В чем заключается принципиальное отличие от одномодового сплиттера?
Мультимодовые (Multimode Splitter) и одномодовые (Single-mode Splitter) разветвители принципиально различаются по физике и принципам волноводной оптики. Эти различия не только определяют сложность их проектирования и изготовления, но и напрямую влияют на их рабочие характеристики в различных оптических системах.
Ниже приведено сравнение ключевых технологий и принципов обоих типов:
1. Фундаментальное различие в количестве передаваемых пространственных мод
- Одномодовый разветвитель: Рабочее волокно (например, стандартное одномодовое волокно G.652D или G.657) имеет чрезвычайно малый диаметр сердечника, обычно около 9\ \mu\text{m}. При рабочей длине волны волокно допускает передачу только одной основной моды (LP_{01}).
- Мультимодовый разветвитель: Рабочее волокно (например, многомодовое волокно с диаметром сердечника 50\ \mu\text{m} или 62.5\ \mu\text{m}) поддерживает одновременную передачу сотен или даже тысяч пространственных мод высших порядков (LP_{lm}).
2. Различия в механизмах когерентного оптического сопряжения и распределения мощности
- Когерентное сопряжение через затухающее поле (Evanescent Wave Coupling) в одномодовых разветвителях:
Ключевой физический механизм одномодовых разветвителей (будь то FBT-разветвитель с плавным сужением или планшетный волноводный разветвитель PLC) является очень простым и однозначным. Когда сердечники двух одномодовых волокон сближаются, затухающие поля основной моды (LP_{01}) перекрываются. Это позволяет стабильно сопрягать силовые поля между двумя волноводами. Поскольку существует только одна мода, этот обмен энергией полностью контролируем, чрезвычайно однороден и стабилен при определенной длине волны и длине сужения, и незначительные внешние физические возмущения не влияют на него. - Зависимость от распределения мощности по модам (Modal Power Distribution) в мультимодовых разветвителях:
В мультимодовом волокне оптическая энергия распределена по сотням или тысячам различных пространственных мод. При плавном сужении или волноводном сопряжении различные порядки мод имеют разную глубину проникновения затухающего поля. Обычно моды высших порядков легче вытекают и раньше начинают сопрягаться, тогда как моды низших порядков склонны оставаться внутри исходного сердечника.
Это означает, что коэффициент распределения мощности мультимодового разветвителя чрезвычайно трудно поддерживать абсолютно равномерным. Простое плавное сужение приводит к несогласованности спектра мощности мод, выделяемых в каждом выходном канале, что порождает высокий модально-зависимый потери (Modal-dependent Loss, MDL). Для решения этой проблемы мультимодовые разветвители при производстве обычно требуют добавления специальных структур для «смешивания мод» или «геометрического смешивания света», чтобы все пространственные моды были полностью перемешаны перед разделением.
3. Чувствительность к условиям ввода и воздействиям окружающей среды
- Одномодовый разветвитель:
Нечувствителен к состоянию ввода источника света. Независимо от того, является ли это полупроводниковый лазер, сверхсуперлюминесцентный диод (SLED) или волоконный лазер, пока длина волны находится в рабочем окне, коэффициент распределения мощности остается постоянным, а потери, вызванные изгибами окружающей среды, также являются широкополосно-однородными. - Мультимодовый разветвитель:
Чрезвычайно чувствителен к условиям ввода источника света (Launch Condition). Если источник света использует режим полного ввода (Overfilled Launch, OFL), энергия будет заполнена модами высших порядков; если используется центральный одномодовый ввод, энергия будет сосредоточена в модах низших порядков. При изменении условий ввода коэффициент распределения мощности в каждом ответвлении будет значительно отклоняться. Кроме того, любой небольшой изгиб или вибрация волокна вызовет сильное сопряжение мод (Mode Coupling), что приведет к сильному модовому шуму (Modal Noise) на выходе.
Продукты и применение OFSCN®
В волоконно-оптических системах обнаружения Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) разветвители широко используются в крупных проектах, особенно в сочетании с системами демодуляции одномодовых волоконных решеток.
Название продукта: OFSCN® Optical Fiber Splitter | Официальная ссылка
Основные параметры
- Стандартные спецификации: Включают разветвители 16x32, 8x16, 4x8, 32x64.
- Основное применение: Используются в сочетании с демодуляторами волоконных решеток OFSCN® в крупных проектах волоконно-оптического обнаружения. Путем тщательного проектирования длины волны для каждого датчика, один физический канал демодулятора логически расширяется до двух или трех, что значительно снижает среднюю стоимость одного канала в многоканальных системах.
- Возможность индивидуальной настройки: Поддержка продуктов, настраиваемых для стандартной температуры и высоких температур до 250^{\circ}\text{C}.