Nghiên cứu, phát triển bộ chuyển mạch quang học

NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI STT Họ tên Đơn vị công tác Nội dung nghiên cứu lĩnh vực chuyên môn cụ thể giao Nguyễn Thị Thanh Vi Trường Đại học Sư Chủ nhiệm đề tài phạm Kỹ thuật, Khoa Cơ khí, Bộ mơn Cơ kỹ thuật MỤC LỤ Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Thanh Vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CHUYỂN MẠCH QUANG MEMS 1.1 Giới thiệu công nghệ MEMS (vi điện tử) .9 1.1.1 Khái niệm: 1.1.2 Lợi ích từ MEMS 11 1.2 Giới thiệu chuyển mạch quang 14 1.2.1 Khái niệm chuyển mạch quang 14 1.2.2 Chuyển mạch kênh quang 14 1.2.3 Chuyển mạch chùm quang 15 1.2.4 Chuyển mạch gói quang 16 1.3 Kiến trúc chuyển mạch quang MEMS .16 1.3.1 Giới thiệu MEMS 17 1.3.2 Phân loại 18 1.4 Giới thiệu chuyển mạch quang MEMS với hai vị trí .23 CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA HỆ THỐNG 25 2.1 Giới thiệu cách thiết lập sơ đồ thành phần hệ thống 26 2.1.1 Sợi quang học (optical fiber) .26 2.1.2 Cáp quang 27 2.1.3 Bộ truyền động hay cấu dịch chuyển bốn vị trí 27 2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống 28 Chương 3: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM CREO 3.0 31 3.1 Giới thiệu phần mềm CREO 3.0 31 3.2 Ứng dụng phần mềm CREO 3.0 33 3.3 Thiết kế, mô chuyển mạch quang học 33 3.3.1 Dựng hình sơ đồ chuyển mạch quang học 33 3.3.2 Lắp ráp sơ đồ hoàn chỉnh 37 Chương 4: MƠ HÌNH HĨA ĐƯỜNG DẪN QUANG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB 40 4.1 Giới thiệu phần mềm MATLAB 41 4.1.1 Giao diện phần mềm 41 Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Thanh Vi 4.1.2 Một số thao tác MATLAB 44 4.1.3 Dữ liệu .44 4.2 Ứng dụng phần mềm MATLAB 45 4.3 Mơ hình hóa đường dẫn quang 45 4.3.1 Ứng dụng cho phần tử truyền động 45 4.3.2 Ứng dụng cho mạng lưới 2x2 phần tử truyền động 48 4.3.3 Ứng dụng cho mạng lưới 5x5 phần tử truyền động 48 4.4 Vẽ hình đường truyền dẫn quang .49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC 52 Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Thanh Vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ST Hình vẽ Nội dung Trang T Hình 1.1 Cơ chế điều khiển hệ thống MEMS 19 Hình 1.2 Chuyển mạch quang MEMS chiều 20 Hình 1.3 Chuyển mạch quang MEMS hai chiều 20 Hình 1.4 Chyển động gương ma trận vi gương 16x16 21 = 256 vi gương Hình 1.5 Bộ chuyển mạch quang học 22 Hình 1.6 Chuyển mạch quang MEMS ba chiều 23 Hình 1.7 Bộ chuyển mạch quang hai vị trí Reyne 24 Hình 1.8 Bộ chuyển mạch quang hai vị trí 25 Hoffman Hình 1.9 Bộ chuyển mạch quang hai vị trí Yang 26 10 Hình 1.10 Bộ chuyển mạch quang hai vị trí Lin 26 11 Hình 2.1 Sợi quang học 27 12 Hình 2.2 Truyền dẫn sợi quang học 27 13 Hình 2.3 Sơ đồ cấu bốn vị trí (mơ hình 1) 29 14 Hình 2.4 Sơ đồ cấu bốn vị trí (mơ hình 2) 29 15 Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống với truyền động vị trí đơn lẻ 30 16 Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống với truyền động vị trí đơn lẽ 31 (hình chiếu) 17 Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống với mạng lưới 3x3 truyền động 31 bốn vị trí 18 Hình 3.1 Giao diện CREO3.0 33 19 Hình 3.2 Bàn đặt 34 20 Hình 3.3 NC vĩnh cửu cố định 34 21 Hình 3.4 NC vĩnh cửu di động 34 22 Hình 3.5 Tấm kính 35 23 Hình 3.6 Tấm bo mạch 35 24 Hình 3.7 Tấm chắn 35 25 Hình 3.8 Khung hộp 36 26 Hình 3.9 Vi gương 36 27 Hình 3.10 Ống chuẩn trực đầu vào 36 28 Hình 3.11 Ống chuẩn trực đầu 36 29 Hình 3.12 Hộp thoại lắp ráp 37 30 Hình 3.13 Cơ cấu bốn vị trí đơn lẻ (mơ hình 1) 38 31 Hình 3.14 Cơ cấu bốn vị trí mạng lưới 3x3 39 32 Hình 3.15 Bộ chuyển mạch quang học hoàn chỉnh 40 Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Thanh Vi 33 Hình 4.1 MATLAB desktop 42 34 Hình 4.2 MATLAB preference dialog 43 35 Hình 4.3 M-file editor 43 36 Hình 4.4 Mơ hình hóa đường dẫn quang Matlab 50 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự - Hạnh phúc Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Thanh Vi THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN BỘ CHUYỂN MẠCH QUANG HỌC - Mã số: T2017-06-49 - Chủ nhiệm: ThS Nguyễn Thị Thanh Vi - Thành viên tham gia: - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: 12 tháng Mục tiêu - Nghiên cứu lý thuyết chuyển mạch quang MEMS - Nghiên cứu sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống chuyển mạch quang; - Mơ hình hóa đường dẫn quang để thiết lập hệ thống Tính sáng tạo Đã nghiên cứu bước đầu sở tính tốn lý thuyết để tiến tới xây dựng nên chuyển mạch quang học bốn vị trí Tóm tắt kết nghiên cứu Đã hồn thành việc nghiên cứu lý thuyết chuyển mạch quang MEMS, xây dựng nguyên lý hoạt động hệ thống, thiết lập mơ hình hóa đường dẫn quang Tên sản phẩm  Báo cáo tổng kết đề tài  Lý thuyết chuyển mạch quang  Sơ đồ hệ thống  File phần mềm