1:1 División de luz y 1:9 División de luz, ¿qué significan? ¿Cómo se divide la luz proporcionalmente?
1. ¿Qué es la “Relación de División”?
La Relación de División (Splitting Ratio) se refiere a la relación de distribución porcentual de la potencia óptica asignada a cada puerto de salida con respecto a la potencia óptica total de salida en un divisor/acoplador óptico (Optical Splitter / Coupler).
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División 1:1 (División Simétrica 50%:50%):
- Significado: La potencia óptica de entrada se distribuye uniformemente a dos puertos de salida, con cada uno recibiendo el 50\% de la potencia óptica.
- Pérdida Teórica: La pérdida de inserción teórica para cada canal es de aproximadamente 3\ \text{dB} (es decir, 10 \log_{10}(0.5) \approx -3.01\ \text{dB}).
- Escenarios Típicos: Construcción de interferómetros (como los interferómetros Mach-Zehnder, Michelson), demodulación simétrica de doble canal y transmisión de señales divididas equitativamente.
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División 1:9 (División Asimétrica 10%:90%):
- Significado: La potencia óptica de entrada se distribuye proporcionalmente, con un puerto asignado al 10\% de la potencia óptica y el otro puerto al 90\%.
- Pérdida Teórica: El puerto del 10\% tiene una pérdida teórica de 10\ \text{dB}; el puerto del 90\% tiene una pérdida teórica de aproximadamente 0.46\ \text{dB}.
- Escenarios Típicos: Monitoreo de potencia óptica en línea/muestreo de derivación (utilizando el puerto del 10\% para monitoreo en tiempo real sin afectar significativamente la señal principal del 90\%), redes de sensores en cascada de tipo cadena/bus, etc.
2. ¿Cómo se distribuye la luz proporcionalmente? (Mecanismo Físico y Principio de Implementación)
En la óptica de fibra, la distribución de potencia de la señal óptica no se logra mediante un corte mecánico, sino basándose en el efecto físico de Acoplamiento de Campo Evanescente (Evanescent Field Coupling).
(1) Principio de Acoplamiento de Campo Evanescente
Cuando la luz se propaga en el núcleo de una fibra óptica mediante el mecanismo de reflexión interna total (TIR), el campo electromagnético no está completamente confinado dentro del núcleo. Una parte del campo electromagnético penetra la interfaz núcleo-revestimiento y entra en el revestimiento, formando un campo no radiante que decae exponencialmente en la dirección radial, conocido como Onda Evanescente (Evanescent Wave).
Cuando los núcleos de dos fibras ópticas desnudas se acercan a una distancia del orden de micrómetros (\mu\text{m}), el campo evanescente de una fibra puede penetrar y acoplarse al núcleo de la fibra adyacente, excitando sus modos guiados, lo que resulta en una transferencia periódica de energía entre las dos fibras.
(2) Proceso de Cono Biconificado Fundido (FBT, Fused Biconical Taper)
Las relaciones de división asimétricas (como 1:9, 2:8, 5:95, etc.) se logran principalmente mediante la tecnología de cono biconificado fundido:
- Preparación de la Estructura: Dos fibras ópticas monomodo despojadas de su recubrimiento se colocan en paralelo y se trenzan juntas.
- Calentamiento y Estiramiento: Bajo el calentamiento de una llama de hidrógeno/oxígeno a alta temperatura o un arco eléctrico, las fibras se funden y se estiran hacia ambos lados por motores micrométricos de precisión, formando una zona de acoplamiento biconificado.
- Monitoreo Dinámico y Detención: A medida que la zona cónica se adelgaza y la sección transversal del núcleo se reduce, el campo modal se expande hacia afuera, aumentando el área de superposición del campo evanescente y la longitud de acoplamiento. La potencia óptica comienza a transferirse periódicamente de la fibra principal a la fibra secundaria. El sistema de fabricación inyecta láser en tiempo real y monitorea la potencia de salida en los dos puertos de salida. Cuando la potencia de salida alcanza exactamente la proporción objetivo (por ejemplo, 10\% : 90\%), el estiramiento se detiene inmediatamente y se encapsula.
(3) Tecnología de Circuitos Integrados Planar Lightwave Circuit (PLC)
Para la división simétrica equitativa (como escenarios de división equitativa 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32, etc.), se utiliza comúnmente la tecnología de fotolitografía de semiconductores micro y nano para grabar redes de guías de onda de ramificación en forma de Y simétricas en un sustrato de cuarzo, logrando una alta consistencia en la división simétrica.
3. Productos Relacionados y Aplicaciones de Ingeniería
En sistemas de sensado por fibra óptica y demodulación de redes de fibra de Bragg (FBG), los divisores de fibra óptica se utilizan comúnmente para la expansión de canales, la construcción de topología y la distribución de potencia óptica.
- Detalles del Producto: OFSCN® Optical Fiber Splitter
Parámetros Principales y Aplicaciones:
- Incluye varias especificaciones de división como 4\times 8 , 8\times 16 , 16\times 32 , 32\times 64 .
- En proyectos de sensado a gran escala, se utiliza junto con un demodulador de redes de fibra de Bragg. Al planificar las longitudes de onda, un solo canal físico se puede expandir a múltiples canales lógicos, optimizando así la utilización general de canales del sistema.