Комплекс для записи волоконных брэгговских решеток

ВБР. Метод записи фазовой маской

• внутренние методы записи, продуктом которых являются периодические структуры, известные как «решётки Хилла»;
• внешние методы записи, продуктом которых являются периодические структуры, оперирующие в диапазоне длин волн, отличающемся от используемого для записи решёток.

Принципиальная схема записи ВБР фазовой маской

-формирование центров окраса (GeE’);
-формирование центров GeH;
-уплотнение материала и изменение внутренних механических напряжений;
-пространственное разделение зарядов, приводящее к увеличению поляризованности вследствие электрооптического эффекта;
Все механизмы в той или иной степени влияют на процесс записи ВБР, причём относительный вклад каждого из них зависит от типа ОВ и метода увеличения фоточувствительности.

В основной своей массе в области телекоммуникаций и создания чувствительных элементов для датчиков применяются германосиликатные, боросиликатные ОВ и УФ-эксимерные лазеры (ArF, KrF). Основная причина использования УФ-излучения - повышенная фоторефрактивность и фоточувствительность ОВ в этом спектральном диапазоне.

ArF эксимерный лазер, встроенный в NORIA

Если подвести итог, в большем числе случаев оптимальным решением для массового производства ВБР является:

• использование метода фазовой маски;
• использование эксимерного УФ-лазера.

Запись ВБР. Станция NORIA

Комплекс для записи волоконных брэгговских решёток

Основные этапы записи ВБР

Оптическое волокно с повышенным содержанием диоксида германия Fibercore SM1500(4.2/125)

На рисунке представлена стандартная катушка оптического волокна одного из ведущих производителей ОВ для нефтегазовой отрасли - Fibercore.

Сварка оптического волокна

Подробно процесс сварки оптического волокна на примере специальных оптических волокон с сохранением поляризации приведён в описании решения на нашем сайте.

Для анализа спектральных характеристик ВБР, настройки схемы и контроля процесса записи, лучше всего предварительно производить сварку используемого ОВ с соответствующим пигтейлом: PM или изотропным.

Современные сварочные аппараты позволяют работать в автоматическом, полуавтоматическом и ручном режимах. Аппараты по умолчанию поставляются с набором алгоритмов сварки наиболее часто применяемых в мире волокон. В случае, если заказчик использует другие волокна, японская компания FITEL (Furukawa Electric) бесплатно разрабатывает оптимальные алгоритмы для необходимых комбинаций.

Сварочный аппарат FItel S185PM

Мы рекомендует уникальные приборы компании FITEL серии S185. Эти аппараты наиболее компактны, имеют улучшенную оптическую систему и работают от батареи. Всё это позволяет их считать одними из лучших на мировом рынке.

Подготовка торца волокна

Для стыковки волокна необходимо соответственным образом подготовить его торец. Обычно для сварки волокон угол между их осью и нормалью к торцевой поверхности должен составлять не более нескольких десятых градуса. Наиболее быстрым методом является скалывание, наиболее точным - полировка. 

Наибольшую популярность в настоящий момент имеют пружинные скалыватели, производящие насечку при помощи лезвия с алмазным напылением, имеющего форму диска. В некоторых случаях конструкция скалывателя подразумевает перемещение этого лезвия вручную.

Отличным решением является произведение насечки при предварительном натяжении. В своей лаборатории мы используем перестраиваемый программируемый скалыватель компании NorthLab Photonics, так как приходится работать с большим количеством типов волокон. Единственное, что нужно сделать оператору – поместить предварительно зачищенное волокно в устройство и выбрать один из нескольких режимов скалывания. В случае необходимости эти режимы легко перенастраиваются самим работником. Аппарат натянет волокно, подведёт вибрирующее лезвие с алмазным напылением к боковой поверхности и произведёт скалывание.

Скалыватель NorthLab Photonics ProCleave SD

На рисунке изображён скалыватель, позволяющий качественно подготавливать торец оптических волокон с диаметром от 80 до 230 мкм, что покрывает основные диаметры работающих в одномодовом режиме волокон на рынке. Программа скола легко настраивается оператором для достижения оптимального качества.

Снятие защитного покрытия

Качественное освобождение оптических волокон от защитного покрытия гарантирует уменьшение количества дефектов на поверхности кварцевой оболочки, и, как следствие, высокую прочность участка волокна, использующегося в технологической операции.

В основном на кварцевую оболочку оптических волокон наносят защитные покрытия одного из следующих типов:

Удаление акрилатного покрытия в большинстве случаев осуществляется стандартными инструментами вроде ручных стрипперов.

Ручной стриппер FITEL S211B

Этот тип инструментов подходит для проведения работ, к которым не предъявляются повышенные требования. При стыковке составляющих интерферометрических датчиков, лазеров, при записи ВБР с предварительной зачисткой акрилатного покрытия используются либо термострипперы, либо аппараты, буквально «сдувающие» акрилат потоком горячего воздуха.

Перестраиваемый термостриппер High Strength / Adjustable (NorthLab)                                 Стриппер Autostrip II (3SAE)                

В случае, если речь идёт об удалении полиимидного покрытия, можно выделить несколько основных решений: механическое воздействие лезвиями и плавное снятие защитного слоя плазменным полем. Последний метод, с нашей точки зрения, наиболее предпочтителен, так как минимизируется возможность механических повреждений оптического волокна.

Плазменный стриппер полиимидного покрытия PWS (3SAE)

Для удаления металлических покрытий наиболее часто используются кислотные растворы (например, для удаления медного применяется 20-50% раствор азотной кислоты). PM волокна металлом обычно не покрываются. 

