浦芮斯磁光開關通過歐洲太空總署測試

  ICCSZ訊 近日獲悉，浦芮斯磁光開關全面通過歐洲太空總署(European Space Agency，簡稱ESA)的測試。在全球參選的共四家企業(yè)中，僅浦芮斯一家中國企業(yè)，來自美國的三家企業(yè)中有一家出現(xiàn)失效。該項目是歐洲太空總署為驗證不含機械運動部件的全固態(tài)光開關是否可以應用于太空領域所組織的一次公開招標邀請。

  光開關由于可以提供簡潔的冗余配置、快速隔離、低速強度調制以及最基礎的光路切換功能，是許多光學系統(tǒng)的基本構建單元，在太空領域有十分廣泛的應用。ESA特別提到其涉及光開關使用的八類太空應用：

  1. 二氧化碳監(jiān)控激光雷達

  2. 重力儀(波長750/1580nm)

  3. 光學傳感

  4. 數(shù)字通信

  5. 本地諧振分布

  6. 光學通信

  7. 光學點火技術

  8. 激光干涉儀

  不同技術類型的光開關已被成功應用于地面應用，比如光纖通信和光學傳感等。但對于將光開關應用于太空領域所面臨的挑戰(zhàn)和可能帶來的幫助，ESA尚未進行過全面的分析。傳統(tǒng)機械式光開關包括體光學技術和MEMS技術，均須使用移動部件實現(xiàn)光的切換，其在可靠性和速度上的劣勢限制了其在太空領域的應用。因此，本次公開招標比選測試限定于全固態(tài)光開關，由TUV Nord子公司Alter Technology、馬德里理工大學和ESA聯(lián)合進行，考慮技術方案包括：體電光技術、波導電光技術、磁光技術、聲光技術、液晶技術以及熱光技術：

  熱光技術由于沒有商業(yè)化產(chǎn)品，放棄;

  液晶技術只能以定制品進行測試，無法直接獲得，且無供應商愿意參與，放棄;

  聲光技術損耗大于3dB，驅動電路過于復雜，放棄;

  最終僅三種技術/四家企業(yè)確認進入比選，磁光技術(浦芮斯、Agiltron)、體電光技術(Agiltron、BATi)和波導電光技術(Epiphotonics)。

  測試方案簡列如下：

  光學/電學指標測試：插損、串擾、速度、偏振相關損耗(PDL)、偏振消光比(PER)

  機械性能測試：振動、沖擊

  真空溫度循環(huán)測試

  輻照測試

  破壞性物理分析

  一：振動測試

  所有產(chǎn)品在三個正交軸方向均持續(xù)振動三分鐘，同時光開關以大致10秒的周期進行切換。振動參數(shù)如下表：

  振動測試現(xiàn)場和X軸隨機振動截面如下圖：

  圖一：振動測試現(xiàn)場

  圖二：X軸隨機振動截面

  針對所有產(chǎn)品的光學輸出在線測試“開”和“關”兩個狀態(tài)，從而可以得到插損和串擾。所有產(chǎn)品順利通過了該測試，結果如下圖：

  圖三：X軸振動中樣品光學輸出在線監(jiān)控曲線

  二：SRS沖擊測試

  所有產(chǎn)品在三個正交軸方向均進行500g半正弦1毫秒脈沖沖擊測試。所有產(chǎn)品在沖擊測試之后沒有觀察到光學/電學性能的變化。唯獨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)測試

  所有產(chǎn)品置于真空爐內(nèi)進行高低溫循環(huán)測試，具體參數(shù)如下表：

  真空溫循測試現(xiàn)場和光學輸出的監(jiān)測結果如下圖：

  圖四：真空溫循測試現(xiàn)場

  圖五：真空溫循中光學輸出在線監(jiān)測曲線

  四：輻照測試

  Gamma輻照測試在坐落于西班牙Seville的國家加速器中心(CAN)進行：輻照劑量速率約210rad/(Si)h，累積劑量約100krad/(Si)，耗時約480小時。測試期間在線測量產(chǎn)品的光學輸出，測試現(xiàn)場和監(jiān)測結果如下圖：

  圖六：Gamma輻照測試現(xiàn)場

  圖七：輻照中光學輸出在線監(jiān)測曲線

  由于國家加速器中心的正常運營時間所導致的測試過程中的輻照中斷干擾在圖中以黑點標識，這些中斷干擾累積不超過2小時?？梢杂^察到，輻照中斷干擾確實會對光開關的輸出光功率產(chǎn)生影響，主要是的光開關的“關”狀態(tài)，也就是說串擾易受干擾。

  五：破壞性物理分析

  最后對被測樣品進行了破壞性的物理拆解分析。只有來自EpiPhotonics的產(chǎn)品在沖擊測試中輸入光纖斷裂。

  以測試過程中每種產(chǎn)品的測試數(shù)據(jù)標準方差為測試不確定度，然后將具體測試完成之后每個參數(shù)相對于該不確定度的偏離與該不確定度進行比較;并使用學生t-分布技術進行統(tǒng)計分析，從而得出該項測試能否通過的明確判據(jù)。依據(jù)該標準，除開以上提到的來自EpiPhotonics的產(chǎn)品之外，所有參選產(chǎn)品通過了所有測試。

  總結

  1.對于要求較高的開關速度的應用來說，體電光技術表現(xiàn)得比磁光技術稍好;然而其串擾較差;

  2.磁光技術展現(xiàn)了卓越的全方面性能，除開切換速度以外。而且該技術商業(yè)化程度很高;

  3.波導電光技術速度很快。它所顯示的機械性能故障相信可以解決，然而其過于復雜，難以操作，且損耗過大，而且其快速響應性能同樣可以在體電光技術上獲得，因此不推薦該技術用于太空領域;

  4.相比較輻照和振動，光開關對溫度更敏感;

  5.并未發(fā)現(xiàn)在光開關的保偏版本和常規(guī)單模光纖版本之間有區(qū)別;

  6.并未發(fā)現(xiàn)在光開關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、馬德里理工大學和歐洲太空總署推薦：

  1.在太空領域使用體電光技術和磁光技術。體電光技術應用于對開關速度有極高要求的場合，而磁光技術應用于對串擾要求苛刻的領域;

  2.如欲獲得恒定的光功率輸出，建議對光開關進行溫控。