ICCSZ訊 近日獲悉,浦芮斯磁光開(kāi)關(guān)全面通過(guò)歐洲太空總署(European Space Agency,簡(jiǎn)稱ESA)的測(cè)試。在全球參選的共四家企業(yè)中,僅浦芮斯一家中國(guó)企業(yè),來(lái)自美國(guó)的三家企業(yè)中有一家出現(xiàn)失效。該項(xiàng)目是歐洲太空總署為驗(yàn)證不含機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的全固態(tài)光開(kāi)關(guān)是否可以應(yīng)用于太空領(lǐng)域所組織的一次公開(kāi)招標(biāo)邀請(qǐng)。
光開(kāi)關(guān)由于可以提供簡(jiǎn)潔的冗余配置、快速隔離、低速?gòu)?qiáng)度調(diào)制以及最基礎(chǔ)的光路切換功能,是許多光學(xué)系統(tǒng)的基本構(gòu)建單元,在太空領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用。ESA特別提到其涉及光開(kāi)關(guān)使用的八類(lèi)太空應(yīng)用:
1. 二氧化碳監(jiān)控激光雷達(dá)
2. 重力儀(波長(zhǎng)750/1580nm)
3. 光學(xué)傳感
4. 數(shù)字通信
5. 本地諧振分布
6. 光學(xué)通信
7. 光學(xué)點(diǎn)火技術(shù)
8. 激光干涉儀
不同技術(shù)類(lèi)型的光開(kāi)關(guān)已被成功應(yīng)用于地面應(yīng)用,比如光纖通信和光學(xué)傳感等。但對(duì)于將光開(kāi)關(guān)應(yīng)用于太空領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)和可能帶來(lái)的幫助,ESA尚未進(jìn)行過(guò)全面的分析。傳統(tǒng)機(jī)械式光開(kāi)關(guān)包括體光學(xué)技術(shù)和MEMS技術(shù),均須使用移動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)光的切換,其在可靠性和速度上的劣勢(shì)限制了其在太空領(lǐng)域的應(yīng)用。因此,本次公開(kāi)招標(biāo)比選測(cè)試限定于全固態(tài)光開(kāi)關(guān),由TUV Nord子公司Alter Technology、馬德里理工大學(xué)和ESA聯(lián)合進(jìn)行,考慮技術(shù)方案包括:體電光技術(shù)、波導(dǎo)電光技術(shù)、磁光技術(shù)、聲光技術(shù)、液晶技術(shù)以及熱光技術(shù):
熱光技術(shù)由于沒(méi)有商業(yè)化產(chǎn)品,放棄;
液晶技術(shù)只能以定制品進(jìn)行測(cè)試,無(wú)法直接獲得,且無(wú)供應(yīng)商愿意參與,放棄;
聲光技術(shù)損耗大于3dB,驅(qū)動(dòng)電路過(guò)于復(fù)雜,放棄;
最終僅三種技術(shù)/四家企業(yè)確認(rèn)進(jìn)入比選,磁光技術(shù)(浦芮斯、Agiltron)、體電光技術(shù)(Agiltron、BATi)和波導(dǎo)電光技術(shù)(Epiphotonics)。
測(cè)試方案簡(jiǎn)列如下:
光學(xué)/電學(xué)指標(biāo)測(cè)試:插損、串?dāng)_、速度、偏振相關(guān)損耗(PDL)、偏振消光比(PER)
機(jī)械性能測(cè)試:振動(dòng)、沖擊
真空溫度循環(huán)測(cè)試
輻照測(cè)試
破壞性物理分析
一:振動(dòng)測(cè)試
所有產(chǎn)品在三個(gè)正交軸方向均持續(xù)振動(dòng)三分鐘,同時(shí)光開(kāi)關(guān)以大致10秒的周期進(jìn)行切換。振動(dòng)參數(shù)如下表:
振動(dòng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)和X軸隨機(jī)振動(dòng)截面如下圖:
圖一:振動(dòng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)
圖二:X軸隨機(jī)振動(dòng)截面
針對(duì)所有產(chǎn)品的光學(xué)輸出在線測(cè)試“開(kāi)”和“關(guān)”兩個(gè)狀態(tài),從而可以得到插損和串?dāng)_。所有產(chǎn)品順利通過(guò)了該測(cè)試,結(jié)果如下圖:
圖三:X軸振動(dòng)中樣品光學(xué)輸出在線監(jiān)控曲線
二:SRS沖擊測(cè)試
