革新的な MEMS グレーティング変調器が通信の光効率と拡張性を向上

中国科学院航空宇宙情報研究所、北京、中国

提案されたMEMS回折格子変調器の概略図。 (画像:マイクロシステムとナノエンジニアリング)

新しい微小電気機械システム (MEMS) 回折格子変調器が開発され、通信システムの光効率と拡張性が大幅に向上しました。調整可能な正弦波回折格子をブロードサイド拘束された連続リボンと統合することにより、30 × 30 mm という大規模な開口が達成され、最大 250 kHz の高速変調をサポートします。

このデバイスは 90% の光効率と 95% 以上の動的変調コントラストを達成しており、自由空間光通信やリモート センシングに最適です。このデバイスの分散特性により、分光計やハイパースペクトル イメージング システムなどの波長検知アプリケーションにおいて魅力的になります。このイノベーションは、開口サイズ、効率、変調速度における重大な課題に対処し、高速でエネルギー効率の高い通信ネットワークの強化を約束します。

MEMS光変調器は、自由空間光通信やLiDARなどの次世代技術において重要ですが、既存の設計では開口部のサイズ、効率、速度のバランスを取るのに苦労しています。従来のマイクロミラーベースの変調器は低周波数で動作することが多いのに対し、グレーティング変調器は曲げ変形や光学効率が最適ではないという問題に直面しています。

高出力システムに必要な大きな開口は、機械的な制約によって妨げられてきました。これらの課題に基づいて、光通信システムの進化をサポートするためのスケーラブルで高効率の変調器が緊急に必要とされています。

マイクロシステムとナノエンジニアリングに掲載 、ノースウェスタン工科大学の研究者は、調整可能な正弦波格子を備えた革新的な MEMS 格子変調器を導入しました。このデバイスは、30 × 30 mm の大口径、90% という驚異的な光学効率、および 1.1 μs に迫る超高速応答時間を実現します。このデバイスは、広い波長範囲 (635 ～ 1700 nm) にわたって高速変調をサポートするように設計されており、高速でエネルギー効率の高い光学システムの課題に対する有望なソリューションを提供します。

変調器の主要な革新は、ブロードサイドに拘束された連続リボンにあり、これにより曲げ変形が防止され、約 460.0 kHz の共振周波数を損なうことなくスケーラブルな開口拡張が可能になります。正弦波格子設計は曲線因子 (96.6 パーセント) と回折効率を最大化し、100kHz で 20 dB の消光比と 98 パーセントの変調コントラストを達成します。回折格子表面のスルーホール アレイは空気減衰を最適化し、残留振動のない臨界減衰応答を実現します。実験結果では、250 kHz で 95 パーセントを超えるコントラスト比による完全な変調、可視および近赤外スペクトル (±30° 視野) にわたる効果的な性能、および 2 マスク SOI プロセスを使用した信頼性の高い製造が実証されました。これらのイノベーションは、開口サイズ、効率、速度の間の従来のトレードオフを克服し、MEMS 光変調器の新しいベンチマークを設定します。

対応著者の Yongqian Li 博士は、このデバイスの可能性を強調し、「スケーラブルな開口設計と比類のない光学効率を組み合わせることで、この変調器は、LiDAR から次世代通信ネットワークに至るまで、高出力、高速アプリケーションの新たな可能性を切り開きます。マイクロミラーの排除により複雑さとコストが削減され、この技術は広く普及するために拡張可能になります。」

変調器の大口径と高効率により、自由空間光通信に最適となり、長距離信号の完全性が保証されます。その迅速な応答時間は、LiDAR および補償光学アプリケーションに最適であり、偏波独立性により多用途性が追加されます。将来のバージョンでは、マルチチャネルのビーム整形や量子通信システムとの統合が可能になる可能性があります。このイノベーションにより、エネルギー効率の高い高帯域幅ネットワークの開発が加速され、航空宇宙や電気通信における幅広い用途が実現します。

詳細については、Yuan Wang までお問い合わせください。このメール アドレスはスパムボットから保護されています。表示するには JavaScript を有効にする必要があります。