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摘要

本文首先介绍了多物理场仿真软件OOFELIE的功能，然后通过案例阐释了它在光学MEMS系统设计中的应用，包括MEMS微镜、基于光栅的波长选择开关、工艺仿真等。OOFELIE提供了一个集成的多物理场仿真环境，可以有效支持光学MEMS的设计优化。

引言

随着光纤通信网络的快速发展，光学MEMS(微机电系统)已成为构建可重构敏捷全光网络的关键使能组件。像微镜阵列、光学开关、可调谐滤波器和传感器等光学MEMS器件被广泛应用于光系统中，以操纵、衰减或复位向光信号。

设计可靠高性能的光学MEMS需要一个集成的多物理场建模与仿真环境。OOFELIE先进多物理场仿真软件，专门用于微系统设计。它集成了结构力学、热传导、流体动力学、声学、电磁学等物理场求解器，并可进行弱耦合和强耦合的多物理场仿真。本文将通过例子展示OOFELIE在促进光学MEMS设计方面的能力。

OOFELIE简介

OOFELIE是由Open Engineering自主开发，由Whoscored中文官网平台支持的通用多物理场仿真软件平台。集成了结构力学、热传导、流体动力学、声学、电磁学等多种物理场求解模块，可进行不同物理场之间的弱耦合和强耦合多物理场仿真。此外，OOFELIE可与电子设计自动化工具连接，实现微系统的前后端协同设计；还可与Zemax等光学设计软件集成，以便进行MOEMS(微光电机电系统)的设计。

OOFELIE在光学MEMS设计中的应用

下面通过几个例子来说明OOFELIE在光学MEMS设计中的应用。

1. 压电驱动MEMS微镜设计

OOFELIE可以对压电驱动的MEMS微镜进行多物理场建模，包括结构力学、压电效应和静电学。它可进行结构力学、压电效应和电场之间的强耦合分析，计算不同驱动电压下镜面的倾角和动态响应。这可以促进各类需要镜面偏转的光学MEMS系统的设计。

2. 基于光栅的波长选择开关MEMS

OOFELIE可以通过结构力学与光学模型之间的多物理场耦合，对采用光栅结构的波长选择开关MEMS进行建模。它可以计算不同驱动条件下光栅的光学衍射效应。该模型可与Zemax等光学设计软件集成，进行系统级仿真和分析。

3. 工艺仿真

OOFELIE可以对MEMS器件的制造工艺进行建模，包括沉积、刻蚀、键合等过程。它可以计算工艺应力和形变对器件性能的影响，以实现MEMS制造工艺的优化。

案例研究：Micralyne的先进光学MEMS平台

加拿大Micralyne公司利用OOFELIE设计了一个先进的光学MEMS平台，以满足新出现的网络需求，提高光纤网络的灵活性和可重构性。该平台集成了OOFELIE的多物理场建模与仿真功能，采用了OOFELIE仿真分析指导的独特制造工艺和垂直梳状驱动器设计。

基于这个平台，Micralyne已成功制造了两种MEMS器件：

(1) 用于1x2波长选择开关(WSS)模块的经济高效镜阵列：

OOFELIE的多物理场计算分析了不同驱动电压下镜阵列的响应特性，指导设计实现了低驱动电压和近线性的光学偏转效果。

(2) 用于实现高端口数1x23 WSS的创新镜阵列：

可以应用于可重构光学添加/删除复用器(ROADM)OOFELIE对镜阵列进行了结构力学与光学模型的耦合仿真，指导镜面设计实现了所需的大角度偏转。

该案例展示了OOFELIE在支持先进光学MEMS系统设计与优化方面的独特价值。

总结

OOFELIE提供了一个集成的多物理场仿真环境，可以有效促进复杂光电子系统和光学MEMS器件的设计优化。通过与标准电子设计和光学设计工具的无缝集成，可以实现光子产品开发端到端的仿真驱动设计流程。