Контроль торцов V-канавок и волоконных массивов (FAU): телецентрическая и микроскопная визуализация

В упаковке оптических устройств волокно давно контролируют не по одному коннектору за раз. Подложки с V-канавками и волоконные массивы (FAU) размещают 4, 8 и более полированных торцов волокон рядом на одной стеклянной или кремниевой подложке, и качество всей этой линии определяет потери сцепления готового устройства. В статье разобрано, что должен показывать контроль торцов V-groove / FAU, почему он сложнее контроля одиночного коннектора и какие сочетания оптики и подсветки подходят для двух рабочих масштабов — с четырьмя реальными снимками камеры на образце V-groove с 4 волокнами.

Other languages: English · 中文 · Español · Français · العربية

1. Что должен показывать контроль

Объект оценки на торце волоконного массива — линия торцов волокон, уложенных в V-канавки. На практике контрольный список охватывает:

• Наличие и положение волокна — в каждой расчётной канавке лежит волокно, с расчётным шагом, без пустых канавок и перекрёстных волокон.
• Высота торца (выступ или западание) — полированный торец должен находиться на расчётной высоте относительно торца подложки; выступающее или утопленное волокно меняет зазор сцепления.
• Концентричность сердцевина/оболочка на изображении — под увеличением яркое пятно сердцевины должно сидеть внутри кольца оболочки, достаточно центрированно под бюджет сцепления.
• Загрязнение торца — пыль, волокна пыли, остатки полировки или потёки клея на линии или внутри канавки.
• Состояние торца подложки — сколы, царапины или следы клея на стеклянной кромке, способные ввести в заблуждение при последующей сборке.

Два масштаба изображения — это две разные задачи. Обзорная картинка спрашивает «каждое волокно на месте и уложено, линия чистая?» — поле в несколько миллиметров. Картинка одиночного волокна спрашивает «центрирована ли эта сердцевина, чист ли этот торец?» — поле размером с одно волокно. Работоспособный участок нуждается в обоих режимах или в плавно переменном промежуточном.

2. Почему это сложнее одиночного коннектора

Три свойства образцов с V-канавками определяют выбор оптики:

• Смешанное отражение. Полированный торец — маленькая яркая зеркальная цель; стекло вокруг — большая низкоконтрастная поверхность. Подсветка, поджигающая торцы, засвечивает подложку, и наоборот.
• Два масштаба в одной детали. При диаметре оболочки 125 мкм (типично) и шаге канавок в несколько сотен микрометров интересующие признаки находятся на границе покрытия одного фиксированного увеличения на стандартном сенсоре.
• Рельеф по высоте. Торцы лежат на уровне или чуть ниже поверхности, внутри канавок. Свет под неверным углом затеняет канавки и прячет торцы; свет вдоль оптической оси достаёт до дна.

3. Обзор массива: телецентрическая визуализация с коаксиальной подсветкой

Для вида сверху всей линии естественным выбором является телецентрический объектив со встроенной коаксиальной подсветкой. Коаксиальный свет идёт вдоль оптической оси, достаёт до мелких канавок и возвращается от плоских полированных торцов — именно эта геометрия использована на снимке ниже. Телецентричность сохраняет измерение шага между соседними торцами свободным от перспективных искажений, что важно, когда сам шаг является контролируемой величиной.

На снимке выше все четыре торца разрешены отчётливо: каждый показывает яркое пятно сердцевины внутри тёмного кольца оболочки, а все четыре сидят с равномерным шагом на светлой полосе подложки. Это вид «линия полная, уложена и чиста» — кадр, который производственная линия оценивает за долю секунды.

Для этого масштаба телецентрическая линейка покрывает типичные для подложек FAU рабочие расстояния и поля; модель 2X с коаксиальной подсветкой приведена на странице продукта, вся линейка — в разделе телецентрические объективы.

4. Детальный вид: зум или микроскопная оптика на одиночном торце

Когда контролируемая величина переходит к одиночному торцу — концентричность сердцевины, частица загрязнения, качество полировки — обзорной картинке уже не хватает пикселей. Два маршрута со ступенчатой оптикой закрывают этот уровень:

• Зум + APO-объектив. Корпус непрерывного зума с коаксиальным делительным портом, через APO-переходник преобразованный в APO-объектив, покрывает на одной станции путь от обзора до детали. В преобразование входит обязательный коэффициент: суммарное увеличение = увеличение зума × увеличение APO-объектива × 0,55, где 0,55 — коэффициент сцепления APO-переходника. Пропуск искажает все последующие расчёты поля и размера пикселя. Реализованный проект коннекторных торцов на этом же маршруте описан в нашем кейсе контроля торцов волоконных коннекторов.
• Микроскопная оптика. Если станция посвящена одному торцу за раз, измерительный микроскоп или микрообъектив фиксированного увеличения с коаксиальным портом дают наивысшую числовую апертуру и самую короткую и стабильную оптическую схему.