CREO 3.0  File phần mềm MATLAB Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng Các kết ứng dụng giảng dạy nghiên cứu Đại học Sư phạm kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng phát triển cho công nghệ chuyển mạch quang Ứng dụng mạng truyền thông thông tin Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Thanh Vi Hình ảnh, sơ đồ minh họa Đà Nẵng, ngày tháng năm 201 Chủ nhiệm đề tài Hội đồng KH&ĐT đơn vị (ký, họ tên) (ký, họ tên) XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Thanh Vi INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: RESEARCH AND DEVELOPMENT OF OPTICAL SWITCHES Code number: T2017-06-49 Coordinator: ThS Nguyễn Thị Thanh Vi Implementing institution: Da Nang University of Technology and Education – University of Da Nang Duration: from 01/2017 to 12/2017 Objective(s): - Research on the theory of MEMS optical switches; - Research operating principle diagram of the optical switching system; - Modeling the optical path to set up the system Creativeness and innovativeness: Theoretical foundations have been studied initially to advance the construction of a four-position optical switch Research results: Completed theoretical studies on MEMS optical switching, developed the operational principle of the system, as well as established optical path modeling Products: • Final report • Optical switching theory • System diagram • CREO software file • MATLAB software file Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: The results will be applied in teaching and research at the University of Technical and Education, University of Da Nang and developed for optical switching technology Application in communication and information networks Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Thanh Vi MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nước Ngồi nước: Trên giới nghiên cứu chuyển mạch quang MEMS có trọng, có vài cơng trình nghiên cứu công bố Tuy nhiên nghiên cứu chủ yếu xây dựng vi truyền động chuyển mạch quang MEMS với chuyển dịch hai vị trí tương ứng với vi gương hai trạng thái Martin Hoffmann and Edgar Voges, “Bulk silicon micromachining for MEMS in optical communication systems”, Journal of Micromechanic and microengineering, 2002, 349-360 Trong nước: Ở nước ta, MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems – Hệ thống vi điện cơ) linh kiện nhỏ nhóm thiết bị nhỏ tích hợp hai thành phần khí điện tử Nó có nhiều ứng dụng thiết bị phục vụ sống hàng ngày đóng vai trị quan trọng ngành công nghiệp điện thoại di động, ô tô, hàng không vũ trụ, gần ứng dụng cảm biến đo áp suất MEMS lĩnh vực sinh học y tế Tuy nhiên ứng dụng kỹ thuật MEMS lĩnh vực thơng tin quang nói chung chuyển mạch quang nói riêng chưa có nhiều nghiên cứu Chử Đức Trình, Nguyễn Phú Thùy, Vũ Ngọc Hùng, “Ứng dụng cảm biến áp suất MEMS thiết bị điện tử y tế”, Mã số: 23056 Loại: Báo cáo, giải pháp, tham luận khoa học Tính cấp thiết đề tài Chuyển mạch quang OXC (Optical Cross-Connects) sử dụng chủ yếu chuyển mạch lõi điện chuyển đổi quang - điện, điện - quang giao diện vào trường chuyển mạch Khi số lượng cổng tốc độ tăng lên gây nhiều khó khăn yêu cầu gia tăng số lượng mạch điện tử điều khiển Vì chuyển mạch quang MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems - hệ thống vi điện cơ) Công nghệ chuyển mạch quang MEMS cho phép thực chuyển mạch độc lập với bước sóng với số lượng cổng vào/ra đạt lớn hơn, kích thước nhỏ, nhẹ, thời gian chuyển mạch nhanh Đề tài ứng dụng công nghệ MEMS để xây dựng nguyên lý cho thiết bị chuyển mạch quang với vị trí rời rạc tương ứng với vi gương trạng thái Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết chuyển mạch quang MEMS; - Nghiên cứu sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống chuyển mạch quang; - Mơ hình hóa đường dẫn quang để thiết lập hệ thống Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Thanh Vi Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 4.1 Cách tiếp cận - Nghiên cứu chuyển mạch quang MEMS; - Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CREO 3.0 MATLAB; 4.2 Phương pháp nghiên cứu - Kết hợp nghiên cứu lý thuyết thực tiễn - Nghiên cứu tài liệu Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 5.1 Đối tượng nghiên cứu - Công nghệ chuyển mạch quang MEMS - Phần mềm CREO 3.0 MATLAB 5.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng chuyển mạch quang học thông tin truyền thông Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu (trình bày dạng đề cương nghiên cứu chi tiết) Chương 1: Giới thiệu chuyển mạch quang MEMS Chương 2: Xác định nguyên lý chung hệ thống Chương 3: Thiết kế, mô hệ thống phần mềm CREO 3.0 Chương 4: Mơ hình hóa đường dẫn quang phần mềm MATLAB Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Thanh Vi 10