基于可检测性的设计理念的保偏双光纤准直器精密封装技术

　　0　引　言

　　保偏双光纤准直器是一种光无源器件。由于能稳定地传输2个正交的线偏振光,并能长距离地保持各自光的偏振态不变,因此在光通信、光纤传感、光纤陀螺等领域得到广泛应用^[1] 。但是它的封装工艺尚有实验室的痕迹,不完全适合产业生产的需要。现行的光纤准直器装配是用五维调节架手工调节各元件相对位置,利用光功率计进行在线监控,监测准直器插入损耗值的变化至插损最小时,上胶、固化。严格意义上讲,以五维调整架为核心设备的准直器装配系统是实验设备,不是产业化生产的专用设备。它的调整环节过多,没有组成封闭装配尺寸链,因此闭环不易满足技术要求。不可避免引入人为的偶然误差,产品质量一致性不好,生产效率较低。

　　随着光通信系统向大容量、高速率方向的迅速发展,对光纤准直器的产业化制造提出的技术要求越来越高。因此,装配工艺及装备成为近年来准直器制造方向研究的关键技术。文献^[2]研究了光纤准直器的结构和装配工艺,较好地满足了精密加工和便于调节两方面要求,既简化了调节过程,又放宽了自聚焦透镜节距长的容差,有利于提高生产率和降低成本。文献^[3]从光学耦合的角度出发,研究了光纤准直器的合理结构。文献^[4]运用高斯光学证明了插损最小处的间隙d、探测光斑w和最小插损比三者之间的对应关系,提出通过探测光斑来控制间隙从而达到最小插损。

　　作者从系统工程角度出发,运用DFT(Design ForTest)技术研究了保偏双光纤准直器的合理结构和尺寸公差,并在充分考虑保偏双光纤准直器在规模生产中的可检测性前提下,制定装配工艺,设计封装设备,力求在装配制造的同时确保产品的质量,并完成保偏双光纤准直器封装装备的设计试制,应用于产业化生产。

　　1　结构分析

　　保偏双光纤准直器结构如图1所示,由准直器套管、自聚焦透镜和双尾纤精密封装而成。其检测指标是插入损耗和回波损耗,要求光纤准直器保证尽量低的插入损耗和尽量高的回波损耗。

　　DFT是一种自顶而下的设计方法。基于DFT的封装技术要求在产品装配过程中,实时检测其以插入损耗为主的技术指标,并反馈指导光纤准直器的封装动作。为确定保偏双光纤准直器合理的工艺和装配技术,需要考察产品总体特性与装配体内、外部特性的关系是否合理。

　　1.1　准直器和双光纤头的合理结构

　　光在普通单模光纤中传输时,任何非对称因素(如纤芯的非圆对称度、加载外力等)都将在光纤中引入双折射效应而导致光特性的改变。在实际光传输中,由于光纤应力随环境和温度而不断变化,因此,普通光纤中光的偏振模态是不稳定的,但如果在光纤内部引入高双折射效应来对抗应力变化的干扰,就能维持光纤中传输光的偏振态。保偏光纤正是基于此原理来保持偏振光的稳定传输状态的。保偏器件的目的就是在接续或者耦合两根保偏光纤中的偏振光时,尽量保持偏振光原有的偏振状态或者对偏振态进行某种变换。