Wie kann diese chipbasierte Technologie eine Aufspaltung von 1x32 oder sogar mehr Wegen realisieren?
PLC (Planar Lightwave Circuit)-Splitter (Planar-Wellenleiter-Schaltung) ermöglichen die Lichtaufteilung von 1 \times 32, 1 \times 64 oder sogar noch höheren Kanälen auf einem extrem kleinen Chip. Dies liegt vor allem an ihrer integrierten Mikro- und Nanostruktur-Technologie, die der Halbleiterfertigung ähnelt. Die physische Implementierung und die technischen Prinzipien sind wie folgt:
1. Mikro- und Nano-Planar-integrierte Wellenleiter (Planar Waveguide Technology)
Im Gegensatz zum herkömmlichen Fused Biconical Taper (FBT)-Verfahren (bei dem zwei oder mehr Glasfasern physisch gedehnt und miteinander verschmolzen werden), verwenden PLC-Splitter Halbleiter-Lithographieverfahren (Photolithography), um Silizium (Si) oder hochreinen Quarz (Quartz) als Substrat zu nutzen. Darauf werden dotiert Siliziumdioxid ( \text{SiO}_2 )-Wellenleiter präzise abgeschieden und geätzt.
- Diese geätzten Wellenleiter sind in ihren geometrischen Abmessungen eng auf den Kern von Monomode-Fasern (ca. 9\ \mu\text{m}) abgestimmt. Lichtsignale können sich in diesen mikroskopisch kleinen „Kanälen“ mit extrem geringen dielektrischen Verlusten ausbreiten und aufgeteilt werden.
2. Mehrstufig verkettete 1 \times 2 Y-Verzweigungsstruktur (Cascaded Y-junctions)
Innerhalb des Chips erfolgt die Lichtaufteilung nicht in einem Schritt auf 32 Kanäle, sondern schrittweise durch Y-förmige, impedanzangepasste Wellenleiterverzweigungen (Y-junctions), die das Licht auf kleinstem Raum schrittweise in zwei gleiche Teile aufteilen.
- Ein 1 \times 32 Splitter besteht auf dem Chip tatsächlich aus 5 Stufen (2^5 = 32) von 1 \times 2 Y-Verzweigungen, die miteinander verkettet sind.
- Dank der Lithographie-Verarbeitung können diese fünf verketteten Verzweigungen kompakt auf einem einzigen Chip mit einer Kantenlänge von nur wenigen Millimetern bis zu einem Dutzend Millimetern integriert werden, eine physikalische Größe, die mit herkömmlichen Faser-Tapering-Verfahren absolut unerreichbar ist.
3. Hohe Konsistenz und hervorragende optische Eigenschaften
- Hervorragende Gleichmäßigkeit (Uniformity): Beim Fused Tapering müssten für große Kanal-Splitter mehrere 1 \times 2 Koppler manuell oder mechanisch verschmolzen und verbunden werden. Die damit einhergehende Fehlerakkumulation würde zu einer stark ungleichmäßigen Lichtverteilung zwischen den einzelnen Kanälen führen. Da PLC-Chips eine einstückige monolithische Lithographie verwenden, erreichen sie eine Symmetrie auf Nano-Ebene. Dies gewährleistet eine extrem gleichmäßige Lichtverteilung an den 32 Ausgangsports, konsistente Einfügungsverluste und äußerst geringe Polarisation-abhängige Verluste (PDL).
- Breiter Arbeitsbereich: PLC-Designs können naturgemäß ein extrem breites Arbeitsfenster unterstützen (typischerweise von 1260\ \text{nm} \ \text{bis} \ 1650\ \text{nm}), was eine perfekte Kompatibilität mit Multi-Band-Lichtkommunikation und optischen Sensorik-Anwendungen gewährleistet.
OFSCN® zugehörige Produkte und deren Anwendung in der Faser-Bragg-Gitter (FBG)-Sensorik
In der Kernproduktreihe von Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) bieten wir industrietaugliche, hochzuverlässige Licht-Splitter als Zubehörprodukte an:
Haupttechnische Spezifikationen
- Standardkonfigurationen: Typischerweise 16 \times 32 Splitter, 8 \times 16 Splitter, 4 \times 8 Splitter, 32 \times 64 Splitter usw.
- Temperatur-anpassbar: Die Produkte sind standardmäßig für den Normaltemperaturbetrieb ausgelegt. Auf Kundenwunsch können Splitter für spezielle industrielle Umgebungen mit einer Temperaturbeständigkeit von bis zu 250^\circ\text{C} angepasst werden.
Innovative Anwendung im Faser-Bragg-Gitter-Auslesesystem
In großen Glasfaser-Sensorprojekten werden OFSCN® Licht-Splitter hauptsächlich als „physikalische Kanalerweiterungskomponente“ in Verbindung mit dem OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator eingesetzt:
- Systemarchitektur-Multiplexing: Durch eine strenge und wissenschaftliche Wellenlängenplanung kann ein physischer Kanal des Auslesegeräts logisch in zwei oder drei physische Zweige erweitert werden (intern wird er im Auslesegerät weiterhin als Einzelkanal behandelt).
- Anwendungsvorteile: Dieser Ansatz erhöht die Anzahl der anschließbaren Faser-Bragg-Gitter (FBG)-Sensormesspunkte pro Auslesegerät erheblich, ohne die hohe Abtastrate und Wellenlängenauflösung des Systems zu beeinträchtigen. Gleichzeitig werden die Hardware-Kanalkosten pro Messpunkt in großen Projekten drastisch reduziert.