大孔径MEMS调制器为高速、节能的光通信系统铺平了道路

微机电系统（MEMS）光调制器在自由空间光通信和激光雷达等下一代技术中至关重要，但现有的设计在平衡孔径尺寸、效率和速度方面存在困难。

传统的基于微镜的调制器通常在低频下工作，而光栅调制器则面临弯曲变形和次优光学效率。高功率系统所需的大孔径受到机械约束的阻碍。

基于这些挑战，迫切需要可扩展的高效调制器来支持光通信系统的发展。

在《微系统与纳米工程》发表的一篇文章中，西北工业大学的研究人员介绍了具有可调正弦光栅的创新MEMS光栅调制器。该器件实现了30×30 mm的大孔径，90%的光学效率，超快响应时间接近1.1µs。

该器件旨在支持宽波长范围（635-1700 nm）的高速调制，为高速、节能光学系统的挑战提供有前景的解决方案。

调制器的关键创新在于其宽边约束的连续带，这可以防止弯曲变形，并允许可扩展的孔径扩展，而不会影响约460.0 kHz的谐振频率。正弦光栅设计最大限度地提高了填充因子（96.6%）和衍射效率，在100kHz时实现了20dB的消光比和98%的调制对比度。

光栅表面上的通孔阵列优化了空气阻尼，从而产生了临界阻尼响应，没有残余振荡。实验结果表明，在250 kHz时，对比度超过95%的全调制、可见光和近红外光谱（±30°视场）的有效性能以及使用双掩模SOI工艺的可靠制造。

这些创新克服了孔径尺寸、效率和速度之间的传统权衡，为MEMS光调制器设定了新的基准。

该研究的通讯作者李永谦博士强调了该器件的潜力：“通过将可扩展的孔径设计与无与伦比的光学效率相结合，该调制器为从激光雷达到下一代通信网络的高功率、高速应用开辟了新的可能性。消除微镜降低了复杂性和成本，使该技术可扩展以广泛采用。”

调制器的大孔径和高效率使其成为自由空间光通信的理想选择，确保了长距离信号的完整性。其快速响应时间非常适合激光雷达和自适应光学应用，而偏振无关性则增加了多功能性。

未来的版本可以实现多通道光束整形或与量子通信系统的集成。这项创新加速了节能、高带宽网络的发展，在航空航天和电信领域有着广泛的应用。p