Исследование и разработка конструкции и технологии изготовления интегрально-оптических демультиплексоров для информационно-измерительных приборов и систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.14, кандидат технических наук Костенко, Кирилл Николаевич

• Костенко, Кирилл Николаевич
• кандидат технических наук
• 2008

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка конструкции и технологии изготовления интегрально-оптических демультиплексоров для информационно-измерительных приборов и систем»

Актуальность темы.5

Цель работы.8

Научная новизна.9

Практическая ценность работы.10

Апробация работы.12

Публикации.12

Структура и объем работы.12

Краткое содержание работы.12

Заключение диссертации по теме «Технология приборостроения», Костенко, Кирилл Николаевич

Выводы к Главе 4.

1. Проведена теоретическая и экспериментальная оценка собственных механических колебаний световодных структур демультиплексоров. Было рассчитано, что резонансная частота для десятиканального демультиплексора превышает 105 Гц. В процессе испытаний резонансных явлений не выявлено.

2. Экспериментально подтверждена стойкость интегрально-оптических демультиплексоров к воздействию синусоидальной механической вибрации в диапазоне 10-2000 Гц с виброускорением до 40g, механическому удару многократного действия с пиковым ударным ускорением 150g, изменению температуры от минус 60°С до +85°С.

3. Экспериментально показана возможность применения интегрально-оптических демультиплексоров для построения волоконно-оптических каналов информационного обмена, входящих в состав информационно' измерительных систем подвижных объектов.

Заключение

В диссертации разработана и исследованы конструкции и технологии изготовления интегрально-оптических демультиплексоров для информационно-измерительных приборов и систем. Разработана новая конструкция интегрально-оптического демультиплексора на основе матрицы канальных волноводов, разработана технология их изготовления, разработана методика измерения оптических параметров демультиплексоров, проведены испытания опытных образцов демультиплексоров в нормальных климатических условия и при внешних воздействующих факторах.

По результатам работы могут быть сделаны следующие выводы:

1. Проведен расчет предельных спектральных характеристик демультиплексоров на основе матрицы канальных волноводов и волноводной дифракционной решетки, в том числе и с учетом перекрестных помех (критерий 30 дБ).

2. Разработана и исследована технологичная конструкция демультиплекора, совмещающая в себе достоинства демультиплексоров на основе матриц канальных волноводов и дифракционных решеток.

3. Требования к точности изготовления дисперсионного элемента нового демультиплексора на порядок меньше, по сравнению с традиционной конструкцией демультиплексора на основе матрицы канальных волноводов с разной длиной каналов.

4. Минимум коэффициента уменьшения числа каналов К, то есть максимум числа каналов, разделённых по критерию 30 дБ, достигается для фиксированного углового размера приёмника при оптимальных значениях углового расстояния между центрами фотодетекторов и поля на краю апертуры дисперсионного элемента.

5. Проведена классификация демультиплексоров и определено в ней место разработанного демультиплексора, даны рекомендации по их применению в зависимости от имеющейся полосы пропускания.

6. Определены и проанализированы технологические факторы, приводящие к дополнительным потерям, причины их появления и методы их минимизации.

7. Разработаны и изготовлены дополнительные приспособления, используемые в процессе юстировки демультиплексора.

8. Экспериментально подтверждена стойкость интегрально-оптических демультиплексоров к воздействию синусоидальной механической вибрации в диапазоне 10-2000 Гц с виброускорением до 40 g, механическому удару многократного действия с пиковым ударным ускорением 150 g, изменению температуры от минус 60 °С до +85 °С.

9. Экспериментально показана возможность применения интегрально-оптических демультиплексоров для построения волоконно-оптических каналов информационного обмена, входящих в состав информационно-измерительных систем подвижных объектов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Костенко, Кирилл Николаевич, 2008 год

1. Дианов Е.М. От тера-эры к пета-эре // Вестник Российской академии наук. 2000, т.70, №11, с.1010.

2. Введение в интегральную оптику // Под ред. М. Барноски. М.: Мир, 1977.-367 с.

3. Хансперджер Р. «Интегральная оптика», М. «Мир», 1985, 379 с.

4. Черемискин И.В., Чехлова Т.К. // Волоконные оптические системы спектрального мультиплексирования/демультиплексирования // Электросвязь. 2000, №2, с.23

5. Takada К., Yamada Н., Okamoto К // 320 channel multiplexer consisting of lOGHz-spased parent AWGs. // Electron. Letters. 1999, v.35, №10, pp 824.

6. Дорнан. Э. // Журнал сетевых решений /LAN. 2001, №4.

7. Основы построения открытых систем / М.: ИРЭ РАН. 1999. 10 с.

