La aplicación de sistemas electromecánicos microópticos en el ámbito civil.
Los sistemas electromecánicos microópticos tienen buenas perspectivas de aplicación en comunicaciones ópticas, adquisición, visualización y procesamiento de imágenes digitales, periféricos de TI, protección ambiental, equipos biomédicos automatizados, mantenimiento industrial, etc. Los países extranjeros se encuentran en los campos mencionados anteriormente. Realicé investigación y desarrollo sobre una serie de tecnologías y productos de sistemas electromecánicos microópticos. Los componentes de conmutación son los componentes centrales de las redes ópticas y su rendimiento es la clave para determinar el rendimiento de la red. Los conmutadores ópticos basados en MOEMS, debido a que no tienen nada que ver con el formato, longitud de onda, protocolo, método de modulación, polarización y dirección de transmisión de las señales ópticas, y son superiores a otros tipos en términos de pérdida y escalabilidad, cumplen con los requisitos. del futuro desarrollo de redes ópticas. En línea con tendencias como la transparencia y la escalabilidad, se está convirtiendo en la corriente principal en los dispositivos de conmutación óptica centrales. La mayoría de las recientes innovaciones y avances realizados por MOEMS se reflejan en el campo de las comunicaciones ópticas, y las comunicaciones ópticas se han convertido en una de las principales áreas de aplicación de MOEMS.
En los últimos años, se están realizando esfuerzos para desarrollar un interruptor óptico MOEMS integrado, que utiliza tecnología de micromecanizado para crear una matriz de interruptores compuesta por una gran cantidad de microlentes móviles sobre una oblea de silicio. AT&T Laboratory desarrolló una matriz de conmutadores ópticos de 8 × 8 utilizando tecnología MOEMS. El tamaño de este interruptor óptico micromecánico es de aproximadamente 1 cm × 1 cm. Cada puerto de entrada corresponde a una microlente colimadora y cada puerto de salida corresponde a una microlente de enfoque. El componente principal del interruptor óptico es una microlente con 8 filas. y 8 columnas La matriz del espejo y el sistema de control correspondiente a cada microespejo están conectados mediante pines. El controlador de orugas gira el microespejo 90 grados, de modo que el haz de luz de la fibra de entrada se refleja en la fibra de salida deseada. La velocidad de conmutación de los interruptores ópticos es inferior al milisegundo. La pérdida de inserción de este interruptor óptico es relativamente grande, alcanzando un máximo de 19,9 decibelios. En la actualidad, los interruptores ópticos MOEMS aún se encuentran en etapa de investigación y no se han industrializado. Con el desarrollo de la tecnología de comunicación óptica y la expansión del ancho de banda de la red, los conmutadores ópticos MOEMS recibirán cada vez más atención y tendrán un importante valor de investigación y amplias perspectivas de aplicación.
Además de los conmutadores ópticos MOEMS, los dispositivos MOEMS utilizados actualmente en redes ópticas incluyen conmutadores ópticos, equipos de conexión cruzada óptica, multiplexores/demultiplexores por división de longitud de onda, filtros sintonizables, compensadores de dispersión, acopladores ópticos, etc. La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. (DARPA) concede gran importancia a la investigación MOEMS y ha puesto en marcha una serie de proyectos de investigación en torno a la tecnología MOEMS y sus aplicaciones, como sistemas de control de haz flexible (STAB), microredes ópticas, sistemas de muy gran escala. óptica integrada, procesamiento de longitud de onda de luz y planes de señales espaciales, planes de sistemas de alta definición, planes de desarrollo de tecnología MOEMS basados en sistemas de soldados, etc., estos son solo algunos de ellos.
■Sistema de control flexible de haz (STAB) El plan de STAB es desarrollar componentes de dirección de haz a nivel de chip. El objetivo es desarrollar una tecnología de control de haz láser pequeña y liviana para reemplazar los grandes sistemas de comunicación óptica y de contramedidas infrarrojas. , sistema de lentes controlado mecánicamente. Este plan se puede utilizar para resolver el problema del ángulo de dirección estrecho del rayo láser en el sistema de comunicación láser, que afecta la practicidad del sistema de comunicación láser. El objetivo general del plan es reducir el tamaño del sistema de control de haz flexible 30 veces y reducir el peso 60 veces.
■Microred óptica Este plan lleva a cabo principalmente demostraciones de redes de datos ópticas de alta velocidad asequibles, que en realidad se utilizan en aviones y buques de guerra. Se ha demostrado la integración de un láser de cavidad vertical encima de la electrónica del accionamiento y la microóptica necesaria para formar la conexión óptica. Luego, amplíe el bloque de comunicación óptica del conjunto de unidades inteligentes de 16×16 para demostrar la comunicación entre chips. En términos de pruebas de vuelo reales, se realizó una prueba de vuelo de una red óptica de 10 Mbps mediante un ejercicio con fuego real utilizando un avión AV-8B.