Крупный план ниже — тот же образец с 4 волокнами при большем увеличении: пятно сердцевины, кольцо оболочки и тонкая дифракционная текстура вокруг каждой сердцевины разрешены — именно на этом уровне детализации становятся возможными оценки концентричности и поверхностного загрязнения.

5. Загрязнение — дефект, который камера видит первым

На реальных образцах самый частый видимый дефект — не плохая полировка, а загрязнение. На снимке ниже подложка того же типа, рядом с линией через кадр лежит соринка. Такой дефект очевиден в обзорном масштабе — вторая причина сохранить обзорную станцию в процессе, а не прыгать сразу на большое увеличение.

6. Боковой вид: проверка геометрии канавок

Четвёртый снимок — другой аспект того же семейства: подложка V-groove сбоку, вдоль верхнего края разрешены стенки канавок с их скруглённым дном. Такие боковые или косые виды используют для проверки глубины канавок, сколов кромок и общего состояния края подложки — напоминание, что контроль V-groove не сводится к торцам; геометрия канавок, позиционирующих волокна, оценивается сама по себе.

7. Заметки по подсветке

• Коаксиальная — для торцов. Полированные торцы возвращают свет вдоль оси; коаксиальная подсветка через встроенный делитель делает их яркими на более тёмной подложке.
• Скользящая или кольцевая — для подложки и канавок. Сколы, следы клея и тени канавок лучше читаются скользящим светом — тем направлением, которое коаксиальная схема сознательно обходит.
• Длина волны здесь влияет меньше, чем геометрия, но выбор между белым, жёлтым и синим для торцов разобран в нашем руководстве по выбору подсветки.

FAQ

Чем контроль V-groove / FAU отличается от контроля одиночного коннектора?

Торец коннектора — одиночная цель с фиксированным положением; подложка V-groove — линия мелких целей на более крупном теле со смешанным отражением. Контроль ведётся в двух масштабах — обзорная картинка, подтверждающая, что каждое волокно на месте, уложено и линия чиста, и детальная картинка одиночных торцов для оценки концентричности и загрязнения. Использовать только коннекторное большое увеличение для обзора неэффективно.

Какой тип объектива подходит для обзора массива?

Телецентрический объектив со встроенной коаксиальной подсветкой. Телецентричность сохраняет шаг между соседними торцами без перспективных искажений, а коаксиальный путь достаёт до мелких канавок, так что полированные торцы возвращают яркие контрастные изображения. Обычные FA-объективы применимы при менее жёстких требованиях, но с меньшей точностью шага и контрастом в канавке.

Как считается суммарное увеличение при преобразовании зума в APO-объектив?

Суммарное увеличение = увеличение зума × увеличение APO-объектива × 0,55, где 0,55 — обязательный коэффициент сцепления APO-переходника. Например, зум 4,5X с APO-объективом 5X даёт около 12,4X (оценка). Пропуск коэффициента 0,55 завышает увеличение почти вдвое и искажает все построенные на нём расчёты поля и размера пикселя.

Какая подсветка лучше для волокон, уложенных в V-канавки?

Коаксиальная подсветка для самих торцов — полированные грани возвращают свет вдоль оси, а подложка нет. Для дефектов кромки подложки и стенок канавок добавьте скользящий или кольцевой свет. На образцах V-groove геометрия света влияет сильнее, чем его цвет.

Какие дефекты проверять на торце FAU?

Стандартный список: отсутствующие или перекрёстные волокна, выступ или западание торца относительно подложки, концентричность сердцевина/оболочка, загрязнение торца (пыль, ворс, остатки полировки, потёки клея), а также сколы и царапины на торце подложки и стенках канавок.

Может ли одна станция закрыть и обзор массива, и деталь одиночного волокна?

Да — зум непрерывного типа с коаксиальным портом, преобразованный через APO-переходник в APO-объектив, покрывает на одной камере путь от обзора до детали; суммарное увеличение равно зум × объектив × 0,55. Когда требуется максимальное разрешение на одиночном торце, выделенная станция с микроскопной оптикой остаётся более сильным вариантом.

Полезные материалы

• Подсветка торцов волокна: белый vs жёлтый vs синий (EN)
• Кейс: контроль торца коннектора, зум + APO 5X (EN)
• Контроль торца волокна с большим увеличением телецентриком 10X (EN)
• Клиновидный объектив для контроля волоконной оптики (EN)
• Формулы FOV, WD и увеличения телецентрических объективов (EN)

POMEAS может испытать вашу реальную подложку V-groove или FAU на стенде с телецентрической, зум+APO или микроскопной оптикой и рекомендовать сочетание визуализации и подсветки под ваш список дефектов. Отправьте запрос через страницу контактов, указав снимки образца, шаг и число волокон массива.