8. Дианов Е.М., Прохоров А.М. Лазеры и волоконная оптика // Успехи физических наук. 1986. Т.148. Вып.2. С.37-112.

9. Беланов А.С., Дианов Е.М. Предельные скорости передачи информации по волоконным световодам //Радиотехника. 1982. Т.37. №2. С.35-43.

10. Волоконная оптика в измерительной и вычислительной технике / Казангапов А.Н., Патлах А.Л., Вилып Р. и др. Алма-Ата: Наука. 1989. 248 с.

11. Берикашвили В.Ш., Ключник Н.Т., Чижов B.C., Яковлев М.Я. Волоконно-оптические датчики для измерения в высоковольтных сетях // Высокие технологии в промышленности России. Материалы 8 Международной конференции. М.: ЦНИТИ "Техномаш". 2002. С. 147-152.

12. Слепов Н.Н. Современные технологии оптоволоконных сетей связи /М.: Радио и связь. 2000. 468 с.

13. Системы обработки информации. Взаимосвязь открытых систем. Базовая эталонная модель. ГОСТ 28906-91.

14. Sotobayashi Н., Konishi A., Chujo W., Ozeki Т. Simultaneously generated 3.24 Tbit/s (81 WDM x 40 Gbit/s) carrier suppressed RZ transmission using a single supercontinuum source // Proc. 27th European Conference on Optical

15. Communication. Amsterdam.- 2001,- pp. 56-57.

16. Taga H. Long distance transmission experiments using the WDM technology. Journal of Lightwave Technology, vol. 14, No.6, 1996, p. 1287 p. 1297.

17. Потапов В.Т. Optical fiber communication 2003 // Фотон-Экспресс.-2003.-№4,- c.3.

18. Адаме M. Введение в теорию оптических волноводов, Москва «Мир»1984.

19. Берикашвилли В.Ш., Ключник Н.Т., Костенко К.Н., Яковлев М.Я. Интегрально-оптические волноводные дисперсионные элементы. X Юбилейная Международная научно-техническая конференция «Высокие технологии в промышленности России», с. 127-136, М., 2004.

20. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения / М.: Энергоатомиздат. 1990. 256 с.

21. Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети / М.: Эко-Трендз. 2001. 268 с.

22. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов / М.: Радио и связь. 1987. 656 с.

23. Беланов А.С., Дианов Е.М. Соотношения для расчета параметров многомодовых волоконных световодов в системах связи // Электросвязь.1985. №10. С.7-9.

24. Листвин А.В., Листвин В.Н., Швырков Д.В. Оптические волокна для линий связи М.: ЛЕСАРарт. 2003. 288 с.

25. Костенко К.Н., Яковлев М.Я. Демультиплексор как средство реализации технологии спектрального уплотнения // Материалы П Межрегионального семинара «Нанотехнологии и фотонные кристаллы», М.: МГТУ им. Н.Баумана, 2004, с.276-283.

26. Иванов А.Б. Волоконная оптика: Компоненты, системы передачи, измерения. М.: Компания Сайрус Системе, 1999, 671 с.

27. Рождественский Ю.В. Сплавные волоконно-оптические мультиплексоры/ демультиплексоры и их применение в телекоммуникационных системах. //

28. Фотон-Экспресс», 2004, №1(31), с.16-18.

29. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды. ГОСТ 15150-69.

30. Изделия электронной техники. Классификация по условиям применения и требования по стойкости к внешним воздействующим факторам. ГОСТ 25467-82.

31. Agrawal G.P. Fiber-optic communication systems, 1997, New York, John Wiley & Sons, 2nd ed., p.456.

32. Kartalopoulos S.V. Introduction to DWDM Technology. IEE Press, New York, 2000.

33. Костенко K.H., Бажанов Ю.В., Яковлев М.Я. Методы спектрального уплотнения оптических сигналов. Материалы XI Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России», М., 2005, с.235-243.

34. Фримен Р. Волоконно-оптические системы связи. Под. ред. Н.Н.Слепова, М„ 2003, с.447.

35. Дианов Е.М., Кузнецов А.А. Спектральное уплотнение каналов в волоконно-оптических линиях связи. Квантовая электроника, т. 10, №2, с.245-264, (1983).

36. Сычугов В.А., Еленский В.Г. Микрооптические и интегрально-оптические демультиплексоры в системах волоконно-оптической связи. Зарубежная радиоэлектроника, №12, с.50-59 (1983).

37. Рождественский Ю.В. Волоконно-оптические разветвители // Информационный бюллетень «Фотон-Экспресс», 2003, №4(30), с.24-28.

