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光波导器件对接耦合的自动化技术研究

隋国荣  
【摘要】: 集成光波导器件具有体积小、功能集成度高、适于批量生产等优点,在光通信干线网的超高速传输、以及接入网的光纤到户技术中,得到了愈益广泛的应用。在光纤通信网络中导入波导器件,必须解决光纤和光波导的连结封装,关键工作有两个方面,一个是光纤列阵与波导的低损耗对接,另一个是稳定可靠的封装工艺。其中光纤列阵与波导的低损耗对接涉及多通道、亚微米精度的端面耦合,且要求达到批量生产水平,是尤为重要的关键技术。国外采用调芯流程自动化的方法来解决,自动调芯机理沿袭常规的人工操作思路,依靠严密的逻辑判断和高精度的伺服操作,调芯系统由高品质设备构成,工作环境要求高度稳定,系统成本很高。常规自动调芯方案要求的系统稳定性和硬件指标从经费和技术上都给国内自主研发拔高了门槛,为此本论文工作围绕光波导芯片封装技术的关键,主要针对自动调芯对接耦合技术,旨在开发有望降低系统要求和硬件指标的新的自动调芯方案及其样机系统。 本论文研究工作对光波导-光纤端面耦合做了比较详细的理论分析,结合遗传算法和演化算法等最优化理论,提出了中心积分调芯法、自适应遗传调芯法和多目标演化调芯法三种完全不同于常规方法的新的自动调芯方案,采用数值仿真技术验证了各方案的可行性,编制了程序控制软件,研制了相应的自动调芯样机系统。 在同一波导样品的条件下,采用本论文工作开发的样机系统和中心积分调芯法与日本Moritex公司和日本骏河精机公司的调芯仪做了比对调芯实验,结果证实试制样机在实现低损耗端面耦合方面具备了与国外设备同等的效能。 上述三种调芯方案之间也做了横向比对实验,结果显示,在插入损耗指标方面,中心积分法效果最好;在自动化程度方面,自适应遗传法和多目标演化法具有同等的优势;在均匀性和调芯速度指标方面,多目标演化法优势明显。另外,三种调芯方案被用于光纤-波导-光纤列阵系统的对接自动调芯结果表明,通道插入损耗和均匀性指标全部达到了Telcordia的GR-1209标准。 采用本论文工作试制的样机系统实施了1×8、1×16和1×32三种石英光波导功分器的封装试验,封装后的样品在85℃和85%的湿度条件下,做了累计500小时的耐环境试验,结果表明各通道的插入损耗变动量和偏振相关变动量的数据完全满足国内外现行的行业指标。 上述一些列实验结果表明,本论文的研究工作具有明显的实用价值,其成果对推进波导器件封装的技术进步,丰富自动调芯机理的学术研究具有重要意义。


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