ENIAC-prosjekt Lab4MEMS II - Micro-Optical MEMS, micro-mirrors and pico-projectors

I prosjektet Lab4MEMS-II samarbeider 19 bedrifter, forskningsinstitusjoner og universitet i Europa om utvikling mikro-optiske komponenter for anvendelse i bl. a. prosjektorer som kan integreres i mobiltelefoner, kompakte 3D skannere og miniatyriserte IR-spektrometre. De norske partnerne SINTEF og Polewall AS samarbeidet om utvikling av en modul for trådløskommunikasjon ved hjelp av laser som gir mye høyere båndbredde enn det som er mulig med radiobaserte løsninger. Kjernen i modulen er et mikrospeil som stabiliserer laserstrålen og sørger for en stabil link mellom to moduler. Dette gjør at modulene kan monteres på ustabile plattformer slik som f. eks. lysmaster som kan svinge som følge av vind eller rystelser fra tungtrafikk. Mikrospeilet ble også brukt som demonstrator for framstillingsprosessen for SINTEF sin piezoelektrisk tynnfilm MOEMS prosess. I 2016 har Polewall laget prototyper for optisk trådløskommunikasjon som inkluderer mikrospeilet for stabilisering av laserstrålen. Modulene er basert på standard fiberkoblede telekom-transceivere og inneholder også en kamerabrikke som gir et lavoppløst bilde omgivelsene. Dette gjør det mulig å sikte inn modulen slik at den kommuniserer med riktig mottaker. Grovinnstilling gjøres med steppermotorer som roterer hele den optiske enheten. Systemet er demonstrert hos flere store internasjonale telekom-selskaper med godt resultat I november 2016 testet Polewall singelmode enheter sammen med Acreo på deres lab i Kista, Sverige. Her ble enhetene testet for signalkvalitet på 10Gbps. Etterpå ble utstyret flyttet over til Ericssons forskningsavdeling samme sted. Her ble systemet testet for overføring av 10Gbps bidireksjonalt samt at det også ble forsøkt overføring av analoge radiosignaler for såkalt "fronthaul" til distribuerte antennesystemer. Begge forsøkene var vellykkede. For 10Gbps digitalt ble det også gjort kvantitative tester med måleutstyr for bitfeiltesting. Det ble demonstrert samtidig feilfri overføring av 10Gbps i begge retninger på Ericssons eget måleutstyr. I 2017 har Polewall fortsatt forsøkene med stadig høyere overføringshastigheter samtidig som løsningene for lavere hastigheter er optimalisert. I februar 2017 holdt Polewall en offentlig demonstrasjon sammen med flere ledende telekomselskaper i Kista, Sverige. Forsøkene ble gjort i samarbeid med RISE Acreo, som er en uavhengig svensk forskningsinstitusjon. Her ble det demonstrert både 100Gbps bidireksjonalt og 200Gbps i en retning. De høye hastighetene ble mulige fordi mikrospeilet fra Sintef har tilstrekkelig presisjon til å kople lys fra en singlemode fiber til en annen selv med stor separasjon mellom enhetene. I denne testen var avstanden begrenset av labbens størrelse til 40m, men kunne trolig vært mye større. Systemer med båndbredde på opptil 10Gbps nærmer seg nå industrialiseringsfasen. Algoritmene for stabilisering av laserstrålen er videreutviklet, og det er demonstrert løsninger der begge endepunktene kan bevege seg opptil flere grader samtidig uten pakketap på linken. Polewall tester nå disse systemene med en større leverandør av telekomutstyr. Planen er at løsningen skal lanseres kommersielt. I 2018 er 10Gbps prototyper testet utendørs i felt på flere lokasjoner. Det er demonstrert feilfri overføring over avstander på 200m SINTEF har fortsatt å jobbe ved å stabilisere trinn i fremstillingsprosessen av piezoMEMS mikrospeil, installert nytt, mer automatisert utstyr i piezoMEMS linjen og forbedret ytelse og pålitelighet. Pilotlinjen er nå etablert og det ble sjekket med en variasjon av design og oppbygging for å teste grensene av pilotlinjeprosessen. Det er også videreutviklet en metode for å beskytte speilene mot fuktighet, noe som øker levetiden vesentlig. Aktiviteten på pålitelig pakking av mikrospeil har blitt presentert på konferanse. Samtaler med flere mulige industrielle brukere (derav noen norske) av pilotlinjen er i gang.

According to the outcomes of the High Level Group on KET, the main driving force behind the development of future innovative goods and services will be Key Enabling Technologies (KETs), such as nanotechnology and nanoelectronics including semiconductors. Mastering these technologies leads to play an important role in the R&D, innovation and cluster strategies of many industries are regarded as crucial for ensuring the competitiveness of European industries in today?s knowledge economy. STMicroelectronics (Project Coordinator) is among the leading centers of excellence on "More Than Moore" technology identified at European level by the HLG on KET. Lab4MEMS II will feature the Pilot Line for innovative technologies on advanced Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems (MOEMS). This is not just a special class of MEMS systems in fact, but it deals with MEMS merged with Micro-optics, which involves sensing or manipulating optical signals on a very small size scale, using integrated mechanical, optical, and elect rical systems. MOEMS includes a variety of devices including optical switch, array of micro-mirrors, optical cross-connect, lasers and micro lens amongst others. These devices are usually fabricated using micro-optics and standard micromachining technolog ies using materials like silicon, molybdenum (Mo), silicon dioxide, silicon nitride (Si3N4), piezo coating, etc.