所有產(chǎn)品在三個(gè)正交軸方向均進(jìn)行500g半正弦1毫秒脈沖沖擊測(cè)試。所有產(chǎn)品在沖擊測(cè)試之后沒(méi)有觀察到光學(xué)/電學(xué)性能的變化。唯獨(dú)EpiPhotonics公司產(chǎn)品出現(xiàn)損傷,其輸入端脫落。
三:真空溫度循環(huán)測(cè)試
所有產(chǎn)品置于真空爐內(nèi)進(jìn)行高低溫循環(huán)測(cè)試,具體參數(shù)如下表:
真空溫循測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)和光學(xué)輸出的監(jiān)測(cè)結(jié)果如下圖:
圖四:真空溫循測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)
圖五:真空溫循中光學(xué)輸出在線監(jiān)測(cè)曲線
四:輻照測(cè)試
Gamma輻照測(cè)試在坐落于西班牙Seville的國(guó)家加速器中心(CAN)進(jìn)行:輻照劑量速率約210rad/(Si)h,累積劑量約100krad/(Si),耗時(shí)約480小時(shí)。測(cè)試期間在線測(cè)量產(chǎn)品的光學(xué)輸出,測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)測(cè)結(jié)果如下圖:
圖六:Gamma輻照測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)
圖七:輻照中光學(xué)輸出在線監(jiān)測(cè)曲線
由于國(guó)家加速器中心的正常運(yùn)營(yíng)時(shí)間所導(dǎo)致的測(cè)試過(guò)程中的輻照中斷干擾在圖中以黑點(diǎn)標(biāo)識(shí),這些中斷干擾累積不超過(guò)2小時(shí)??梢杂^察到,輻照中斷干擾確實(shí)會(huì)對(duì)光開(kāi)關(guān)的輸出光功率產(chǎn)生影響,主要是的光開(kāi)關(guān)的“關(guān)”狀態(tài),也就是說(shuō)串?dāng)_易受干擾。
五:破壞性物理分析
最后對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行了破壞性的物理拆解分析。只有來(lái)自EpiPhotonics的產(chǎn)品在沖擊測(cè)試中輸入光纖斷裂。
以測(cè)試過(guò)程中每種產(chǎn)品的測(cè)試數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方差為測(cè)試不確定度,然后將具體測(cè)試完成之后每個(gè)參數(shù)相對(duì)于該不確定度的偏離與該不確定度進(jìn)行比較;并使用學(xué)生t-分布技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,從而得出該項(xiàng)測(cè)試能否通過(guò)的明確判據(jù)。依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn),除開(kāi)以上提到的來(lái)自EpiPhotonics的產(chǎn)品之外,所有參選產(chǎn)品通過(guò)了所有測(cè)試。
總結(jié)
1.對(duì)于要求較高的開(kāi)關(guān)速度的應(yīng)用來(lái)說(shuō),體電光技術(shù)表現(xiàn)得比磁光技術(shù)稍好;然而其串?dāng)_較差;
2.磁光技術(shù)展現(xiàn)了卓越的全方面性能,除開(kāi)切換速度以外。而且該技術(shù)商業(yè)化程度很高;
3.波導(dǎo)電光技術(shù)速度很快。它所顯示的機(jī)械性能故障相信可以解決,然而其過(guò)于復(fù)雜,難以操作,且損耗過(guò)大,而且其快速響應(yīng)性能同樣可以在體電光技術(shù)上獲得,因此不推薦該技術(shù)用于太空領(lǐng)域;
4.相比較輻照和振動(dòng),光開(kāi)關(guān)對(duì)溫度更敏感;
5.并未發(fā)現(xiàn)在光開(kāi)關(guān)的保偏版本和常規(guī)單模光纖版本之間有區(qū)別;
6.并未發(fā)現(xiàn)在光開(kāi)關(guān)的高功率版本和常規(guī)功率版本之間有區(qū)別;
鑒于此,Alter Technology、馬德里理工大學(xué)和歐洲太空總署推薦:
1.在太空領(lǐng)域使用體電光技術(shù)和磁光技術(shù)。體電光技術(shù)應(yīng)用于對(duì)開(kāi)關(guān)速度有極高要求的場(chǎng)合,而磁光技術(shù)應(yīng)用于對(duì)串?dāng)_要求苛刻的領(lǐng)域;
2.如欲獲得恒定的光功率輸出,建議對(duì)光開(kāi)關(guān)進(jìn)行溫控。