Моторизированные позиционеры для выравнивания волокна серии U от Luminos с разрешением по осям XY 10 нм
03.06.2021
В позиционерах сверхвысокого разрешения серии U от компании Luminos используется сверхточный привод с линейным шаговым двигателем, обеспечивающий лучший в отрасли двунаправленный люфт 0,1 мкм с возможностью инкрементного перемещения с разрешением менее 10 нм по осям X и Y. Позиционеры обеспечивают полный диапазон перемещения по осям XYZ 2,5х2,5х12,7 мм и отличаются значительными улучшениями по сравнению с другими позиционерами Luminos.
Позиционеры серии U представляют значительный скачок в возможностях автоматизации, обеспечивая пятикратное увеличение разрешения и увеличение скорости в 12 раз при увеличении диапазона хода двигателя в 25 раз. Производительность намного превосходит требования по выравниванию одномодового волокна SMF-28. При использовании шагового двигателя нет необходимости в компенсации замкнутого контура или в позиционерах с точной регулировкой, а также в дополнительных контроллерах. Можно легко настроить SM волноводы с точностью до 0,01 дБ без компенсации люфта.
В серию U входят:
- U6 Ultra XYZ/RYP - шестиосевой транслятор для микропозиционирования;
- U3 Ultra XYZ - трехосевой транслятор для микропозиционирования.
Выравнивание волокна, не требующее пьезодвигателя.
В индустрии фотоники принято считать, что выравнивание должно разрешаться примерно до 1% размера пучка или диаметра модового поля (MFD). Для юстировки SMF-28 с MFD 10 мкм разрешение 100 нм обычно приемлемо. С появлением современных планарных фотонных устройств возрастает потребность в выравнивании все меньших и меньших волноводных структур, иногда даже размером до 2 мкм.
В связи с этим для позиционеров необходим новый стандарт разрешения около 20 нм. Большинство основных производителей столиков для позиционирования предлагают системы автоматического выравнивания, в которых используются позиционеры с грубым и точным перемещением с несколькими уровнями контроллеров, чтобы соответствовать требованиям разрешения. Большинство из них имеют электропривод с люфтом до 5-10 мкм. Поэтому использование пьезопозиционеров приводит к увеличению сложности системы.
Сверхмалый люфт.
Позиционеры Luminos уникальные в отрасли, обеспечивают стабильные характеристики с помощью встроенной платформы позиционирования без трения, что позволяет приводам работать с равномерной нагрузкой. При юстировке волноводов по осям X И Y обычно требуется более чем в 5 раз более высокое разрешение, чем по оси Z. Позиционеры Luminos используют запатентованную технологию Ratio Drive по осям выравнивания X и Y. Все актюаторы XYZ перемещаются на 12,5 мм, однако на автоматических позиционерах Luminos серии U X и Y перемещаются на 2,5 мм под управлением двигателя. Это приводит к 5-кратному увеличению точности по наиболее важным осям X и Y, обеспечивая невероятно низкий двунаправленный люфт 0,1 мкм с разрешением 10 нм без использования пьезодвигателей.
Юстировка фотонного волновода.
Чувствительность бокового выравнивания.
Чтобы понять уровень точности, необходимый для юстировки фотонных волноводов, рассмотрим эталон: одномодовое оптическое волокно SMF-28 с 10-мкм диаметром модового поля (MFD). На рисунке 1 показано, как концы двух волоконно-оптических волноводов будут перемещаться в направлении X для проверки оптических потерь в зависимости от бокового выравнивания. Обычно одно волокно подключается к источнику излучения, а другое - к измерителю мощности. Оптические потери одинаково чувствительны к боковому перемещению в направлениях X и Y для SMF-28. По мере того, как промышленность движется к усовершенствованным устройствам с планарными оптическими волноводами, все чаще встречаются планарные волноводы с MFD 2-3 мкм. Для систем позиционирования становится еще более важным иметь запас.
На рисунке 2 показан график зависимости оптических потерь от бокового выравнивания оптических волокон SMF-28 в диапазоне +/- 1 мкм от идеального выравнивания. Большинство измерителей оптической мощности имеют разрешение 0,01 дБ, что соответствует целевому диапазону смещения по оси X 0,46 мкм. Если бы система позиционирования имела двунаправленный люфт менее 0,46 мкм, тогда было бы возможно написать программное обеспечение для оптимизации, которое бы не полагалось на компенсацию люфта. Также стала бы возможной разработка системы позиционирования, которая не должна переключаться между грубым и точным управлением перемещением. Большинство двигателей на рынке, которые могут соответствовать требованиям, указанным на рисунке 2, представляют собой сложные устройства с замкнутым контуром с энкодерами или составные приводы с шаговыми двигателями, часто со встроенными дополнительными пьезодвигателями. Позиционеры Luminos предлагают множество преимуществ. Позиционеры Luminos серии U обеспечивают уникальную для рынка архитектуру позиционирования. Компания предлагает единственные позиционеры, которые могут обеспечить двунаправленный люфт 0,1 мкм по осям X и Y с помощью простых элементов управления пошаговым двигателем. Юстировка волновода без использования пьезоэлектрических двигателей или энкодеров. Фактически, рисунок 2 показывает, что есть запас точности для требований юстировки SMF-28.
 Рисунок 1. Перемещение двух концов оптического волокна по оси X. |
 Рисунок 2. Зависимость оптических потерь от бокового выравнивания волокна. |
Чувствительность осевого совмещения
На рисунке 3 показано, как будут перемещены концы двух оптических волокон для проверки оптических потерь в сравнении с осевым выравниванием. Предполагается, что оптические волокна идеально выровнены по осям X и Y, и изменяется только положение Z. Измерения потерь, показанные на рисунках 2 и 4, были проведены с иммерсионной жидкостью между концами оптических волокон, чтобы устранить эффекты интерференции Френеля.
На рисунке 4 представлены оптические потери в зависимости от размера осевого зазора, оптические потери гораздо менее чувствительны к осевому смещению, чем к поперечному, как показано на рисунке 2. Разница в значении для смещения 0,01 дБ измеряется как 3,76 мкм против 0,46 мкм. Эта различная чувствительность выравнивания может быть значительной для оптических волокон с малой числовой апертурой. Система Ratio Drive, работает с тщательно спроектированными приводные механизмы изгиба без трения по осям X и Y. Также Ratio Drive от Luminos отличается повышенной стабильностью. Когда двигатели слегка нагреваются, любое результирующее изменение положения, вызванное термическим воздействием, также уменьшается на то же отношение. В результате позиционеры Luminos являются более стабильными по сравнению с другими двигателями, они поддерживают очень стабильную регулировку при простое в течение длительных периодов времени, даже нескольких дней.
 Рисунок 3. Перемещение двух концов оптического волокна по оси Z. |
 Рисунок 4. Зависимость оптических потерь от размера осевого зазора. |
Компания «Специальные Системы. Фотоника» является партнером Luminos и оказывает техническую поддержку по всей линейке продукции Luminos на территории России и ЕАЭС.
Вы можете получить любую дополнительную информацию о продукции и технологиях Luminos, обратившись к специалистам нашей компании.
