Comment peut-il diviser un faisceau de lumière en plusieurs, comme un raccord en T pour un tuyau d’eau ?
Le splitter de fibre optique (Fiber Splitter) joue effectivement un rôle similaire à un « raccord en T » dans un tuyau d’eau dans un chemin optique, mais en termes de principes physiques, la lumière, en tant qu’onde électromagnétique, a un mécanisme de « division » fondamentalement différent de la dynamique des fluides. Un splitter de fibre optique ne divise pas la lumière par un simple « blocage » physique ou une « réduction de débit », mais utilise plutôt le couplage de champ électromagnétique en optique guidée et la segmentation de l’espace géométrique des guides d’ondes microscopiques.
Actuellement, l’industrie utilise principalement les deux mécanismes physiques suivants pour distribuer un faisceau lumineux en plusieurs faisceaux :
1. Type FBT (Fused Biconical Taper) – Mécanisme de couplage de champ évanescent
La technologie de fusion conique modifie les conditions aux limites de la fibre optique par des moyens physiques et thermodynamiques pour réaliser la division de la lumière :
- Processus de fabrication : Deux (ou plusieurs) fibres optiques dont le revêtement extérieur a été retiré sont rapprochées étroitement, chauffées à fusion à haute température, tout en étant étirées uniformément dans les deux directions. Une zone de transition microscopique de structure conique double est finalement formée dans la zone chauffée.
- Principe physique : Dans une fibre optique monomode standard, l’onde lumineuse est principalement confinée et transmise dans le cœur (Core) (par exemple, le mode fondamental LP_{01}). Lorsque la fibre optique entre dans la zone conique étirée et amincie, en raison de la réduction drastique de la section transversale du cœur, le champ électromagnétique initialement confiné dans le cœur ne peut plus être entièrement contenu. Son énergie commence à se diffuser vers l’extérieur dans la gaine (Cladding), formant une onde évanescente. Étant donné que les deux fibres optiques sont extrêmement proches dans la zone fondue, le champ évanescent d’une fibre pénètre et se couple dans la gaine et le cœur de l’autre fibre.
- Contrôle de la division de la lumière : En contrôlant précisément la longueur d’étirement, l’angle conique et la longueur de la zone fondue, l’efficacité du couplage du champ électromagnétique entre les deux fibres optiques peut être strictement contrôlée. Ceci permet d’obtenir une division de la lumière dans des proportions arbitraires (par exemple, 50:50, ou 10:90 pour des capteurs spécifiques).
- Analogie du tuyau d’eau : C’est similaire à placer deux tuyaux d’eau en caoutchouc côte à côte, à affiner et à souder les parois des tuyaux dans la zone intermédiaire, rendant les parois des tuyaux « semi-perméables », de sorte que l’eau (énergie des photons) diffuse dans les tuyaux adjacents par osmose selon un rapport proportionnel.
2. Type PLC (Planar Lightwave Circuit) – Mécanisme de segmentation du front d’onde géométrique
La technologie des circuits optiques planaires, basée sur des procédés de fabrication de semi-conducteurs micro- et nanométriques, est un dispositif qui réalise véritablement un « raccord en T » au niveau de la structure géométrique :
- Processus de fabrication : Sur un substrat diélectrique en quartz (dioxyde de silicium), des canaux de guide d’ondes de l’ordre du micromètre avec un indice de réfraction élevé sont déposés et gravés à l’aide de procédés de semi-conducteurs tels que la photolithographie et la gravure.
- Principe physique : L’unité de base du splitter PLC est une branche en Y (c’est-à-dire une bifurcation en Y). Lorsque l’onde lumineuse se propage dans le guide d’onde principal et atteint le point de bifurcation en Y, le front d’onde de l’onde lumineuse est géométriquement divisé symétriquement en deux parties dans l’espace, qui entrent respectivement dans les deux guides d’ondes de branche. En“faisant cascader” plusieurs fois cette bifurcation en Y à l’intérieur de la puce (similaire à une structure topologique arborescente), un faisceau de lumière d’entrée peut être divisé uniformément en 2^N faisceaux (par exemple, 1\times 4, 1\times 8, 1\times 16 jusqu’à 1\times 64).
- Analogie du tuyau d’eau : Cela ressemble le plus au raccord en T d’un tuyau d’eau. Il grave des canaux physiques à l’intérieur d’un milieu solide et divise directement le champ lumineux se propageant vers l’avant en plusieurs voies par bifurcation géométrique.
Application des splitters OFSCN® dans la détection par fibre optique
Dans les solutions de détection par réseau de fibres de Bragg (FBG) de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), les splitters de fibre optique sont des dispositifs d’extension de canal indispensables.
Paramètres principaux et indicateurs d’application :
- Spécifications standard : Des spécifications telles que les splitters 16\times 32, 8\times 16, 4\times 8, 32\times 64 sont disponibles.
- Application d’extension de canal : Dans les projets de détection par fibre optique à grande échelle, ce produit est souvent utilisé pour accompagner l’interrogateur de réseau de fibres de Bragg OFSCN® (OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator) (Fiber Bragg Grating Interrogator - Fiber Optic Grating Demodulator - High Refresh Rate - Multiport - Industrial Grade - FBG Analyzer - DCYS - ofscn.net). Grâce au splitter, un canal physique de l’interrogateur peut être étendu spatialement à deux ou trois canaux logiques, réduisant ainsi considérablement le coût unitaire par canal dans les systèmes de détection à haut nombre de canaux.
- Exigences de conception : Étant donné que l’utilisation de splitters introduit une perte d’insertion et que les longueurs d’onde réfléchies des canaux divisés peuvent facilement se chevaucher, lors de l’utilisation de splitters pour l’extension de canal, une conception de longueur d’onde et une analyse de polarisation rigoureux doivent être effectuées pour éviter les interférences mutuelles des pics de longueur d’onde réfléchis par chaque capteur.