自由空間光通信

今日、私たちの地球をつなぐ光ファイバケーブルは、グローバルネットワークの中枢となっており、それがなければ現代社会ではほとんど何も機能しなくなってしまいます。そして、エンドユーザーが銅線の代わりに光ファイバ技術を使用するようになるには、まだまだ多くの課題が残っていますが、私たちは、データや通信ネットワークの基盤をめぐる新たなる競合の目撃者でもあるのです。いくつかのテクノロジ企業が、最新世代の大規模な宇宙ベースの通信ネットワークの実現を計画しています。そのノードは小型の衛星で、何千基もが軌道に打ち上げられます。これらはレーザ光を使ってメッセージを送信し、互いに接続し、地球上のある地点から別の地点へ効率的かつ迅速にデータを送信します。あらゆる車、物理インフラ、輸送コンテナ、セミトレーラー、さらにはすべての牛に至るまで接続性を提供することをビジョンとしています；これにより、さまざまな素晴らしい用途が可能になります。

地上においても、「ファイバレスフォトニクス」を活用した同様のポイントツーポイントネットワークの提供が新たに始まっています。自由空間光通信の原理は、18世紀の光電信と似てます：メッセージは光を使って地上のある場所から別の場所へ暗号化されて伝送されます。これは、例えば混雑した都市の建物から建物へ、あるいはより広いネットワークの「ラストワンマイル」のために、拠点間の安全な接続を迅速に提供する可能性をもたらします。

光電子部品と幅広い通信ノウハウに加え、メカトロニクスシステムもこのようなネットワークの機能性において決定的な役割を果たしています。バンドルされたレーザビームを介したメッセージの伝送には、長距離でもビームをターゲット上に正確に保ち、ドリフトと干渉を補正して必要に応じてすばやくアライメントし直すために、正確なアライメントソリューションが必要です。衛星測位システムによる制御に加えて、衛星からの振動、熱変動、その他の外乱要因を補償するために、精密で高速な操舵システムが必要です。地上ベースのポイントツーポイントネットワークでは、建物内の大気の乱れや動きも、エラーのない信号伝送のための潜在的な干渉源となる可能性があります。そのため、素早く反応するチップ/チルトミラーシステムは、自由空間光通信ネットワークにとって非常に重要となります。

高い帯域幅と十分に大きな傾斜角に加え、24時間365日モードでのメンテナンスフリー機能は、このアプリケーションにとって非常に重要です。省エネ、軽量、コンパクト設計も必須です。そして、衛星打ち上げ時の高い加速度だけでなく、使用中の強い温度変動や放射線被ばくなどの厳しい環境条件にも耐えなければならないため、堅牢性が求められます。

Demonstration setup for tip/tilt mirror systems — チップ/チルトミラーシステムのデモセットアップ

圧電または電磁チップ/チルトミラー (FSM=高速ステアリングミラー) は、kHz領域までの機械的帯域幅でナノロッド領域に至る角度分解能を実現することができます。これらのアプリケーションでよく見られる外乱を補償するのに十分なほど小さく、高速で、正確です。ピエゾ駆動のFSMはより高い分解能と帯域幅を提供しますが、一方、電磁石ユニット (通常はボイスコイルFSM) は、より大きな変位を可能にします。アプリケーションのすべての要件を満たすために、PIは、標準化された設計とアプリケーションに特化した構成、両方のタイプのメカニズムを提供します。

PIの高速チップ/チルトミラー技術は、1990年代以降、地上プロジェクトと宇宙ミッションの両方で使用されてきました。例えば、NASAとESAの共同プロジェクトであるソーラーオービターでは、PIのビーム安定化システムが使用されており、太陽に向かって進んでいます。PIは、圧電または電磁ドライブベースの効率的で高速な設計を実現します – また、大量生産への迅速なスケールアップにも長年の経験が活かされています。

PIのソリューションには、数多くの標準化されたチップ/チルトシステムだけでなく、お客様に特化した開発も含まれています。今後も、さらに充実させていきます。