Контроль спектральных характеристик и процесса запись ВБР

Для контроля характеристик ВБР, настройке схемы записи, необходимо анализировать спектр отражения решёток. Для этого в волокно вводят излучение широкополосного источника (ИИ), чаще всего ASE.

Широкополосный источник излучения FIBERPRO CLS561

Мы предлагаем широкий выбор источников широкополосного излучения. Из них стоит выделить прибор южнокорейской компании FIBERPRO, отличающийся широким и равномерным спектром: 1528 - 1603 нанометров.

Для анализа спектральных характеристик мы предлагаем зарекомендовавший себя как лучшее сочетание цены, качества и функциональных возможностей прибор американской компании Bristol Instruments.

Анализатор спектра Bristol 771A

Объединение усовершенствованной технологии интерферометра Майкельсона и быстрого Фурье-анализа позволило создать уникальный прибор 771A, объединяющий в себе анализатор спектра высокого разрешения и высокоточный измеритель длин волн. Анализатор позволяет производить измерения со спектральным разрешением до 2 ГГц в динамическом диапазоне более 40 дБ. Эти измерения дают полную информацию об основных параметрах оптического спектра и лазерного излучения.

Таким образом, разрешение и рабочий диапазон длин волн спектроанализатора, а также ширина спектра излучения источника определяют возможности анализа характеристик записываемых ВБР.

Разветвители и изоляторы

Оптическое волокно с приваренным пигтейлом присоединяется к Y-образному волоконному разветвителю. Два его порта с одной стороны соответствуют источнику излучения и спектроанализатору. Для того, чтобы отражение от ВБР и точек соединение коннекторов не влияли на спектр излучения источника, между этим источником и портом располагают изолятор. Оператор может наблюдать не спектр отражения, а спектр пропускания. В этом случае разветвитель не требуется, а к спектроанализатору подключается противоположный ИИ конец волокна.

Изолятор ISOS-15 AFW Technologies

Несмотря на простоту, качественные пассивные оптоволоконные компоненты являются одной из наиболее важных частей любой правильно функционирующей схемы. Мы представляем зарекомендовавшего себя производителя таких компонентов: AFW Technologies (Австралия).

Запись ВБР

Сердцем решения является станция NORIA, её изображение приведено на общей схеме в центре. Это малогабаритная установка (700 х 1000 х 1500 (мм)), источником излучения выступает эксимерный лазер Coherent. Смесь выбирается в зависимости от желаний заказчика: KrF (243 нм) или ArF (193 нм).

Участок волокно, соединённое с ИИ и спектроанализатором, помещают в специальный держатель, располагая область без защитного покрытия посередине.

Держатель оптического волокна NORIA

Изображение области записи ВБР (слева) и фотография держателя ФМ (справа)

Система автоматически размещает оптическое волокно относительно фазовой маски и производит запись соответственно настройке оператора. Общее время записи: около 30 секунд. Режим записи: одноимпульсный или многоимпульсный.

Запись ВБР

В процессе записи показания спектроанализатора позволяют оператору определить соответствие характеристик записываемой решётки Брэгга необходимым значениям.

Демонстрация установки NORIA

Аподизация ВБР

В спектре отражения волоконных решёток Брэгга присутствуют как  центральный пик отражения, так и боковые лепестки. Наличие дополнительных максимумов отражения зачастую является нежелательным, особенно если речь идёт об использовании массива ВБР в распределённых системах мониторинга.

Для того, чтобы уменьшить высоту боковых максимумов применяется метод аподизации профиля показателя преломления ВБР. Способов достичь подобного эффекта много, но наиболее распространённым является использование специальной апертуры, пространственно ограничивающей пучок записывающего излучения и, как следствие изменяющей распределения плотности энергии вдоль записываемой дифракционной структуры. Этот метод применяется и в Noria.

Аподизация профиля показателя преломления

Восстановление оптического покрытия

После записи ВБР оператор вынимает волокно с решёткой из установки. Следующая задача - защитить область записи. Волокно без покрытия уязвимо к механическим воздействиям, воде. Обычно покрытие восстанавливают. В зависимости от типа, используют либо специальный аппарат с УФ-отверждаемым акрилатом, либо восстановитель полиимидного покрытия. Мы рекомендуем лучшие на рынке устройства для выполнения этой задачи.

Восстановитель акрилатного покрытия ProCoater

Восстановитель акрилатного покрытия от компании NorthLab Photonics ProCoater является надёжным и наиболее компактным на рынке, что обусловливает его популярность.

Измерение характеристик массивов ВБР

При выполнении многих задач необходимо измерять такие параметры ВБР как вносимые потери, поляризационные преобразования. В случае, если необходимо проанализировать массив ВБР с идентичными центральными длинами волн отражения или малогабаритную оптоволоконную схему с большим количеством элементов, необходимо использовать OBR рефлектометр высокого разрешения. Принцип его действия описан в нашей статье. Сканирование в частотном диапазоне с последующим Фурье-преобразованием позволяет выделить событие отражения с пространственным разрешением в 10 мкм и проанализировать его спектральную характеристику.

Оптический рефлектометр обратного рассеяния OBR LUNA 4600 и пример рефлектограммы

LUNA OBR 4600 по праву считается уникальным прибором. На рефлектограмме чётко видны четыре решётки, записанные на отрезке ОВ длинной в полметра. Спектральное разрешение позволяет с лёгкостью получить чёткий спектр каждой из ВБР, в том числе, наблюдая провал, вызванный π-сдвигом, что не могут обеспечить большинство спектроанализаторов на рынке.

Специалисты нашей компании будут рады предоставить Вам любую дополнительную информацию о продукции и подобрать оптимальный инструмент для Вашей задачи. Для оформления заказа и уточнения условий поставки оборудования свяжитесь с нашими специалистами любым удобным для Вас способом