浦芮斯磁光開(kāi)關(guān)通過(guò)歐洲太空總署測試

  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(chēng)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(lái)自美國的三家企業(yè)中有一家出現失效。該項目是歐洲太空總署為驗證不含機械運動(dòng)部件的全固態(tài)光開(kāi)關(guān)是否可以應用于太空領(lǐng)域所組織的一次公開(kāi)招標邀請。

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

  1. 二氧化碳監控激光雷達

  2. 重力儀(波長(cháng)750/1580nm)

  3. 光學(xué)傳感

  4. 數字通信

  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)已被成功應用于地面應用，比如光纖通信和光學(xué)傳感等。但對于將光開(kāi)關(guān)應用于太空領(lǐng)域所面臨的挑戰和可能帶來(lái)的幫助，ESA尚未進(jìn)行過(guò)全面的分析。傳統機械式光開(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)現光的切換，其在可靠性和速度上的劣勢限制了其在太空領(lǐng)域的應用。因此，本次公開(kāi)招標比選測試限定于全固態(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)行測試，無(wú)法直接獲得，且無(wú)供應商愿意參與，放棄;

  聲光技術(shù)損耗大于3dB，驅動(dòng)電路過(guò)于復雜，放棄;

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

  測試方案簡(jiǎn)列如下：

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

  機械性能測試：振動(dòng)、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(dòng)測試

  所有產(chǎn)品在三個(gè)正交軸方向均持續振動(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)參數如下表：

  振動(dòng)測試現場(chǎng)和X軸隨機振動(dòng)截面如下圖：

  圖一：振動(dòng)測試現場(chǎng)

  圖二：X軸隨機振動(dòng)截面

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

  圖三：X軸振動(dòng)中樣品光學(xué)輸出在線(xiàn)監控曲線(xiàn)

  二：SRS沖擊測試

  所有產(chǎn)品在三個(gè)正交軸方向均進(jìn)行500g半正弦1毫秒脈沖沖擊測試。所有產(chǎn)品在沖擊測試之后沒(méi)有觀(guān)察到光學(xué)/電學(xué)性能的變化。唯獨EpiPhotonics公司產(chǎn)品出現損傷，其輸入端脫落。

  三：真空溫度循環(huán)測試

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

  真空溫循測試現場(chǎng)和光學(xué)輸出的監測結果如下圖：

  圖四：真空溫循測試現場(chǎng)

  圖五：真空溫循中光學(xué)輸出在線(xiàn)監測曲線(xiàn)

  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(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)。測試期間在線(xiàn)測量產(chǎn)品的光學(xué)輸出，測試現場(chǎng)和監測結果如下圖：

  圖六：Gamma輻照測試現場(chǎng)

  圖七：輻照中光學(xué)輸出在線(xiàn)監測曲線(xiàn)

  由于國家加速器中心的正常運營(yíng)時(shí)間所導致的測試過(guò)程中的輻照中斷干擾在圖中以黑點(diǎn)標識，這些中斷干擾累積不超過(guò)2小時(shí)?？梢杂^(guān)察到，輻照中斷干擾確實(shí)會(huì )對光開(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)串擾易受干擾。

  五：破壞性物理分析

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

  以測試過(guò)程中每種產(chǎn)品的測試數據標準方差為測試不確定度，然后將具體測試完成之后每個(gè)參數相對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)行統計分析，從而得出該項測試能否通過(guò)的明確判據。依據該標準，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)了所有測試。

  總結

  1.對于要求較高的開(kāi)關(guān)速度的應用來(lái)說(shuō)，體電光技術(shù)表現得比磁光技術(shù)稍好;然而其串擾較差;

  2.磁光技術(shù)展現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.波導電光技術(shù)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(guò)于復雜，難以操作，且損耗過(guò)大，而且其快速響應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)對溫度更敏感;

  5.并未發(fā)現在光開(kāi)關(guān)的保偏版本和常規單模光纖版本之間有區別;

  6.并未發(fā)現在光開(kāi)關(guān)的高功率版本和常規功率版本之間有區別;

  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)應用于對開(kāi)關(guān)速度有極高要求的場(chǎng)合，而磁光技術(shù)應用于對串擾要求苛刻的領(lǐng)域;

  2.如欲獲得恒定的光功率輸出，建議對光開(kāi)關(guān)進(jìn)行溫控。