Технологический комплекс для согласования оптических волноводов с анизотропией

Внедрение: 2014 г.

Модуль L‑502 был применён в комплексе для прецизионной юстировки и исследования оптических волноводов с двулучепреломлением [1].  Комплекс осуществляет одновременный контроль эффективности ввода оптической мощности и контроль точности юстировки поляризационных оптических осей волноводов. 

Комплекс состоит из 2‑х главных функциональных узлов. Первый узел включает в себя сканирующий поляризационный интерферометр Майкельсона (рисунок 1) с подвижным зеркалом на моторизированном микропозиционере и специально разработанный для этой цели фотодетектор.

Рисунок 1. Узел поляризационного интерферометра Майкельсона.

Второй узел включает в себя 6‑координатный микропозиционер H‑206 Physik Instrumente (PI) GmbH & Co с компьютерным управлением, позволяющий производить юстировку элементов с точностью установки линейных координат до 0.1 мкм и угловых координат до 1″(6 мкрад), микроскопом и видеокамерой (рисунок 2).

Рисунок 2. Узел стыковки волноводов.

Финишное закрепление оптических элементов осуществляется при помощи прозрачного адгезива УФ‑отверждения. Помимо этого комплекс включает в себя модуль ввода оптического излучения через поляризатор в оптическое волокно и модуль съёма данных сигнала с интерферометра Майкельсона на ПК.

Рисунок 3. Расположение функциональных узлов юстировочного комплекса.

Рисунок 4. Общий вид комплекса.

Рисунок 5. Схема проведения измерений эффективности ввода излучения от поперечного и углового рассогласований.

Результаты исследования показали, что для эффективного согласования волокна и интегрально-оптического волновода в пределах значений 0,2 дБ оптических потерь от максимально эффективного ввода, необходимо производить юстировку с точностью не менее 0.5 мкм по поперечным координатам (рисунок 6) и 0.5 градусов по угловым координатам (рисунок 7).

Рисунок 6. Распределение эффективности ввода оптического излучения из волновода в оптическое волокно при поперечном рассогласовании по координатам Y и Z.

Рисунок 7. Зависимость относительной интенсивности от изменения угла наклона θ_y, θ_z волокна от оптимального положения.
 

Для получения данных при измерениях используется плата сбора данных L‑Card L‑502, устанавливаемая в ПК, сигнал на которую поступает с фотодетектора. Работа платы осуществляется в связке с зеркалом интерферометра, установленного на моторизированном линейном микропозиционере. Данный комплект позволяет производить сканирующую запись данных сигнала интерференционной картины на компьютер при скорости перемещения зеркала 1 мм/с с разрешением 2 нм. Это дает возможность с высочайшей точностью просканировать оптический тракт на наличие поляризационных преобразований и определить их местоположение.
 

Рисунок 8. Интерферограмма, полученная смещением зеркала в области «нуля» разницы оптического хода зеркал.

Рисунок 9. Интерферограмма, полученная смещением зеркала в диапазоне от 0 до 0,5 мм.

На рисунках 8 и 9 представлен типичный результат измерения распределения интерференционных пиков при сканировании подвижным зеркалом интерферометра. Для задач взаимного позиционирования и юстировки оптического волокна и интегрально-оптического волновода было написано программное обеспечение для управления 6‑ти координатным микропозиционером. Окно интерфейса программы представлено на рисунке 10.

Рисунок 10. Интерфейс программы управления микропозиционером.

Контроль за положением элементов осуществляется при помощи микроскопа, установленного над областью стыковки. Для сварки оптических волокон с двулучепреломлением используется сварочный аппарат Fujikura FSM‑100P, который устанавливается в схему стыковочного комплекса вместо 6‑координатного микропозиционера. 

Разработанный метод и комплекс для стыковки и юстировки успешно применяется при изготовлении и проверке качества изготовления волоконно-оптического гироскопа для ОАО «Концерн «ЦНИИ» «Электроприбор». Выпущены инструкции и технологическая документация, что подтверждается актом о внедрении.

Источник:

Аксарин С.М. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук "Исследование поляризационных методов и технологий согласования волоконно-оптических и интегрально-оптических волноводов". – Санкт-Петербург. – 2014. – 116 с.

Разработчик: Аксарин С.М. (Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики)