计算机控制的光纤对准器有助于提高光子封装应用的吞吐量。在本世纪末的电信繁荣之前,光电子产品的光纤校准是一项乏味的手工工作。下面是对自动化工作的第一个设计的总结,以及今天的技术可能带来什么。
用于硅光子学芯片制造和检测的预生产工作台:该系统集成了多个硬件组件和软件,用于自动化装配和对齐,如拾取和放置机器人,机器视觉或精密定位设备。
模拟梯度搜索:模拟相位解调爬坡技术可以(在某些情况下仍然可以)用于清洁的准高斯耦合,这种耦合已经接近于最佳对齐。但在多模联轴器中,它锁定在局部最大和平点上,并存在不对准的缺陷。基于这一原理的仪器很受欢迎,尽管对于完全自动化的光纤校准来说体积庞大且行程太少。
数字对齐算法:20世纪90年代的第一个数字梯度搜索技术将光纤设备与电动线性级的日慢和低分辨率设备进行对齐,与今天的压电纳米定位器相比,同步性有限。但这些设置是灵活的,他们的大型机动定位器为新兴的光电子工业时代工作。
值得注意的是,模拟梯度搜索和数字对齐算法并没有解决角对齐问题,而新的光子器件使角对齐成为主流问题。首先,平面波导成为光子网络中开关和调制的关键。其次,角度对准需要自动化,因为基于准直光束转向的光开关需要准直器和其他光学元件的吞吐量优化框架对准。第三,新型光子学中的共焦光学序列需要相对精确的角度对准。
这些需求,加上对高通量横向校准的持续不断的校准要求,推动了F-206六脚六轴光纤校准系统的引入。该仪器结合了六个驱动器和一个无粘性的运动挠性耦合。该组件集成了快速光电探测器和灵活的数字算法,可在多达6个自由度的自主光纤对准自动化。
通过集成6个自由度,F-206促进了复杂的对齐,如这个10-DOF波导MUX/DEMUX封装。
六足并联运动学方法的一个关键优势是能够在空间的任何地方铸造旋转枢轴点。传统的级架只能绕旋转级架和测角仪的固定机械中心点旋转。这是由它们的轴承和固定结构定义的,不容易移动。有了六脚架,工艺工程师可以通过单一的软件命令在光学甜点附近放置旋转点,这对于复杂光纤组件的对齐具有显著的优势。例子包括:
- 对于多通道波导对准,旋转可以是关于第一光通道
- 在准直器-准直器对准中,旋转可以以任一准直器的面为中心
- 对于COT校准,校准可以围绕其焦点枢轴,焦点可能埋在包里,只能用镊子盲目地访问。
F-206 HexAlign六脚微准直系统提供了六自由度的0.1米精度运动,更紧凑和响应包。
新的六脚选择,新的光纤对准电源
在六脚设计和控制方面的最新进展,使许多健壮的、高负载的、长途的六脚能够部署在高吞吐量的工业校准应用中。基于以前的高刚度设计和三角形几何结构,这些系统提供几厘米的行程范围,同时容纳许多公斤的负载。这些设计适用于任何安装方向,并提供高达50%的更高的加速度比以前可能。除了集成光学计量与六脚的六自由度加上两个额外的线性或旋转轴的运动,他们的新控制器集成数据记录的光功率与位置的相关性。使用这些快速机制,100-x-100米的扫描可以在650毫秒内完成。
接口选项也得到了扩展和改进,标准的TCP/IP和USB端口提供了高速通信和与工厂自动化架构的兼容性。新的,可选的远程控制垫/显示器提供手动操作的免提。
模块化压电纤维对准引擎横向对准和跟踪
21世纪初,随着电信行业的繁荣达到顶峰,一家制造商要求Physik instrument的设计团队创造一种具有成本效益的光纤对准平台,用于从粗到细的横向对准。该公司希望使用NanoCube XYZ纳米定位平台(用于在三个正交轴上行走100µm,分辨率为2纳米),实现简单的台阶堆叠。
三个电动阶段将允许许多毫米的粗定位,以适应公司生产中的不同设备。该系统是基于软件(利用新的快速模拟I/O接口)、模块化、开源和基于LabVIEW的。这台机器面临的两个主要挑战是,它必须处理光纤穿管设计(这使寻找第一束光变得复杂)和不规则耦合截面,这会阻碍梯度搜索。最后,PI工程师建造了一个两步顺序的机器。首先,一种紧凑的双螺旋扫描使用了一个机动的长行程工作台来捕捉第一束光并进行粗略的优化。然后进行快速光栅扫描(以前没有现代压电定位器和高级控制是不可能的),并结合同步数据采集来编译横向耦合横截面并识别全局最大值。这种方法可以在一瞬间将任何东西对齐。
光栅扫描方法对局部极大值不敏感。全局最大值总是可以被观察和选择的。由于当时的移动设备的限制,这个选项在十年前是无法实现的。既然压电器件如此之快,为什么不直接收集数据来本地化全局最大值,而不是从旧架构提供的有限数据中推断出向量呢?
最近,这种被称为CyberAligner的架构取得了许多进步,包括升级到LabVIEW的更新版本,并利用了当今多功能模拟/数字硬件提供的I/O功能。
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