与偏振无关双向2×2和4×4自由空间光开关

利用成熟的偏振控制技术，设计了一种由偏振光分束器、相位型空间光调制器和反射镜构成的2×2光开关，该光开关所用器件少，具有结构简单紧凑、控制灵活方便、功能实现与信号光的偏振态无关以及可以双向交换等特点；在此基础上通过2×2光开关的串连，设计了一种与偏振无关的双向4×4光开关的实验模块，根据其路由选择与控制方法，得到了4×4光开关实现信号光全排列无阻塞输出与交换对应的路由状态表，并对该实验模块的功能实现进行了详细的分析与讨论。     

纳秒量级开关时间的全光纤磁光开关

采用磁光晶体薄膜、半波片、偏振分束器、偏振合束器和高速法拉第转子等元器件研制了一种具有新型光路的1×2全光纤磁光开关,以用于全光网络通信. 采用雪崩晶体管设计和制作了多种纳秒脉冲发生器,用于驱动法拉第转子中的微型螺线管. 对螺线管的尺寸和结构布局进行了优化设计,并分析螺线管的磁场强度和自感系数等性能参量,以提高磁光开关的开关速度. 磁光开关的性能测试结果表明,纳秒脉冲上升时间为2～5 ns、脉冲宽度为6～12 ns、脉冲幅值为30～150 V. 磁光开关的插入损耗为1.55 dB,串扰为23.69 dB,消光比为-23.69 dB,开关时间为100～400 ns. 该全光纤磁光开关的开关时间已达到纳秒量级.     

基于表面等离激元的偏振态控制光开关

利用四个Au纳米棒组成的类矩形纳米棒四聚体结构设计了一种基于偏振态控制的光开关,并采用有限元法研究了该结构对入射光偏振态的响应特性.研究发现,该结构的透射光谱对入射光的偏振方向具有很强的依赖性,当入射光的偏振角度变化π/2时,其特征峰的开关比分别能达到27.81dB和21.65dB.分析表明,该结构的开关效应主要由不同偏振态下所导致的水平双纳米棒和竖直双纳米棒之间的近场耦合强度不同而实现,该结构透射系数与偏振角度的关系服从Malus law.此外,通过改变类矩形纳米棒阵列结构参数,研究了结构参数对其光开关响应特性的影响.在此基础上,通过改变阵列的周期参数,研究了入射光水平偏振和垂直偏振下周期参数对单元结构透射光谱的影响.该研究结果能够为可调谐双波长偏振光开关的设计提供理论依据.     

Design and Optimization of the Electromagnetic Actuator in Active-Passive Hybrid Vibration Isolator

The design and optimization of actuators are difficult and critical for the active-passive hybrid vibration control system. In this paper, an electromagnetic actuator model is established based on Ohm’s Law for magnetic circuit considering the leakage flux. The 600N electromagnetic actuators are designed and optimized based on ANSYS simulation according to the engineering request. Its transient characteristics are studied. The effects of different structural parameters on its output force are analyzed. The experimental results show that the structure parameters and output force characteristics of the designed electromagnetic actuators satisfy the practical requirement.