■El objetivo del Proyecto Óptico Integrado a Gran Escala es utilizar enlaces ópticos en lugar de enlaces electrónicos para la comunicación entre chips y entre placas para aumentar la velocidad de transmisión de datos entre placas de circuito. Es beneficioso alcanzar terabits por segundo. al procesamiento de datos de alta velocidad, como el radar de apertura sintética y el reconocimiento automático de objetivos, y puede reducir la potencia del volumen de estos sistemas entre 100 y 1.000 veces.
Según el plan, su conjunto de píxeles inteligentes se ampliará a 100×100 y demostrará el procesamiento de datos de radar de apertura sintética.
La investigación de DARPA cree que la aplicación de MOEMS en la defensa nacional incluye los siguientes siete aspectos: combinación de navegación inercial en guía de armas y chips de navegación personal; sistemas de sensores distribuidos desatendidos para seguimiento de armas, monitoreo ambiental y vigilancia de seguridad; Sistemas de flujo integrados para pequeños instrumentos analíticos, sistemas hidráulicos y neumáticos, controles de propulsión y combustión; Reemplazo de sistemas de ojivas actuales con mayor seguridad y confiabilidad de recuperación de seguridad de armas, seguro y espoleta. Incrustaciones mantenidas condicionalmente en vehículos y transportadores móviles. Sensores y actuadores de tipo para; mejora de la resistencia estructural bajo demanda en sistemas/plataformas de armas pequeñas y edificios resistentes a desastres; sistemas y dispositivos de almacenamiento de datos a gran escala para sistemas de densidad de almacenamiento de gigabytes por centímetro cuadrado, pantallas para identificación de amigos o enemigos y dispositivos mecánicos microópticos integrados; en interruptores/reguladores de fibra óptica; superficies activas y totalmente moldeadas para aeronaves, óptica adaptativa y componentes de precisión y manipulación de materiales. La comunicación óptica y la teledetección óptica son las principales aplicaciones de MOEMS en el espacio.
Si la comunicación entre satélites pasa a través de la estación terrestre durante la conexión en red de micro/nano satélites, la interferencia de ruido y la baja potencia afectarán la calidad de la transmisión. La solución es utilizar comunicación óptica, que tiene una gran capacidad de transmisión (el valor teórico puede alcanzar los 7,5 gigabits/segundo), una alta velocidad de transmisión, un amplio ancho de banda y no ocupa la banda de radio. Los satélites utilizan escáneres ópticos. Debido a su pequeño tamaño, gran ángulo de giro, pequeña dispersión y alta frecuencia, pueden usarse para capturar, apuntar y rastrear redes de satélites. La NASA ha incluido las comunicaciones ópticas espaciales en el plan "Nueva Prosperidad" y en el plan "Tecnología del Sistema del Espacio Profundo". Con la madurez de los productos MOEMS, es posible integrar componentes microópticos, microajustadores, fuentes de luz, detectores y circuitos de procesamiento en el mismo chip para formar varias plataformas ópticas dedicadas en el espacio libre, logrando así la miniaturización de las plataformas ópticas. Actualmente, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA ha ensamblado múltiples MOEMS y circuitos de procesamiento en módulos de comunicación óptica de múltiples chips. Un módulo de modulación óptica de baja potencia y control de haz desarrollado en el extranjero tiene un tamaño de 10 cm × 10 cm × 2 cm, una masa de sólo 0,4 kg y un consumo de energía de menos de 5 vatios.
Con la miniaturización de los satélites, las aperturas y el espacio disponible de los sistemas ópticos para diversos instrumentos ópticos utilizados para determinar la actitud, la navegación autónoma, la obtención de imágenes científicas y la tecnología de espectroscopía de imágenes están disminuyendo rápidamente. Para ello, por un lado, se puede reducir el tamaño del sistema óptico mediante el uso de conjuntos de microlentes, elementos de microdifracción, escáneres de baja iluminación y placas de fibra fotosensibles fabricadas con tecnología MEMS, por otro lado, elementos microópticos y micro; -Los componentes mecánicos se pueden combinar, los detectores y los circuitos de procesamiento se integran en módulos de bloques de construcción para reducir aún más el tamaño. El módulo de bloque de construcción óptico básico completado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro para navegación óptica y ciencia de imágenes mide 10 cm × 10 cm × 16 cm, tiene una masa de sólo 0,17 kg y un consumo de energía de menos de 0,3 vatios. El rastreador de estrellas de campo amplio desarrollado por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en los Estados Unidos y OCA Applied Optics tiene un campo de visión muy amplio (28 grados × 43 grados) y puede encontrar el centro de una estrella brillante en 50 milisegundos. de seguimiento de objetivos con alta precisión de 20 microradianes (valor 3σ). El rastreador de estrellas, incluidos los circuitos microelectrónicos, tiene una masa de sólo 175 gramos y un consumo de energía de 3 vatios.