基于凹槽深度可控的反射式衍射光栅：Boston Micromachines Corporation的MEMS调制技术

Boston Micromachines Corporation（BMC）推出的MEMS光栅调制器（微机电系统光栅调制器）MGR6P，是一种凹槽深度可控的反射式衍射光栅。消光比高达250:1，响应速度<2.5μs。未通电时处于平面镜状态，光束被直接反射；通电后凹槽深度发生变化，切换为衍射状态，实现对光束强度的调制。用户通过调节偏转深度可获得高消光比，从而精确控制输出光功率。可替代声光调制器或普克尔斯盒。

工作原理

MEMS光栅调制器（微机电系统光栅调制器）是一种反射式衍射光栅，其凹槽深度可控。该MEMS光栅调制器（微机电系统光栅调制器）通过在未通电的平面镜状态（如下图所示）和通电的衍射状态之间切换来调制强度。用户只需调节该反射式衍射光栅最大偏转深度，即可对光束中心强度进行高消光比调制。这为用户提供了更强的光控制能力，因为用户可以调节功率，从而确保在研究时能收集到最准确的信息。Boston Micromachines Corporation（BMC）在MGR6P设计上确保了凹槽深度可控，使得该MEMS光栅调制器具备卓越的波长适应性。

MGR6P器件基于BMC传统的可变形镜技术，采用无磁滞的静电驱动，使连续的反射镜面发生周期性形变。镜面与导电硅基底之间施加电压后，静电吸引导致镜面产生周期性波纹，形成衍射光栅。采用表面微加工技术，镜面为镀金或镀铝的氮化硅薄膜，通过氧化硅锚点支撑并与基底电隔离。使用标准半导体批处理工艺，适合大批量生产。最大沟槽深度约1μm，最小光栅周期约50μm。周期越小，刚度越大、谐振频率越高、开关速度越快，但相同电压下调制对比度会降低。

 

宽波长范围

每个衍射元件都设计为在特定波长范围内实现最佳性能。波长越长，为了在调制光束和非调制光束之间保持高对比度，所需的偏转就越大。这款由 Boston Micromachines Corporation（BMC）开发的光学强度调制器采用镀金膜，可实现从可见光到远红外（FIR）的波长调制，在可见光和近红外（NIR）波段具有峰值消光比，在远红外（FIR）波段消光比较低。为了达到峰值消光，用户只需在给定波长下调节偏转量即可。这可以通过使用状态良好的高压源来实现。Boston Micromachines Corporation强调，反射式衍射光栅的性能依赖于精确的凹槽深度可控设计，从而确保在不同波长下均能实现稳定调制。

 

可替代声光调制器和电光调制器

BMS的MEMS光栅调制器（微机电系统光栅调制器）MGR6P波长可调，频率范围从直流到200 kHz，可实现全调制，部分调制还可达到更高速度。声光调制器作为一种传统调制器件，在特定应用中存在局限性；而普克尔斯盒同样面临类似挑战。BMC的MEMS光栅调制器可替代声光调制器和普克尔斯盒，用于替代普克尔斯盒，尤其适用于需要更高通量的应用。MEMS光栅调制器已在激光通信、多光子显微镜等多种应用中证明了其多功能性，并且其性能可根据用户规格进行定制，以替代或增强其他组件。

 

MEMS光栅调制器标准型号

¹可根据要求提供定制选项。 ²器件使用1060 nm光及650-1050 nm增透膜保护窗口测量。 ³直径长度示意图如下：

产品形态与MRR应用

封装在标准1英寸光学透镜管内，安装在PCB上，通过BNC接口连接。可配合MB-200驱动器使用，接受用户生成的TTL信号。

MRR（调制逆反射镜）的工作原理是：将一个MEMS光学调制器作为空心角锥棱镜的一个反射面，当interrogator（interrogator）激光束照射到角锥上时，角锥的几何特性会使光束原路返回。在反射过程中，通过向MEMS调制器施加电压，控制其镜面在“平坦的平面镜状态”和“带沟槽的衍射光栅状态”之间快速切换，从而对返回光束的强度进行调制。这样，interrogator端接收到的就不再是恒定的反射光，而是携带了数据的调制光信号，实现了从MRR端向interrogator端的单向光通信。

 

使用注意事项

- 本产品对静电敏感。请在具备静电防护措施的环境中操作，并务必佩戴接地良好的防静电腕带，以防损坏。

- 在光路中紧贴光栅出射面之后的位置放置光阑，挡除非目标衍射级次；若光束过宽，请增大光学元件与光栅的距离以避免光束重叠。

- 需配合噪声不超过最大额定电压的高压电源使用，使用前请确认电源控制电压无尖峰（否则会造成不可逆损坏），建议在电源与设备之间安装开关以便在需要时断开连接。