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Anteryon和Fiberguide的二维光纤准直器

作者:admin  时间:2022-9-7 9:59:08

光通信是一个稳定增长的市场,需要新的解决方案来处理快速增长的数据量需求。

当然,波分复用(WDM)的发明和更复杂的密集波分复用(DWDM)是在单根光纤内最大限度地提高可传输数据率的一个重要步骤。DWDM系统可提供160个通道,每个通道的数据速率为10Gbps,这意味着仅在一根光纤中就有1.6 Terabits/s的总容量。未来具有320个通道和高达40Gbps的系统正在开发中。然而在有些应用中,实现物理上分离的平行光数据通道更为实际,因为传输距离太短,因此实施WDMDWDM系统是不经济的。数据量仍然很大,或者因为数据的特性受到很大的影响。对于这种应用在使用多条平行光纤通道的情况下,需要使用光纤准直透镜(FCA),以便有效地将光耦合到光纤中。耦合光进入光纤或在光纤之间。光纤准直透镜由一个actor光纤阵列和一个微透镜阵列组成。(MLA)。微透镜阵列的每个透镜都负责对从光纤传输的光进行准直或通过聚焦将光耦合到光纤中。光通过聚焦进入光纤。不同类型的FCA在市场上有线性FCA(见图1)或二维阵列形式。二维阵列的形式(见图2)。

所有这些阵列,线性和二维的,通常是通过调整和连接一个actot光纤阵列(如实现V型槽)来实现的。例如,到MLA。根据actor光纤阵列和MLA的制造公差,单根光纤的实际位置或多或少与理论位置一致,而理论位置就是相应的微透镜的光轴。在准直的情况下,光纤对微透镜光轴的横向偏离将导致被准直的光束和光轴之间的角度称为指向精度(见下图)


1.    基于光纤准直器对准的基础知识

基于激光的微对准是一种很有前途的技术,可以实现微观部件的非接触高度精确对准。基于激光的对准有两种不同的类型,一种是热式的,一种是非热式的。后者是基于一个预应力层系统,其中一个层可以被部分移除,导致松弛,从而产生一个小的特定弯曲。对于本文所展示的应用,Anteryon研究了热对准方法。热激光束对准是基于对材料的加热,导致材料膨胀,同时屈服强度显著下降。屈服强度同时下降。由于周围材料对膨胀的限制,产生了应力,从而产生了弹性和塑性镦粗。接下来的冷却将导致收缩,收缩又被限制。拉伸应力、弹性和塑性应变被诱发出来。冷却后的屈服强度最终限制了最大的可能的拉应力,使周围的材料变形。根据温度的梯度和材料厚度上的应变梯度,可以区分出几种机制。机制是可以区分的。与激光调整有关的两种机制是镦粗和温度梯度机制(TGM)。温度梯度机(TGM)(见图4)。对于TGM,需要一个陡峭的热梯度,例如,由一个相当短的激光脉冲产生,导致向激光器的弯曲。另一方面,颠覆机制需要在厚度上有一个均匀的温度分布,主要产生一个收缩。

4:热激光对准机制。

使用Nd:YAG激光器或准分子激光器已经开发和分析了很多不同的actor。一些应用已经实现,如调整干簧管(图5)或调整单模光纤到EDFA泵浦激光器。纤维到EDFA泵浦激光器(图6)。

5:激光调整的干簧管(飞利浦)。


2. 设计一个在FCAS内对准纤维的执行者系统原理布局

为了在FCA内对准光纤,必须设计一个新的actor system,允许建造一个间距为1.5毫米或更小的阵列。间距为1.5毫米或更小。驱动器应该在垂直于纤维轴的平面上每个方向上做4微米的总运动垂直于光纤轴的平面上各移动4微米,并可实现0.1微米的调整步骤。FCA的原理布局显示在图7。完整的actor光纤阵列被固定在微透镜阵列上,但仍允许光纤在actor光纤阵列的平面内移动。actor光纤阵列的平面内移动。在最后的激光对准之后,光纤和MLA之间的间隙可以用指数匹配的胶粘剂来填补,以减少光纤末端的反射,并稳定整个系统。

7:基于光纤准直器对准的FCA的原理布局。


actor几何的选择

为了选择合适的actor几何形状,在有限元法(FEM)的帮助下,对不同的设计进行了比较。方法(FEM),使用TGM以及镦粗机制来比较不同的设计。一些样品显示在图8中。在每个案例中的一个桥上的线和在每种情况下,一个桥上的线和点标志着激光照射的可能位置。箭头表示相应的角色中心的移动。大多数被研究的行为体都有一个三桥结构,使得在一个平面内所有方向的位移都是可能的。具有弯曲的单桥的actor A是基于TGM的。在FE模拟中一座桥被照射在侧壁上。在现实中,这个侧壁必须是倾斜的,使得从顶部照射可能。actor B有平坦的单桥,利用颠覆机制从顶部加热。此外,actor C也在使用这种机制。一座双桥的两座桥都是以短暂的延迟进行辐照的。因此,一个双桥的 "冷桥"限制了受热桥的运动,这对于加热过程中的延展性变形是必要的。在热膨胀的基础上,该桥的收缩与冷却后的起点相。由于actor C包括三个双桥,其中两个已经限制了加热的双桥的运动。并支持加热的双桥的冷部分的功能。图8actor A的尺寸对行为体BC同样有效。也适用于actor BC

8:为选择最佳设计而调查的一些actors几何形状的样本。

单桥受力器的有限元结果

对于单桥actor(行为体B),使用FEM分析了actor行为对不同参数的依赖性。有限元分析。图9显示了脉冲长度为1.6ms时激光频率的影响。一个低的频率允许在两个脉冲之间,actor几乎完全冷却。因此,每个激光脉冲产生的最大温度脉冲产生的最大温度几乎是一样的。对于较高的脉冲频率,被照射的桥不能完全冷却,导致了最大温度随着脉冲数的增加而上升。因此,高脉冲频率下的计算位移比低频率的要高。高位移的另一个原因是,随着脉冲数的增加,完全加热的随着脉冲数的增加,actor被加热。

9:脉冲频率对单桥actor位移的影响。

10中显示了位移对脉冲长度的依赖性。脉冲能量的选择是这样的方式,使被照射的桥的最高温度再次达到1400℃。短脉冲将引起一个陡峭的温度梯度,只有很小的位移。脉冲长度的增加将导致更均匀的加热。桥体的厚度,整个桥体对镦粗变形的贡献,导致更高的位移。将脉冲长度提高到已经产生均匀温度分布的长度以上,将加热行为体周围和内部。周围的actor和内芯的固定光纤,这是应该避免的。位移将达到一个饱和,在图10中已经可以看出脉冲长度为3.6毫秒。因此,3毫秒的脉冲长度将是以下测试系列的一个好选择。作为FE模拟的结果,一个变形的单行为桥的样本如图11所示。

总而言之,基于激光的对中是一项有前途的技术,可以保证位置精度在亚微米以内。在亚微米范围内,因此可以实现新的系统和应用。这种方法不仅适用于制造高精度光纤准直器阵列,而且也适用于广泛的微观和微型光学元件,因为在这些元件中,标准的连接和定位技术不能保证所需的精度。





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