38. Беловолов М.И., Дианов Е.М., Лучников А.М., Прохоров А.М. Волоконные оптические направленные ответвители с малыми потерями // Квантовая электроника. Т.7.№7. 1980. СЛ 578-1580.

39. ОхашиМ., СасакиХ., ТанакаД. Сплавные разветвители 1x4 каналазвездообразного типа// Фотон-экспресс. 2004. № 3(35). С.12-13.

40. Imoto К., Maeda М., Kunugiyama Н. et al. New biconically tapered fiber star coupler fabricated by indirect heating method // Journal of Lightwave Technology. 1987. № 5. P.694-699.

41. Патент США. №4550974 МПК6 G02B 5/172. 1985 г.

42. Языджи А.В. Изготовление оптоволоконных биконических разветвителей с помощью устройства лазерного нагрева//Радиотехника. 1990. №9. С.88-90.

43. Патент США. №52430821 МПК6 G02B 6/24. 1995 г.

44. Guo S., Albin S. Transmission property and evanescent wave absorption of cladded multimode fiber tapers // Optics express. 2003. V.l 1. № 3. P.215-223.

45. Lamont R., Jonson D., Hill K. Power transfer in fused biconical-taper single-mode fiber couplers dependence on external refractive index // Applied optics. 1985. V.24. №3. P.327-332

46. Каталог фирмы AMP. 2003 г.

47. Семенов A.C., Смирнов В.Л., Шмалько А.В. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации / М.: Радио и связь. 1990. 224 с.

48. Хансперджер Р. Интегральная оптика: Теория и технология / М.: Мир. 1985.384 с.

49. Stewart G. Diffusion processes in different materials for integrated optics // Journal of non-crystalline solids. 1982. V. 47. № 2. P. 191-200.

50. Ramaswamy R.V., Srivastava R. Ion-exchange glass waveguides: a Review // Journal of Lightwave Technology. 1988. Y.6. P.984-1002.

51. Dragon C., Henry С. H., Kaminow 1. P., Kistler R. S. Efficient multichannel integrateted optics star coupler on silicon // IEEE Photon Technol. Lett. 1989. №8 P.241-243.

52. Miyashita Т., Samida S. Silica optical waveguide circuit technology // LEOS'89: Lasers and electro-opt. Soc. Annu. Meet. Conf. Proc. Orlando, Fla, oct. 17-20. 1989. New York. 1989. P.181-182.

53. Патент США. №5858051. МПК6 C03B/022. 1999 г.

54. Mattox D.M. Surface cleaning in Thin Film Technology. "Thin Solid Films",1978, n.53, p.81-96.

55. Бурыкина Г.М. Чистка подложек перед нанесением покрытий. Реферативный обзор. ЦНИИ информации и технико-экономических исследований, 1974.

56. Починко E.JL, Ионова Н.Н., Александрова Л.К. Очистка поверхности деталей электронной техники // Зарубежная электронная техника, №5, 1975, ЦНИИ «Электроника».

57. Пресс Ф.П. Фотолитографические методы в технологии полупроводниковых приборов и интегральных микросхем / М.: Советское радио. 1978. 345 с.

58. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА / М.: Высш. шк. 1987. 376 с.

59. Козанне А., Флере Ж., Мэтр Г., Руссо М. Оптика и связь / М.: Мир. 1984. 502 с.

60. Костенко К.Н., Яковлев М.Я. Тезисы к XL всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии, М., 2004, .РУДН, с.138-139.

61. Kawaclii М. Silica waveguides on silicon and their application to integrated-optic components. Optical and Quantum Electronics, vol.22, pp.391-416, 1990.

62. Берикашвили В.Ш., Засовин Э.А., Соколов A.B. Базовые элементы высокоскоростных интегрально-оптических систем связи со спектральным уплотнением каналов. //М., Радиотехника, №12, с.31-38.

63. Костенко К.Н., Осовицкий А.Н., Фаловский В.Ф., Яковлев М.Я. Конструкция демультиплексора на основе матрицы канальных волноводов и его предельные характеристики. Труды 54 научно-технической конференции, М., 2005, с.14-19.

64. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М., Наука, 1970.

65. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов. // М., Радио и связь, 1987, с.655.

66. Унгер Х.-Г. Планарные и волоконные оптические волноводы., подредакцией В.В. Шевченко, М., «Мир», 1980, 656 с.

67. Дианов Е.М. На пороге Тера-эры. Квантовая электроника, т.ЗО, №8, 2000.

68. Семенов А.С., Смирнов B.JL, Шмалько А.В. «Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации». М. Радио и связь, 1990.-224с.

