민간분야에서의 미세광전자기계시스템의 응용

미세 광학 전자 기계 시스템은 광통신, 디지털 이미지 획득, 디스플레이 및 처리, IT 주변 장치, 환경 보호, 자동화된 생체 의학 장비, 산업 유지 관리 등 분야에서 좋은 응용 전망을 가지고 있습니다. 외국은 위 분야에 있습니다. 일련의 미세 광학 전기 기계 시스템 기술 및 제품에 대한 연구 개발을 수행했습니다. 스위칭 구성 요소는 광 네트워크의 핵심 구성 요소이며, 그 성능은 네트워크 성능을 결정하는 핵심 요소입니다. MOEMS 기반 광스위치는 광신호의 형식, 파장, 프로토콜, 변조 방식, 편파 및 전송 방향과 관련이 없으며 손실 및 확장성 측면에서 다른 유형보다 우수하므로 요구 사항에 부합합니다. 투명성, 확장성 등의 트렌드에 맞춰 핵심 광스위칭 장치의 주류로 자리잡고 있습니다. 최근 MOEMS의 혁신과 발전은 대부분 광통신 분야에 반영되어 있으며, 광통신은 MOEMS의 주요 응용 분야 중 하나가 되었습니다.

최근에는 마이크로머시닝 기술을 이용해 실리콘 웨이퍼 위에 수많은 이동 가능한 마이크로 렌즈로 구성된 스위치 배열을 만드는 통합 MOEMS 광스위치를 개발하려는 노력이 진행되고 있다. AT&T 연구소는 MOEMS 기술을 사용하여 8×8 광 스위치 어레이를 개발했습니다. 이 마이크로 기계식 광스위치의 크기는 약 1cm×1cm이며, 각 입력 포트는 시준 마이크로 렌즈에 해당하고, 각 출력 포트는 포커싱 마이크로 렌즈에 해당한다. 8개의 열은 각 마이크로 거울에 해당하는 미러 매트릭스와 제어 시스템을 핀으로 연결합니다. 마이크로미러는 크롤러 드라이버에 의해 90도 회전되어 입력 광섬유의 광선이 원하는 출력 광섬유로 반사됩니다. 광 스위치의 스위칭 속도는 밀리초 미만입니다. 이 광 스위치의 삽입 손실은 상대적으로 커서 최대 19.9데시벨에 이릅니다. 현재 MOEMS 광스위치는 아직 연구 단계에 있으며 산업화되지 않았습니다. 광통신 기술의 발전과 네트워크 대역폭의 확장으로 MOEMS 광 스위치는 점점 더 많은 관심을 받게 될 것이며 중요한 연구 가치와 광범위한 응용 전망을 갖게 될 것입니다.

현재 광네트워크에 사용되는 MOEMS 장치에는 MOEMS 광스위치 외에도 광스위치, 광교차연결장비, 파장분할 다중화/역다중화기, 가변필터, 분산보상기, 광커플러 등이 있다. 미국 국방고등연구계획국(DARPA)은 MOEMS 연구에 큰 중요성을 부여하고 유연한 빔 제어(STAB) 시스템, 광학 마이크로 네트워크, 초대규모 통합광학, 처리광 파장 및 공간신호 계획, 고화질 시스템 계획, 군인 시스템 기반 MOEMS 기술 개발 계획 등을 소개합니다.

■빔 유연성 제어(STAB) 시스템 STAB 계획은 광통신 및 적외선 대응 시스템을 대체할 소형, 경량 레이저 빔 제어 기술을 개발하는 것이 목적이다. , 기계적으로 제어되는 렌즈 시스템. 이 계획은 레이저 통신 시스템의 실용성에 영향을 미치는 레이저 통신 시스템에서 레이저 빔의 좁은 방향 각도 문제를 해결하는 데 사용될 수 있습니다. 계획의 전반적인 목표는 플렉서블 빔 제어 시스템의 크기를 30배로 줄이고 무게를 60배로 줄이는 것입니다.

■광 마이크로 네트워크 이 계획은 항공기와 군함에서 실제로 사용되는 저렴한 초고속 광 데이터 네트워크의 실증을 주로 수행합니다. 드라이브 전자 장치 위에 수직 공동 레이저를 통합하고 이를 필요한 마이크로 광학 장치와 결합하여 광학 연결을 형성하는 것이 시연되었습니다. 그런 다음 16×16 스마트 유닛 어레이 광통신 블록을 확대하여 칩 간의 통신을 시연합니다. 실제 비행시험으로는 AV-8B 항공기를 이용한 실사격 훈련을 통해 10Mbps 광네트워크의 비행시험을 진행했다.

