Modulatoare optice realizate în tehnologii

Prezentarea generală a tehnologiei

Conceptul MEMS (Micro-Electro-Mechanical-System) a luat naștere în anii 1980 la Berkley, ca o prelungire tehnologică a microelectronicii bazată pe siliciu; ideea era de a completa tehnologiile pentru a trece de la circuitul electronic la microsisteme integrate. MEMS integrează pe un singur substrat semiconductor elemente electronice (circuite integrate, piezorezistenţe, condensatoare), mecanice (cantilevere, micro-comutatoare), optice (de exemplu, comutatoare optice sau micro-oglinzi), electromagnetice, termice şi fluidice (senzori de curgere), fiind în stare să măsoare parametrii fizici din mediul ambiant (presiune, acceleraţie, gaz etc.), dar şi să acţioneze (având integrate dispozitive mecanice la nivel micro: motoare, relee, pârghii etc.). Sunt considerate dispozitive ‘inteligente’, pentru că dispun de o capacitate de calcul încorporată.

Micro-Electro-Mechanical Systems ( MEMS ) este o tehnologie care vizează realizarea de componente de înaltă calitate, pentru circuite superioare (capabila de operatii cu lățimi de bandă de frecvență mai mari și prezintă pierderi mai reduse ) pentru sisteme de comunicații fără fir.

MEMS-urile sunt fabricate utilizând tehnica de realizare a circuitelor integrate combinată cu micro-prelucrări ale materialelor utilizate şi a suportului. În timp ce circuitele integrate sunt proiectate astfel încât să utilizeze proprietăţile electrice ale siliciului, la proiectarea MEMS-urilor sunt exploatate atât proprietăţile electrice cât şi cele mecanice ale acestui material semiconductor. MEMS-urile reprezintă sisteme complexe, care pot fi privite ca dispozitive mecanice de dimensiuni foarte mici, integrând electronica aferentă.

De asemenea, tipurile de dispozitive MEMS pot varia de la structuri relativ simple care nu au elemente în mişcare, la sisteme electromecanice extrem de complexe, cu multiple elemente în mişcare sub controlul microelectronicelor integrate. Caracteristica principală a MEMS este că există cel puţin câteva elemente care au un fel de funcţionalitate mecanică chiar dacă aceste elemente se pot deplasa sau nu.

Termenii folosiți pentru a defini MEMS variază în diferite părţi ale lumii. În Statele Unite, acestea sunt numite predominant MEMS, în timp ce în alte părţi ale lumii sunt numite "Microsystems Tehnologies" sau "dispozitive microprelucrate" (“micromachined devices”). În timp ce elementele funcţionale ale MEMS sunt structuri miniaturizate, senzori, actuatori, şi

microelectronice, elementele cele mai importante (şi probabil,cele mai interesante) sunt microsenzorii şi microactuatorii. Microsenzorii şi microactuatorii sunt corect clasificați ca "traductoare", care sunt definite ca dispozitive care transformă energia dintr-o forma în alta. În cazul microsenzorilor, dispozitivul transformă de obicei, un semnal mecanic măsurat într -un semnal electric.

Diversitatea aplicaţiilor şi specificitatea lor, se reflecta atât în proiectarea sistemelor MEMS, cât şi în realizarea şi testarea lor, sesizându-se unele elemente comune care recomandă standardizarea lor dar şi elemente care satisfăcând doar unele cerinţe ale acestor sisteme,sunt particularizate la specificul unui anumit MEMS.

Această constatare explică şi motivul pentru care dispozitivele MEMS realizate sub formă de senzori şi actuatori -dimensiunile acestora încadrându-se în gama 100 nm–1000 microni- , sunt fabricate astăzi utilizând atât procedee specifice tehnologiei circuitelor integrate cât şi a unora specifice MEMS, la realizarea unui MEMS întâlnindu-se tehnologii de natură optică, mecanică, termică si fluidică(în special pentru actuatorii din medicină).

Din ce în ce mai multe dispozitive MEMS optice sunt necesare în telecomunicații. Micro-comutatoarele sunt din ce în ce mai folosite și în domeniul optic în zona de protecție, iar Crossconecturile Optice (OXC) oferă acces și posibilități de management la nivel de lungime de undă. Pe măsură ce telecomunicațiile avansează, topologia „mesh” (plasă) este din ce în ce mai folosită și prin caracteristicile intrinseci ale acestei topologii Comutatoarele selective în lungime de undă (Wavelength-Selective Switches, WSS) și Crossconnecturile selective în lungime de undă (Wavelength Selective crossconnects WSXC) devin din ce în ce mai importante. Compensatoarele de dispersie și egalizatoarele spectrale sunt esențiale în îmbunătățirea perfomanțelor legăturilor, odată cu atingerea vitezelor de ordinul a zeci, chiar sute de Gbps . Filtrele spectrale și LASER-ele acordabile cresc flexibilitatea nodurilor DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing).

Prima aplicație practică a MEMS-urilor în comunicația optică a fost de modulator. Un modulator de acest gen era practic un comutator 1x1 care opera fie în mod de transmisie fie în mod de reflexie, asemănător unei modulații în impulsuri. Un semnal informațional acționează acest comutator prin intermendiul tensiunii aplicate acestuia. Odată cu dezvoltarea această soluție nu mai era viabilă, datorită costului ridicat de a adapta aceste comutatoare să moduleze doar anumite lungimi de undă.