光纤声光调制器强化试验方法与失效机理研究

摘要

光纤声光器件是二十世纪末期才发展起来的一类声光器件。光纤声光调制器可以实现光束的时间控制或空间切换，是光通信、激光雷达、光纤水听器、光纤制导等光信息系统的核心器件。作为激光制导、核爆模拟、激光雷达等武器装备中必不可少的关键元器件，光纤声光调制器性能和可靠性直接决定了各种武器系统的整体可靠性指标。由于光纤声光调制器在激光装备中的不可替代性，各种装备系统都对光纤声光调制器提出了质量与可靠性的要求，不仅需要光纤声光调制器能够在恶劣环境下稳定工作，同时需要光纤声光调制器具有更长的寿命。 为了满足各种装备系统的高可靠要求，在光纤声光调制器的设计和生产过程中，中国电科26所从材料、结构设计、工艺设计等方面开展了可靠性设计与工艺保证工作，定性提升了产品质量与可靠性等级。但是，目前生产的光纤声光调制器无论是贮存寿命还是使用寿命量化设计与评价上均存在空白，主要是对光纤声光调制器失效机理认知有限，不能开展针对性的量化可靠性设计与工艺改进，严重制约了光电子领域重点工程中器件的国产化配套与替代。 本课题根据失效案例统计分析、FMEA分析全面识别光纤声光调制器薄弱环节，结合典型应用环境下典型产品环境影响效应分析确定相应敏感应力；根据薄弱环节识别与敏感应力，结合产品技术要求与摸底试验确定的工作极限，进行应力强化试验技术研究，制定相应强化试验方案；根据应力强化试验实施，进行基于强化试验数据的失效机理分析研究，验证评价基于强化试验的光纤声光调制器失效机理，确定产品失效应力极限。 本项目主要研究内容如下： 1.结合产品设计、工艺FMEA分析与环境影响效应分析，根据典型应用环境识别产品薄弱环节与敏感应力； 2.结合产品规范与摸底试验，研究光纤声光调制器强化试验技术，建立（单、综合）应力强化试验方案； 3.开展强化试验实施，结合试验数据，确认光纤声光调制器失效机理，确定光纤声光调制器失效应力极限。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 发展现状

1.1.1 光纤声光调制器的发展

1.1.2强化试验方法与失效机理研究现状

1.2 本文主要工作

1.3 技术难点

1.3.1 光纤声光调制器薄弱环节与敏感应力分析技术研究

1.3.2 光纤声光调制器综合应力工作极限确定方法研究

1.3.3 压焊键合层尺寸参数检测方法研究

1.3.4 技术风险分析

1.4 本论文的结构安排

第二章 光纤声光调制器薄弱环节与敏感应力分析

2.1 结构组成和工作原理

2.1.1 结构组成

2.1.2 功能原理

2.2 故障案例统计分析

2.2.1 目的

2.2.2 器件失效案例统计分析

2.2.3 小结

2.3 硬件工艺FMEA分析

2.3.1 目的

2.3.2硬件FMEA分析

2.3.3工艺FMEA分析

2.3.4小结

2.4 环境影响效应分析

2.4.1目的

2.4.2主要材料和元器件选用情况

2.4.3典型应用环境分析

2.4.4主要环境影响效应分析

2.4.5小结

2.5本章小结

第三章 光纤声光调制器强化试验方案和失效分析

3.1 研究确定光纤声光调制器强化试验项目

3.2 典型光纤声光调制器（SGTF70-1550-1P型）工艺过程问题

3.3 研究确定光纤声光调制器强化试验条件

3.4 光纤声光调制器强化试验方案制定

3.5 失效验证评价

3.6 基于强化试验数据的光纤声光调制器失效机理分析

3.6.1 摸底试验

3.6.2 温度步进试验

3.6.3 快速温变循环试验

3.6.4 振动步进试验

3.6.5 综合环境应力试验

3.7 试验详细情况

3.8 样品失效机理分析

3.8.1 试验结果

3.8.2 失效机理分析

3.9 本章小结

第四章 设计及工艺优化

4.1 关键工艺

5)安装固化

4.2 压焊工艺优化

4.3 晶振结构优化

4.4 有效性验证

4.5 本章小结

第五章 结 论

5.1 本文的主要贡献

5.2 下一步工作的展望

致谢

参考文献

附录A 故障情况表

附录B FMECA表

附录C 工艺过程FMECA表

附录D 主要环境影响效应矩阵表

攻硕期间取得的研究成果