69. Аксенов В.А., Воробьев И.Л., Иванов Г.А. и др. Потери в одномодовых волоконных световодах с треугольным профилем показателя преломления на однократных изгибах по малому радиусу. // М., Радиотехника, №12, с.27-30.

70. Okamoto К. Integrated Optical WDM Devices. Proc.ECIO-95. 62/EWCI-l, pp.1-6, 1995.

71. Кузин К.С., Осовицкий А.Н. Предельные спектральные характеристики интегрльно-оптических демультиплексоров с учетом перекрестных помех. М., РУДН, 2002.

72. Yamada Н., Takada К. Crosstalk Reduction in a 10-GHz Spacing Arrayed-Waveguide Grating by Phase-Error Compensation., J. Lightwave Technol., v. 16, № 3, pp.364-370,1998.

73. Wildermuth E., Nadler Ch., banker M., Hunziker W., and Melcliior H. Penalty-free Polarization Compensation of Si02/Si Arrayed Waveguide Grating Wavelength Multiplexers Using Stress Release Grooves., Electronics Letters, v.34, № 17, pp.1678-1679, 1998.

74. Бажанов Ю.В., Костенко K.H., Яковлев М.Я. Предельное число каналов интегрально оптического демультиплексора с учетом перекрестных помех // Фотон-Экспресс, 2005.- №1 с.19-21; 2005. №4 с.44.

75. Okamoto К., Okazaki H., Ohmori Y., Kato K. Fabrication of large scale integrated-optic NxN star couplers. IEEE Photonics Technol.Lett.,p.l032, 1992.

76. Бажанов Ю.В., Марков C.H., Костенко K.H. «Разработка и технология изготовления решеточных демультиплексоров» // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка, 2007, № 3, С. 165-173.

77. Okamoto К., et al. Fabrication of 64x64 arrayed-waveguide grating multiplexer on silicon. Electron.Lett., vol.31, №3, pp.184-186, 1995.

78. Reichelt A., Michel H., Raucher W. Wavelength-Division Multi Demultiplexers for Two-Channel Single-Mode Transmission Systems. Journal of Lightwave Technology, vol. LT-2, No. 5, 1984, pp. 675-681.

79. Shimojho N., Tanaka Т., Naito Т., Nakamoto H., 1.22 Tbit/s WDM transmission over 7,221 km with 38 nm bandwidth expanded by distributed Raman amplifier and EDFA., Optical Fiber Communication Conference, vol.54, 2001.

80. Патент РФ №2287221. МПК RU 2 287 221 CI от 27.05.2005.

81. Чепусов E.H., Шаронин С.Г. Лазерная связь еще один способ беспроводной связи. Сети, №09, 1996.

82. Фритц Дж. Устройства DWDM для корпоративных сетей. Сети, №6, 2001.

83. Аллен Д. Второе пришествие беспроводной оптики. LAN, № 04,2001.

84. Reichelt A., Michel Н., Raucher W. Wavelength-Division Multi Demultiplexers for Two-Channel Single-Mode Transmission Systems. Journal of Lightwave Technology, vol. LT-2, No. 5,1984, pp. 675-681.

85. Костенко K.H., Осовицкий A.H., Яковлев М.Я. Предельные спектральные характеристики интегрально-оптических демультиплексоров // М., Фотон-Экспресс, 2004, №1, с.20-21; №4, с.22-23.

86. Kamei S., Kaneko A., Ishii М., Himeno A., Itoh М. and Hibito Y. Very low crosstalk arrayed-waveguide grating multi/demultiplexer using cascade connection technique. Electron. Lett., v.36, №9,2000, pp.823-824.

87. Герра С.Э., Чехлова Т.К. Дисперсионные свойства волоконных матриц спектральных мультиплексоров. Вестник РУДН, Сер. «Физика», №9, вып.1, М. Изд. РУДН, 2001 г. С. 94-100.

88. Бажанов Ю.В., Костенко К.Н., Яковлев М.Я. Классификация демультиплексоров и рекомендации по их использованию // Фотон-Экспресс, 2004, №7-8, с.46-49.

89. Takashina К., Shibano Е., Taga Н., Goto К. 1 Tbit/s WDM repeaterless transmission over 200 km with Raman amplifier // Optical Fiber Communication Conference.- 2000,- Vol.37.- p.53.

90. Костенко K.H., Осовицкий A.H., Яковлев М.Я. Предельные спектральные характеристики демультиплексоров // М., Радиотехника, №12, с.82-86.