■초대형 통합광학 프로젝트의 목적은 칩 간, 보드 간 통신에 전자 링크 대신 광학 링크를 사용하여 회로 기판 간 데이터 전송 속도를 초당 테라비트에 도달하는 것이 유리합니다. 합성 개구 레이더, 자동 표적 인식 등의 고속 데이터 처리에 적용되며 이러한 시스템의 볼륨 전력을 100~1,000배까지 줄일 수 있습니다.

계획에 따르면 스마트 픽셀 어레이는 100×100으로 확대되고 합성 개구 레이더 데이터 처리를 시연할 예정이다.

DARPA 연구는 국방에 MOEMS를 적용하는 데 다음과 같은 7가지 측면이 포함된다고 믿습니다: 무기 유도 및 개인 항법 칩의 관성 항법 조합, 무기 추적, 환경 모니터링 및 보안 조사를 위한 무인 분산 센서 시스템; 소형 분석 기기, 유압 및 공압 시스템, 추진 및 연소 제어를 위한 통합 흐름 시스템, 무기 안전 복구, 보험 및 신관의 향상된 안전성과 신뢰성으로 교체 소형 무기 시스템/플랫폼 및 재해 방지 건물의 주문형 구조적 강도 강화; 평방 센티미터당 기가바이트 저장 밀도 시스템, 친구 또는 적 식별을 위한 디스플레이 및 통합된 미세 광학 기계 장치를 위한 대규모 데이터 저장 장치 및 시스템 광섬유 스위치/조절기, 항공기용 활성형 완전 형상 표면, 적응형 광학 장치, 정밀 부품 및 재료 취급. 광통신과 광원격탐사는 우주에서 MOEMS의 주요 응용분야이다.

마이크로/나노 위성 네트워킹 시 위성간 통신이 지상국을 거치게 되면 잡음 간섭과 저전력이 전송 품질에 영향을 미치게 된다. 해결책은 큰 전송 용량(이론적 값은 7.5기가비트/초에 도달할 수 있음), 높은 전송 속도, 넓은 대역폭을 가지며 무선 대역을 차지하지 않는 광통신을 사용하는 것입니다. 위성은 작은 크기, 큰 회전 각도, 작은 산란 및 높은 주파수로 인해 광학 스캐너를 사용하여 위성 네트워크를 캡처, 조준 및 추적하는 데 사용할 수 있습니다. NASA는 "새로운 번영" 계획과 "심우주 시스템 기술" 계획에 우주 광통신을 포함시켰습니다. MOEMS 제품이 성숙해짐에 따라 미세 광학 부품, 미세 조정기, 광원, 감지기 및 처리 회로를 동일한 칩에 통합하여 다양한 전용 자유 공간 광학 플랫폼을 형성함으로써 광학 플랫폼의 소형화를 달성할 수 있습니다. 현재 NASA의 제트 추진 연구소에서는 여러 MOEMS와 처리 회로를 다중 칩 광통신 모듈로 조립했습니다. 해외에서 개발된 저전력 광변조 및 빔 제어용 모듈은 크기가 10cm×10cm×2cm이고, 무게는 0.4kg에 불과하며, 소비전력은 5와트 미만이다.

위성의 소형화로 인해 자세 판별, 자율 항법, 과학 영상 및 영상 분광학 기술에 사용되는 다양한 광학 기기의 광학 시스템의 조리개 및 사용 공간이 급격히 감소하고 있습니다. 이를 위해 한편으로는 MEMS 기술을 사용하여 제조된 마이크로렌즈 어레이, 미세 회절 요소, 저조도 스캐너 및 섬유 감광판을 사용하여 광학 시스템의 크기를 줄일 수 있습니다. -기계적 구성 요소는 감지기 및 처리 회로가 빌딩 블록 모듈에 통합되어 크기를 더욱 줄일 수 있습니다. 광학 항법 및 영상 과학을 위해 제트 추진 연구소에서 완성한 기본 광학 빌딩 블록 모듈의 크기는 10cm × 10cm × 16cm이고, 질량은 0.17kg에 불과하며, 전력 소비는 0.3와트 미만입니다. 미국 로렌스 리버모어 국립연구소와 OCA Applied Optics가 개발한 광시야 별 추적기는 시야각이 매우 넓어(28도×43도) 50밀리초 이내에 밝은 별의 중심을 찾아낼 수 있다. 20 마이크로라디안(3σ 값)의 높은 정확도로 목표물을 추적합니다. 마이크로 전자 회로를 포함한 별 추적기는 질량이 175그램에 불과하고 전력 소비는 3와트입니다.