Microtecnologie: quali sono le ultime evoluzioni pensate per il 5g

Le microtecnologie di base che interessano la rete ottica hanno un ruolo essenziale per garantire il livello di affidabilità e prestazioni richiesto dal 5g
L’avvento del 5g promette nuove rivoluzionarie prestazioni che, per essere sfruttate in pieno, richiedono una revisione degli apparati e dell’infrastruttura radio e di trasporto. Molto spesso l’analisi della nuova generazione di rete mobile si focalizza esclusivamente sugli aspetti innovativi legati alla trasmissione radio, trascurando la componente di trasporto che è d’importanza altrettanto fondamentale.

Il 5g impone, infatti, enormi richieste sull’infrastruttura cablata in fibra ottica per supportare in modo affidabile e continuo decine di migliaia di dispositivi e fare fronte al flusso sempre più intenso di dati raccolti e trasmessi da uomini e macchine. 

Le microtecnologie per la connettività 

Nell’infrastruttura in fibra ottica la scelta dei connettori è molto importante perché un dispositivo ottico diventa inefficace se non viene realizzata una connessione ottimale alla rete in fibra ottica. 

È bene ricordare che i connettori sono componenti a elevato contenuto tecnologico e che non sono tutti uguali. A fare la differenza ci sono aspetti quali la qualità dei materiali (per esempio le ferule di serraggio in zirconia), la lavorazione micrometrica, il livello di miniaturizzazione, la qualità dei manicotti di rivestimento e la capacità di eseguire controlli alla fonte in grado di certificare queste caratteristiche. 

La qualità dei connettori è, dunque, decisiva per garantire continuità del segnale senza disturbi e perdite. Altrettanto importanti sono i sistemi di giunzione “pigtail” testati in laboratorio e certificati. 

Fotonica del silicio 

I nuovi componenti delle reti ottiche vengono prodotti sfruttando le nuove tecnologie della fotonica del silicio, che sfruttano le medesime tecniche di produzione usate per CMOS per ridurre i tempi e costi di produzione, abilitando produzioni su larga scala

La fotonica del silicio permette anche di interfacciare sistemi ottici e componenti della microelettronica tradizionale per creare dispositivi ibridi. Consente, per esempio, di sviluppare sistemi per l’accoppiamento del segnale luminoso proveniente da una matrice di fibre ottiche con un circuito integrato fotonico. 

Un’altra innovativa applicazione è la possibilità di utilizzare la luce per realizzare circuiti ottici auto allineati all’interno di fotopolimeri per ottimizzare la trasmissione del segnale. 

Le nuove tecnologie consentono poi di realizzare array di fibre ottiche sia in linea (monodimensionali) sia bidimensionali di grandi dimensioni per il collegamento delle fibre negli switch Multicast. Questi array consentono di realizzare collegamenti ad alta densità che ottimizzano lo spazio a disposizione, garantendo un posizionamento estremamente preciso del nucleo della fibra ottica (tolleranza inferiori a 1 micron) che minimizza le perdite (Insertion Loss). 

La microtecnologia MEMS per componenti optoelettronici 

I microsistemi elettromeccanici o MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sono un’altra microtecnologia che ha importanti ricadute nella realizzazione dei componenti per le reti 5g.

Si tratta di dispositivi integrati su un substrato di materiale semiconduttore (tipicamente silicio) che coniugano le proprietà elettriche dei circuiti integrati a semiconduttore con proprietà opto-meccaniche. 

Questa tecnologia permette di realizzare componenti integrati e sigillati ermeticamente che incorporano specchi capaci di variare la loro inclinazione rispetto al fascio laser incidente sotto l’azione di un segnale elettromagnetico. Gli specchi MEMS oltre a essere robusti, garantiscono massima stabilità di posizionamento durante il funzionamento, forniscono alta riflettività, consentono elevati angoli di deflessione e hanno un basso consumo energetico grazie a una tensione di funzionamento inferiore a 5 V. 

Nella realizzazione delle reti 5g la microtecnologia MEMS ha un ruolo fondamentale nella realizzazione di sistemi di trattamento del segnale ottico e per abilitare componenti ottici passivi ad alte prestazioni e altamente riconfigurabili come switch ottici, attenuatori ottici variabili (VOA) e filtri ottici configurabili.  

In tutti questi casi i chip MEMS vengono progettati in modo specifico per soddisfare i differenti requisiti di ciascun dispositivo per fornire prestazioni ottiche, elettriche e meccaniche ottimizzate. 

L’uso di MEMS nella realizzazione di questi componenti minimizza l’ingombro, garantisce bassa Insertion Loss, ampio intervallo di attenuazione, risposta piatta al variare della lunghezza d’onda, bassa perdita legata alla polarizzazione e velocità di commutazione inferiore a 1ms / 10ms. 

L’evoluzione di tutto questo ecosistema di tecnologie e componenti rappresenta la faccia nascosta di una rivoluzione in attoche promette di cambiare il modo di comunicare di persone e aziende

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