91. Бажанов Ю.В., Ключник Н.Т., Костенко К.Н., Яковлев М.Я. Многоканальные оптические демультиплексоры для локальных систем передачи информации. // М., Системы и средства связи, телевидения и радиовещания., 2007, №1-2, с.100-105.

92. Бажанов Ю.В., Костенко К.Н., Марков С.Н., Яковлев М.Я. Демультиплексоры на основе дифракционных решеток и их предельные характеристики // Оптический журнал, 2006, т. 73, №7, с.24-28.

93. Ключник Н.Т. Волоконно-оптические разветвители на основе слоевых световодных структур // М., Радиотехника, №12, с.39-43.

94. Костенко К.Н., Яковлев М.Я. Новая схема построения демультиплексора на основе матрицы канальных волноводов // Материалы XI Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России», М., 2005, с.204-209.

95. Костенко К.Н., Бажанов Ю.В., Яковлев М.Я. Новая конструкция демультиплексора на основе матрицы канальных волноводов и ее достоинства // М., Фотон-Экспресс, 2007, №7, с.19-21.

96. Малышев В.И. Введение в экспериментальную спектроскопию. М.: Наука, 1979. - 478 с.

97. Точность производства в машиностроении и приборостроении. Под ред. Гаврилова А.Н./М.: Машиностроение. 1973. 567 с.

98. Берикашвилли В.Ш., Ключник Н.Т., Костенко К.Н., Яковлев М.Я. Интегрально-оптические волноводные дисперсионные элементы для BOJIC // Технология и конструирование в электронной аппаратуре — 2005-№2, с.10-16.

99. Бажанов Ю.В., Тимергазеева JI.K. Методика оптимизации параметров фокусирующих дифракционных решеток. //Оптический журнал.- 2004.- Т. 71, № 1.- С.17- 21.

100. Бажанов Ю.В. Волоконно-оптические устройства на основе вогнутой дифракционной решётки//Технология производства и обработки оптического стекла и материалов: Тез. докл. науч.-технич. конф. Москва, 2000. - С.37-38.

101. КардуппшВ.Б. Виброшумы радиоаппаратуры. М.: Сов. радио. 1977. 320 с.

102. Ключник А.Н., Костенко К.Н., Фаловский В.Ф., Яковлев М.Я. Исследование оптических характеристик демультиплексоров при внешних воздействующих факторах // Материалы ХП Международной научно-технической конференции. М., 2006, с.305-310.

103. Бажанов Ю.В., Кулакова Н.А. Анализ эффективности вогнутых дифракционных решеток в скалярном приближении/Юптический журнал. -2002. Т.70. - №12,- С.40-43.

104. Livanos А. С., Katzir A., Yariv A., Hong С. S. //Chirped- gratings demultiplexers in dielectric waveguides// Appl. Phys. Lett., 1977, v. 35, pp. 519.

105. Yariv A., Yeh P. //Optical waves in crystals// A Wiley-Interscience Publication, New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore, 1984.

106. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ «Техномаш-ВОС»

107. ДОЧЕРНЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ОАО «ЦНИТИ «Техномаш»121108, г.Москва, ул. Ивана Франко, д.4, тел/факс [phone], e-mail: [e-mail], http://user.rol.ru/~optcom/ ОКПО 45268562, ОГРН 203 773 101 843 3, ИНН/КПП 7 3 1 1 63 03 5/773 1 0 1 00 11. УТВЕРЖДАЮ»

108. Главный конструктор ОКР, Н.Т.Ключникк.т.н., в.н.с.открытое акционерное общество 121108, Москва, ул. Ивана Франко, 4.1. СТЕХНД1У1АШ^)

109. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ "ТЕХНОМАШ"1. Телефоны.495.144-75-15 (приемная); [phone] (канцелярия)1. Факс: [phone]

110. Web: www.cniti-technomash.ru

111. E-mail: [e-mail]; [e-mail] №" " 200 г.институт4"TexH0MamV

112. УТВЕРЖДАЮ» ^^ральный директор

113. ТИ «Техномаш-ВОС» оф., к.т.н., с.н.с.1. В. Д.Житковский 2008 г.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

114. Демультиплексор оптический обратимый десятиканальный (ФТЯИ.203729.025);

115. Демультиплексор оптический обратимый двухканальный (ФТЯИ.203729.021);- Технические условия ТУ6665-017-41085936-2005 «Демультиплексорыоптические обратимые»;

116. НИР «Автоинтопт» «Исследование и разработка унифицированных технологий для автоматизированного изготовления оптических элементов информационных систем»: - Макет мультиплексора (КПЗ0-381.00.00).

117. Главный конструктор BOJIC, заслуженный изобретатель РФ1. В.Ф.Фаловскийk.t.h., с.н.с.