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Parallelkinematisches Design Faserpositioniersystem für faseroptische Justage

Zum präzisen Ausrichten von Faserarrays und Bauelementen sowohl in der Siliziumphotonik als auch für photonisch integrierte Schaltungen (PIC) stellt Physik Instrumente (PI) das Ausrichtsystem F-712.HU1 vor. Das System kombiniert den bewährten H-811 Hexapoden für große Stellwege mit dem schnell agierenden P-616 NanoCube Nanopositionierer für Genauigkeiten im einstelligen Nanometerbereich. Gemeinsam bieten die beiden Subsysteme neun Freiheitsgrade in der Bewegung und ermöglichen die Ankopplung von Fasern und Faserarrays an PICs und Siliziumphotonik-Bauelemente. Die hohe Dynamik und verschleißfreie Arbeitsweise des NanoCubes erlaubt zudem kontinuierliches Tracking zum dynamischen Ausgleich von Drifteffekten während der Ankopplung oder während der Aushärtung des Klebers.

Das inhärente parallelkinematische Design des Hexapoden sorgt für eine hohe Systemsteifigkeit bei Bewegungen in allen sechs Freiheitsgraden. Die bürstenlosen Gleichstrommotoren in den Beinen des Hexapoden ermöglichen Stellwege von bis zu ± 17 mm beziehungsweise Verkippungen um bis zu ± 21°. Der Pivotpunkt ist softwaregesteuert frei im Raum wählbar, sodass Rotationen um eine optische Achse, einen Fokuspunkt, eine Strahltaille oder eine andere gewünschte Position möglich sind.

Der ebenfalls parallelkinematisch aufgebaute P-616 NanoCube bietet Stellwege von bis zu 100 µm in X-, Y- und Z-Richtung mit einer bidirektionalen Wiederholgenauigkeit von unter 15 nm. Festkörperführungen und vollkeramisch isolierte PICMA Aktoren stehen für eine lange Lebensdauer.

Die hochentwickelten Scan-Routinen von PI sind firmwarebasiert, also direkt in den Controllern der beiden Bewegungssysteme integriert. Im Vergleich zu PC-basierter Software vereinfacht und beschleunigt das den gesamten Scanprozess erheblich, da praktisch keine Verzögerungen bei der Signalübertragung entstehen. Alle Berechnungen zur Positionssteuerungen werden in den Controllern mit der Servo-Taktrate durchgeführt. Die integrierten rotatorischen Scanroutinen ermöglichen auch die Optimierung von Faserarrays mit allen Kanälen. Zudem können mehrere Ausrichtungen parallel ausgeführt werden, wodurch zeitaufwendige Sequenzen und Schleifen entfallen. So kann das System sämtliche Aufgaben im Bereich des aktiven Ausrichtens und Optimierens von Photonikkomponenten durchführen.

Das im Lieferumfang enthaltene Softwarepaket lässt die Integration des Systems in nahezu jede beliebige Umgebung zu. Unterstützt werden Betriebssysteme wie Windows, Linux und macOS sowie viele Programmiersprachen, darunter C++, Python, MATLAB und NI LabVIEW.

Für hohen Durchsatz ermöglicht eine optionale EtherCAT-Schnittstelle die Integration in Industriesysteme wie Gantries mit Pick-and-Place Funktionalität und Lineartische mit großen Verstellwegen.

von mn

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