Fasern und opti­sche Bauelemente

Bei Fer­ti­gung und Test von Bau­tei­len mit opti­scher Daten­über­tra­gung gilt es, Fasern oder Faser-Arrays für eine opti­ma­le Ver­bin­dung mit höchst­mög­li­cher Genau­ig­keit zu jus­tie­ren. Posi­ti­ons­to­le­ran­zen weit unter 50 nm sind üblich und Mehr­ka­nal-Ein- und Aus­gän­ge erfor­dern die simul­ta­ne Aus­rich­tung in meh­re­ren Achsen.

Phy­sik Instru­men­te (PI) hat gleich zwei hoch­prä­zi­se Faser­po­si­tio­nier­sys­te­me im Pro­gramm, mit denen sich meh­re­re Fasern in Sekun­den­schnel­le jus­tie­ren las­sen. Bei­de Sys­te­me basie­ren auf einem sehr stei­fen Auf­bau, der ent­we­der aus drei gesta­pel­ten Linearach­sen (F‑712.MA), oder – wenn auch Dreh­be­we­gun­gen gefor­dert sind – aus einem par­al­lel­ki­ne­ma­ti­schen Hexa­po­den (F‑712.HA) besteht und jeweils mit einem Nano­po­si­tio­nie­rer kom­bi­niert ist (Bild 1 und Bild 2). Die Par­al­lel­ki­ne­ma­tik und die gesta­pel­ten Ach­sen mit ihren moto­ri­schen Antrie­ben ermög­li­chen bei der Grob­po­si­tio­nie­rung län­ge­re Stell­we­ge im Bereich von eini­gen Mil­li­me­tern, gleich­zei­tig sorgt der Nano­Cu­be-Posi­tio­nie­rer für schnel­le Scan­ning-Bewe­gun­gen und einen dyna­mi­schen Aus­gleich von Drift­ef­fek­ten. Fest­kör­per­füh­run­gen und voll­ke­ra­misch iso­lier­te Pie­zo­ak­to­ren garan­tie­ren eine lan­ge Lebens­dau­er. Posi­ti­ons­sen­so­ren an allen Antrie­ben ver­hin­dern Kol­li­sio­nen, z.B. mit einem teu­ren Silizium-Wafer.

Bei­de Sys­te­me gibt es wahl­wei­se für ein­sei­ti­ge oder beid­sei­ti­ge Posi­tio­nie­rungs­auf­ga­ben. Zum Lie­fer­um­fang gehö­ren jeweils ein leis­tungs­fä­hi­ger Digi­tal-Con­trol­ler (E‑712), Firm­ware-Rou­ti­nen mit Algo­rith­men für eine sehr schnel­le Posi­tio­nie­rung sowie ein umfang­rei­ches Soft­ware­pa­ket. Beim par­al­lel­ki­ne­ma­ti­schen Auf­bau wird auch der pas­sen­de Hexa­pod-Con­trol­ler (C‑887) mitgeliefert.

Als Par­al­lel­ki­ne­ma­tik oder als gesta­pel­tes System

Das gesta­pel­te Sys­tem für die Posi­tio­nie­rung von Fasern oder opti­schen Kom­po­nen­ten arbei­tet bei der Grob­po­si­tio­nie­rung in allen drei Ach­sen mit Stell­we­gen von bis zu 25 mm, bei einer kleins­ten Schritt­wei­te von 2 µm und einer maxi­ma­len Geschwin­dig­keit von 20 mm/s. Beim Hexa­po­den lie­gen die Stell­we­ge in X‑, Y- und Z‑Richtung bei ±6,5; ±16 und ±8,5 mm, für die drei Dreh­ach­sen bei ±14,5, ±10 und ±10 Grad. Die kleins­te Schritt­wei­te beträgt jeweils 0,1 µm. Dabei arbei­tet das Sys­tem bei einer Geschwin­dig­keit von maxi­mal 10 mm/s und kann durch den frei im Raum defi­nier­ba­ren Dreh­punkt (Pivot­punkt) auch in unter­schied­li­chen Win­keln fein­füh­lig posi­tio­nie­ren, z.B. bei der Posi­tio­nie­rung von Faser-Arrays. Der Nano­Cu­be, der bei bei­den Sys­te­men die Fein­po­si­tio­nie­rung über­nimmt, arbei­tet mit Stell­we­gen von 100 µm in allen drei Ach­sen und einer kleins­ten Schritt­wei­te von 2,5 nm. Die Posi­tio­nie­rungs­zeit beim Flä­chen­scan über 100 µm x 100 µm liegt bei einer maxi­ma­len Abwei­chung von der Spit­zen­in­ten­si­tät von 0,02 dB unter 1 Sekunde.

Bild: Drei­ach­si­ges Sys­tem F‑712.MA für Anwen­dun­gen im Bereich der Posi­tio­nie­rung, die kei­ne Dreh­be­we­gun­gen erfor­dern. (Quel­le: PI)