5/27/2019,近日,浦芮斯磁光開關(guān)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(xiàng)目是歐洲太空總署為驗(yàn)證不含機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的全固態(tài)光開關(guān)是否可以應(yīng)用于太空領(lǐng)域所組織的一次公開招標(biāo)邀請。光開關(guān)由于可以提供簡潔的冗余配置、快速隔離、低速強(qiáng)度調(diào)制以及最基礎(chǔ)的光路切換功能，是許多光學(xué)系統(tǒng)的基本構(gòu)建單元，在太空領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用。ESA特別提到其涉及光開關(guān)使用的八類太空應(yīng)用：

1.二氧化碳監(jiān)控激光雷達(dá)
2.重力儀（波長750/1580nm）
3.光學(xué)傳感
4.數(shù)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)類型的光開關(guān)已被成功應(yīng)用于地面應(yīng)用，比如光纖通信和光學(xué)傳感等。但對于將光開關(guān)應(yīng)用于太空領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)和可能帶來的幫助，ESA尚未進(jìn)行過全面的分析。傳統(tǒng)機(jī)械式光開關(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(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(lǐng)域的應(yīng)用。因此，本次公開招標(biāo)比選測試限定于全固態(tài)光開關(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(dǎo)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)：
o熱光技術(shù)由于沒有商業(yè)化產(chǎn)品，放棄；
o液晶技術(shù)只能以定制品進(jìn)行測試，無法直接獲得，且無供應(yīng)商愿意參與，放棄；
o聲光技術(shù)損耗大于3dB，驅(qū)動(dòng)電路過于復(fù)雜，放棄；
o最終僅三種技術(shù)/四家企業(yè)確認(rèn)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(dǎo)電光技術(shù)（Epiphotonics）。

測試方案簡列如下：
o光學(xué)/電學(xué)指標(biāo)測試：插損、串?dāng)_、速度、偏振相關(guān)損耗（PDL）、偏振消光比（PER）
o機(jī)械性能測試：振動(dòng)、沖擊
o真空溫度循環(huán)測試
o輻照測試
o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(xù)振動(dòng)三分鐘，同時(shí)光開關(guān)以大致10秒的周期進(jìn)行切換。振動(dòng)參數(shù)如下表：



振動(dòng)測試現(xiàn)場和X軸隨機(jī)振動(dòng)截面如下圖：

 
                          圖一：振動(dòng)測試現(xiàn)場

  
                         圖二：X軸隨機(jī)振動(dòng)截面

針對所有產(chǎn)品的光學(xué)輸出在線測試“開”和“關(guān)”兩個(gè)狀態(tài)，從而可以得到插損和串?dāng)_。所有產(chǎn)品順利通過了該測試，結(jié)果如下圖：

  
                        圖三：X軸振動(dòng)中樣品光學(xué)輸出在線監(jiān)控曲線
 
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有觀察到光學(xué)/電學(xué)性能的變化。唯獨(dú)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(jìn)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(xué)輸出的監(jiān)測結(jié)果如下圖：

                             圖四：真空溫循測試現(xiàn)場
  
                            圖五：真空溫循中光學(xué)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(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)。測試期間在線測量產(chǎn)品的光學(xué)輸出，測試現(xiàn)場和監(jiān)測結(jié)果如下圖：
  
                           圖六：Gamma輻照測試現(xiàn)場
  
                          圖七：輻照中光學(xué)輸出在線監(jiān)測曲線

   由于國家加速器中心的正常運(yùn)營時(shí)間所導(dǎo)致的測試過程中的輻照中斷干擾在圖中以黑點(diǎn)標(biāo)識，這些中斷干擾累積不超過2小時(shí)�？梢杂^察到，輻照中斷干擾確實(shí)會(huì)對光開關(guān)的輸出光功率產(chǎn)生影響，主要是的光開關(guān)的“關(guān)”狀態(tài)，也就是說串?dāng)_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(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(tǒng)計(jì)分析，從而得出該項(xiàng)測試能否通過的明確判據(jù)。依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，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(jié)
1.對于要求較高的開關(guān)速度的應(yīng)用來說，體電光技術(shù)表現(xiàn)得比磁光技術(shù)稍好；然而其串?dāng)_較差；
2.磁光技術(shù)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(shù)商業(yè)化程度很高；
3.波導(dǎo)電光技術(shù)速度很快。它所顯示的機(jī)械性能故障相信可以解決，然而其過于復(fù)雜，難以操作，且損耗過大，而且其快速響應(yīng)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)，光開關(guān)對溫度更敏感；
5.并未發(fā)現(xiàn)在光開關(guān)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(guān)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(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(yīng)用于對開關(guān)速度有極高要求的場合，而磁光技術(shù)應(yīng)用于對串?dāng)_要求苛刻的領(lǐng)域；
2.如欲獲得恒定的光功率輸出，建議對光開關(guān)進(jìn)行溫控。