Schematisch diagram van de voorgestelde MEMS -roostermodulator. Credit: Microsystems & nanoengineering (2025). Doi: 10.1038/s41378-025-00894-7
Optische modulatoren van het micro-elektromechanisch systeem (MEMS) zijn cruciaal in technologieën van de volgende generatie zoals optische communicatie in de vrije ruimte en LIDAR, maar bestaande ontwerpen worstelen met het balanceren van diafragma, efficiëntie en snelheid.
Traditionele op micromirror gebaseerde modulatoren werken vaak bij lage frequenties, terwijl roostermodulatoren worden geconfronteerd met buigvervormingen en suboptimale optische efficiëntie. Grote openingen die nodig zijn voor krachtige systemen zijn gehinderd door mechanische beperkingen.
Op basis van deze uitdagingen is er een dringende behoefte aan schaalbare, zeer efficiënte modulatoren om de evolutie van optische communicatiesystemen te ondersteunen.
In een artikel gepubliceerd in Microsystems & nanoengineeringonderzoekers van de Noordwestelijke Polytechnical University introduceerden de innovatieve MEMS -roostermodulator met een instelbaar sinusoïdaal rooster. Dit apparaat bereikt een groot diafragma van 30 x 30 mm, een opmerkelijke optische efficiëntie van 90% en ultrasnelle responstijd die nadert tot 1,1 µs.
Het apparaat is ontworpen om hoge snelheidsmodulatie over een breed golflengtebereik (635-1.700 nm) te ondersteunen, en biedt veelbelovende oplossingen voor uitdagingen in hoge snelheid, energiezuinige optische systemen.
De belangrijkste innovatie van de modulator ligt in de door de brede beperkte continue linten, die buigvervormingen voorkomen en schaalbare openingsuitbreiding mogelijk maken zonder de resonantiefrequentie van ongeveer 460,0 kHz in gevaar te brengen. Het sinusvormige roosterontwerp maximaliseert de vulfactor (96,6%) en diffractie -efficiëntie, het bereiken van een uitstervenverhouding van 20 dB en 98% modulatiecontrast @100 kHz.
Door gat arrays op het roosteroppervlak optimaliseren luchtdemping, wat resulteert in een kritisch gedempte reactie zonder resterende oscillaties. Experimentele resultaten toonden volledige modulatie met een contrastverhouding boven 95% @ 250 kHz, effectieve prestaties over het zichtbare en bijna-infraroodspectrum (± 30 ° gezichtsveld) en betrouwbare fabricage met behulp van een SOI-proces van twee maskers.
Deze innovaties overwinnen traditionele afwegingen tussen diafragmale grootte, efficiëntie en snelheid, waardoor een nieuwe benchmark wordt ingesteld voor MEMS-optische modulatoren.
Dr. Yongqian Li, bijbehorende auteur van de studie, benadrukte het potentieel van het apparaat: “Door schaalbaar diafragma-ontwerp te combineren met een ongeëvenaarde optische efficiëntie, opent deze modulator nieuwe mogelijkheden voor hoog-krachtige, snelle toepassingen, van LIDAR tot communicatienetwerken van de volgende generatie.
De grote diafragma en de hoge efficiëntie van de modulator maken het ideaal voor optische communicatie in de vrije ruimte, waardoor de integriteit over lange afstand zorgt voor langeafstand. De snelle responstijd is goed geschikt voor LIDAR- en adaptieve optische toepassingen, terwijl polarisatie-onafhankelijkheid veelzijdigheid toevoegt.
Toekomstige versies kunnen het vormgeven van multichannel bundel of integratie met kwantumcommunicatiesystemen mogelijk maken. Deze innovatie versnelt de ontwikkeling van energie-efficiënte, hoge bandbreedte netwerken, met brede toepassingen in ruimtevaart en telecommunicatie.
Meer informatie:
Datai Hui et al, een MEMS-roostermodulator met een instelbaar sinusoïdaal rooster voor grootschalige uitbreidbare openingen, Microsystems & nanoengineering (2025). Doi: 10.1038/s41378-025-00894-7
Dagboekinformatie:
Microsystems en nanoengineering
Verstrekt door de Chinese Academie van Wetenschappen
