楊艷鋒 向霖 吳廣祥

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所 廣西壯族自治區(qū)桂林市 541004）

1 引言

MEMS 光開(kāi)關(guān)具有體積小、重量輕、功耗低以及性能指標(biāo)好等諸多優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于對(duì)體積、重量、功耗要求嚴(yán)苛的航空、航天領(lǐng)域。但航空、航天領(lǐng)域?qū)ζ骷目箾_擊振動(dòng)能力要求苛刻，與其他類型的光開(kāi)關(guān)相比，MEMS 光開(kāi)關(guān)具有體積小、重量輕、功耗低以及性能指標(biāo)好等諸多優(yōu)點(diǎn)。

2 MEMS光開(kāi)關(guān)工作原理

1×N MEMS 光開(kāi)關(guān)內(nèi)部主要由光纖準(zhǔn)直器陣列、微鏡片、TO封裝及外殼組成，經(jīng)TO 封裝后的微鏡片和光纖準(zhǔn)直陣列通過(guò)外殼封裝成一體，組成一個(gè)完整的1×16 MEMS 光開(kāi)關(guān)，具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖1 所示。

開(kāi)關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)最脆弱的部分是扭臂梁，下面重點(diǎn)對(duì)扭臂梁的抗沖擊振動(dòng)能力進(jìn)行分析。

3 仿真分析

我們采用ANSYS 專業(yè)軟件對(duì)MEMS 光開(kāi)關(guān)扭臂梁的抗沖擊振動(dòng)能力進(jìn)行仿真分析，首先建立力學(xué)分析模型，如圖2 所示。

隨后對(duì)力學(xué)分析模型進(jìn)行沖擊仿真計(jì)算，得出的沖擊仿真模型圖和沖擊仿真結(jié)果圖如圖3、圖4 所示。

對(duì)在經(jīng)受不同加速度條件下，MEMS 光開(kāi)關(guān)受到?jīng)_擊的情況進(jìn)行仿真分析，計(jì)算得出扭臂梁形變表和扭臂梁承受的壓強(qiáng)值表如表1 和表2 所示。

扭臂梁的材質(zhì)為單晶硅，在約7G MPa 的壓強(qiáng)下會(huì)發(fā)生斷裂損壞，故扭臂梁可以承受千G 量級(jí)的機(jī)械沖擊。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了實(shí)際驗(yàn)證MEMS 光開(kāi)關(guān)的抗沖擊能力，對(duì)1×16 MEMS 光開(kāi)關(guān)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有對(duì)光開(kāi)關(guān)采取任何減震保護(hù)措施，如圖5 所示。

實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)光開(kāi)關(guān)最重要的指標(biāo)：插入損耗進(jìn)行考察，結(jié)果數(shù)據(jù)如圖6 所示。

從結(jié)果數(shù)據(jù)中可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)沖擊及振動(dòng)試驗(yàn)后，MEMS 光開(kāi)關(guān)的變化很小，落入測(cè)量誤差范圍之內(nèi)，可知其性能指標(biāo)并未發(fā)生劣化。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，MEMS 光開(kāi)關(guān)能夠承受上千G 的沖擊，與仿真分析的結(jié)果相一致。

表1：力學(xué)沖擊仿真扭臂梁形變表

表2：力學(xué)沖擊仿真扭臂梁承受的壓強(qiáng)值表

圖1：1×16 MEMS 光開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖

圖2：力學(xué)分析模型圖

圖3：沖擊仿真模型圖

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)仿真分析以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，MEMS 光開(kāi)關(guān)能夠承受千G 量級(jí)的機(jī)械沖擊而不發(fā)生損壞或性能劣化，可以應(yīng)用于沖擊振動(dòng)要求嚴(yán)苛的航空航天環(huán)境中。

圖4：沖擊仿真結(jié)果圖

圖5：試驗(yàn)驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)圖

圖6：MEMS 光開(kāi)關(guān)沖擊、振動(dòng)實(shí)驗(yàn)前后插損對(duì)比圖