(可行性报告)光器件高光耦合自动调芯的关键技术研究

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1、科技计划项目可行性报告项目名称：光器件高光耦合自动调芯的关键技术研究涉及技术领域：光机电一体化关键词：高效光耦合；自动调芯；模式搜索承担单位：中山火炬职业技术学院项目类型：中山火炬职业技术学院2010年4月一、项目主要内容1.1项目研究的目的意义我国物联网建设正迅速展开，物联网是智能化识别和管理的网络，即把光纤传感器、射频识别（RFID）、激光扫描器等信息传感设备装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后通过光纤或无线网络连接起来，进行信息交换和通讯以实现

2、智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，最终实现“智慧地球”。2008年ITU会议决定：2015年实现物体基本互联，2020年实现智能社会的雏形。2009年8月7日，温家宝在无锡视察中科院物联网技术研发中心时指出，要尽快突破核心技术。除了物联网的迅速发展外，我国也在大力推动“三网合一”的进程。2010年1月13日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合，会议上明确了三网融合的时间表。因此10年内物联网的大规模普及和“三网合一”建设进程的加快，对

3、光耦合器件的需求将呈现出井喷式增长，将形成一个上万亿元规模的高科技市场，其产业规模要比目前互联网大30倍。物联网核心技术之一是智能化的光网络，在组建物联网中需大量采用的各种有源、无源的多种光耦合器件，例如光纤光放大器、光纤激光器、光功率分配器、光耦合器、光隔离器、波分复用器、光滤波器、偏振分束器等各种插入控制器件等，都需要与光纤或平面波导进行高精度的有效耦合，以实现对光信号的精密控制。由于物联网中对光探测、光传输是单模工作方式，光模场直径小，仅3－8微米，并且常集成多通道光路，使各种光耦合器件之间

4、的高效率、高精度光耦合成为物联网建设的关键问题之一。目前我国光耦合器件生产、光波导耦合等90%以上靠手工、半自动完成。例如激光二极管的耦合封装，虽然可以自动点焊连接，但是微光路对准过程仍需借助显微镜人工完成，耗时长、成品率低、可靠性差；另如我国光波导器件生产，一般都利用高精度调整架用常规手动操作完成对准耦合，需要有经验的专业技师花费数小时才能完成，特别是在耦合损耗进入0.3dB后，相应的微操作十分困难。采用人工操作制备的产品显著缺陷就是重复性很差、器件性能的一致性差、成品率低、生产效率很低、生产成

5、本高。在光耦合器件耦合精度方面，目前国际上采用高精度自动耦合仪使单耦合点损耗小于0.15dB，而我国采用人工半自动耦合方式，最优耦合精度仅能达到0.3dB。特别是在今后几年，物联网技术和光信息技术的发展都具有两个显著的特点：一是向规模化方向发展，物联网的建设需要大量的各种光耦合器件；二是向微型化、高集成度方向发展，光耦合器件集成的通道数更多，然而尺寸越来越小，耦合精度要求更高。这些特点是目前手工和半自动生产方式所无法胜任的，而解决上述问题的唯一途径就是采用高效耦合的自动调芯仪应用于光耦合器件大规模

6、生产。为了解决光耦合问题，国内外的公司和科研院所纷纷进行了深入研究，利用高精度设备配合相应的耦合算法制成自动对准设备实现自动对准耦合，以提高系统的封装效率，降低损耗。目前仅美国日本等少数国家能生产高精度自动耦合仪，由于此仪器可应用于国防军事等敏感领域，因此国际上对我国实行技术封锁，仅能以高价来购买其低端产品，而无法引进相关核心技术。这些仪器和算法存在的问题主要包括：空间可控制调整的自由度少、系统运行时间长、对于均匀性问题处理效果不稳定，并且价格昂贵，一套民用自动耦合设备要数十万美元。因此，开发具有

7、自主知识产权高效光耦合自动调芯仪成为当前我国物联网建设和光信息技术规模化发展的迫切任务之一。高效光耦合自动调芯仪主要包括两个部分：高精密自动耦合平台和快速调芯算法。目前我国在高精密自动平台的制备方面已接近国际同等水平，而主要存在的问题在于光耦合算法最优初始参数的获得，以及如何设置适当的调芯算法来提高耦合精度，加快耦合速度。本课题从解决光器件高效耦合关键问题出发，以研发具有自主知识产权的高效光耦合自动调芯仪为目标，重点研究：1、耦合精度与耦合损耗及平台运动特性的关系，为耦合算法的初始参数设置提供理论

8、依据；2、基于爬山法粗调芯和模式搜索精密调芯的混合算法，通过目的寻优加快自动耦合过程。将模式搜索精密耦合算法引入光耦合器件自动调芯中，与传统的调芯算法相比，可避免多个自由度之间的交叉耦合，实现多自由度的同时迭代寻优。通过上述研究，可望研制出一套高效光耦合自动调芯仪的实验室原理样机，在满足目前光器件耦合功率的前提下，提高耦合精度，缩短耦合时间，并解决高精度耦合过程所涉及的相应应用基础理论问题。为进一步完善微光路耦合方法和理论，解决目前光耦合器件手工制造可靠性低、质量一致性差、速度慢、