Es como un tubo en T de agua, ¿cómo divide un haz de luz en múltiples haces?
El divisor de fibra (Fiber Splitter) en un canal óptico es ciertamente análogo a un “teser” en las tuberías de agua, pero en cuanto a principios físicos, la luz, como onda electromagnética, tiene un mecanismo de “derivación” fundamentalmente diferente de la dinámica de fluidos. Los divisores de fibra no separan la luz mediante una simple “obstrucción” o “restricción” física, sino que utilizan el acoplamiento del campo electromagnético en la óptica de flujo y la división del espacio geométrico en guías de onda microscópicas.
Actualmente, la industria implementa la distribución de un haz de luz a múltiples haces a través de los siguientes dos mecanismos físicos:
1. Tipo de cono fundido (FBT, Fused Biconical Taper) — Mecanismo de acoplamiento de campo evanescente
La tecnología de cono fundido altera las condiciones de contorno de la fibra óptica mediante métodos físicos y termodinámicos para lograr la división de la luz:
- Proceso de fabricación:
Se colocan dos (o más) fibras ópticas despojadas de su revestimiento exterior juntas y se calientan hasta la fusión a alta temperatura, mientras se estiran uniformemente en ambas direcciones. Finalmente, se forma una región de transición microscópica con una estructura de cono bicónico en el área calentada. - Principio físico:
En una fibra óptica monomodo estándar, la onda de luz se confina principalmente dentro del núcleo (Core) para su transmisión (por ejemplo, el modo fundamental LP_{01}). Cuando la fibra óptica entra en la región cónica estirada y adelgazada, debido a la drástica reducción del área de la sección transversal del núcleo, el campo electromagnético originalmente confinado dentro del núcleo no puede seguir estando completamente confinado; su energía comienza a dispersarse hacia el revestimiento (Cladding), formando ondas evanescentes (Evanescent Wave). Dado que las dos fibras ópticas están extremadamente cerca en la zona fundida, el campo evanescente de una fibra óptica penetra y se acopla a la fibra y al núcleo de la otra fibra óptica. - Control de división de luz:
Mediante el control preciso de la longitud de estiramiento, el ángulo del cono y la longitud de la zona fundida, la eficiencia del acoplamiento del campo electromagnético entre las dos fibras ópticas se puede controlar estrictamente. Esto permite lograr una división de luz en cualquier proporción (por ejemplo, 50:50, o 10:90 diseñada para sensores específicos). - Analogía de la tubería de agua:
Esto es similar a colocar dos tuberías de goma una al lado de la otra, adelgazar la pared del tubo en la región intermedia y soldarla, haciendo que la pared del tubo tenga una “semipenetrabilidad”, de modo que el agua (energía fotónica) se difunda en las tuberías adyacentes en proporciones a través de la ósmosis.
2. Tipo de guía de onda planar (PLC, Planar Lightwave Circuit) — Mecanismo de división de frente de onda geométrico
La tecnología de guía de onda planar se basa en procesos de fabricación de semiconductores micro y nano, y es un dispositivo que realmente logra un “teser” en términos de estructura geométrica:
- Proceso de fabricación:
Sobre una base de sustrato dieléctrico de cuarzo (dióxido de silicio), se depositan y graban canales de guía de onda microscópicos con alto índice de refracción utilizando procesos de semiconductores como la fotolitografía y el grabado. - Principio físico:
La unidad central básica de un divisor PLC es una bifurcación en forma de Y (es decir, una bifurcación Y). Cuando la onda de luz se transmite en la guía de onda principal y llega al punto de bifurcación en Y, el frente de onda de la onda de luz se divide geométricamente en el espacio en dos partes, entrando respectivamente en las dos guías de onda de rama. Al interconectar en cascada estas bifurcaciones en Y en el chip de forma multinivel (similar a una estructura topológica de árbol), un haz de luz de entrada se puede dividir uniformemente en 2^N haces (como 1\times 4, 1\times 8, 1\times 16 hasta 1\times 64). - Analogía de la tubería de agua:
Esto es más similar al teser de una tubería de agua. Graba canales físicos dentro de un medio sólido y divide directamente el campo de luz que se propaga hacia adelante en múltiples caminos a través de bifurcaciones geométricas.
Aplicación de divisores de fibra OFSCN® en sensores de fibra óptica
En las soluciones de sensores de red de fibra de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), los divisores de fibra son dispositivos de expansión de canal indispensables.
Parámetros principales y métricas de aplicación:
- Especificaciones convencionales:
Se ofrecen especificaciones como divisores 16\times 32, 8\times 16, 4\times 8, 32\times 64. - Aplicación de expansión de canal:
En proyectos de sensores de fibra óptica a gran escala, este producto se utiliza a menudo para complementar el OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator (interrogador de red de fibra óptica). A través del divisor, un canal físico del interrogador se puede expandir espacialmente a dos o tres canales lógicos, reduciendo significativamente el costo unitario por canal en sistemas de sensores de alto número de canales. - Requisitos de diseño:
Dado que el uso de divisores introduce pérdidas de inserción y los picos de longitud de onda de reflexión de los canales divididos son propensos a solaparse, al utilizar divisores para la expansión de canales, se debe realizar un diseño de longitud de onda y un análisis de polarización rigurosos para evitar la interferencia mutua de los picos de longitud de onda reflejados de cada sensor.