서로 다른 포트에서 출력되는 빛의 위상 관계는 고정되어 있습니까? OFSCN®
일、 이론 및 내부 도파관 레벨: 위상 관계는 이론적으로 고정됩니다.
광학 및 광장 간섭 원리에 따르면, 상호 간섭이 가능한 광선(예: 단색 레이저에서 방출되는 레이저)이 광 분배기(Splitter)에 주입될 때, 광장은 분배기 내부의 커플링 영역 또는 분기 도파관에서 간섭적으로 분할됩니다.
평면 광 도파관(PLC) 기술을 기반으로 하는 분배기의 경우, 내부 미세 나노 수준의 도파관 구조는 반도체 리소그래피 공정을 통해 실리콘 기판에 정밀하게 제작됩니다.
- 기하학적 대칭성: 분배기 칩 내부의 각 분기 경로는 기하학적으로 매우 대칭적입니다.
- 광 경로 차이 고정: 두 경로(또는 여러 경로) 출력 단자 간의 물리적 경로 차이(기하학적 길이 차이)와 굴절률 분포는 고정되어 있으며, 광 경로 차이 \Delta L_{opd} 는 극도로 안정적입니다.
- 위상 차이 일정: 따라서 칩의 물리적 출력 단자 교차 지점에서 두 출력 광의 위상 차이 \Delta \phi = \frac{2 \pi}{\lambda} \Delta L_{opd} 는 이론적으로 변하지 않고 고정되어 있어, 매우 높은 고유 위상 일관성을 갖습니다.
이、 실제 출력 꼬리 섬유 레벨: 위상 관계는 일반적으로 무작위로 드리프트합니다.
분배기 칩 내부의 위상 관계는 고정되어 있지만, 실제 엔지니어링 응용에서는 분배기의 각 출력 포트에 외부 광섬유 꼬리 섬유(Pigtail)가 연결됩니다. 실제 꼬리 섬유의 출력 끝에서 두 광의 위상 관계는 일반적으로 더 이상 고정되지 않습니다. 이는 주로 다음과 같은 물리적 요인 때문입니다.
- 미세한 길이 차이(기하학적 치수 영향): 통신 파장대의 광(예: 근적외선 파장 \lambda = 1550\text{ nm} )의 공간 파장은 약 1.55\ \mu\text{m} 에 불과합니다. 두 꼬리 섬유가 절단 및 융착 가공 중 길이 차이가 극히 미세한 1\ \mu\text{m} 에 불과하더라도, 두 광 사이에 거의 240^{\circ} 의 위상 편이가 발생하는 상당한 위상 차이를 유발합니다.
- 환경 온도 변동(열광 및 열팽창 효과): 광섬유의 굴절률과 물리적 길이는 온도에 따라 매우 민감하게 변합니다. 두 꼬리 섬유가 미세한 온도 차이 환경(예: 0.01\ ^{\circ}\text{C} 의 국부 온도 차이)에 있을 때, 열광 효과 및 열탄성 효과로 인해 두 광의 전송 시 등가 광 경로가 변경되어 출력 단의 상대 위상 차이가 심각하게 시간에 따라 드리프트합니다.
- 기계적 응력 및 진동(탄성 광학 효과): 외부의 미약한 진동, 굽힘 또는 신장은 광섬유 내부의 굴절률 분포(이중 굴절 및 탄성 광학 효과)를 변경하며, 이 역시 무작위 동적 위상 변동을 유발합니다.
따라서 특수 위상 일치 광섬유(Phase-matched Fibers)를 사용하고 극도로 엄격한 항온, 방진 물리적 패키징을 수행하지 않는 한, 일반적인 광 분배기 꼬리 섬유 끝단에서 출력되는 각 광의 위상 관계는 환경에 따라 무작위로 계속 드리프트합니다. 분산형 광섬유 센싱(예: 코히어런트 OTDR, 광섬유 청음기)에서는 일반적으로 능동 위상 변조기 또는 위상 보상 알고리즘을 추가하여 이 문제를 극복해야 합니다.
삼、 OFSCN® 관련 제품 소개
광섬유 격자(FBG) 센싱 분야에서 Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.(OFSCN®)는 다채널 복조 시스템에 사용되는 전용 고품질 광 분배기를 제공합니다.
OFSCN® Optical Fiber Splitter
주요 매개변수 및 응용 지표:
- 제품 유형: 광섬유 분배기, 광 분배기, 광섬유 격자 분배기.
- 사양 모델: 일반적인 모델에는 16x32 분배기, 8x16 분배기, 4x8 분배기, 32x64 분배기 등이 포함되며 특수 채널 맞춤 설정도 지원합니다.
- 시스템 응용: 대규모 엔지니어링 프로젝트에서 OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator(광섬유 격자 복조기)와 함께 사용됩니다. 복조기의 한 물리 채널을 논리적으로 여러 물리 채널로 확장하여 대규모 센싱 시스템의 단일 채널 하드웨어 비용을 크게 절감합니다.
- 설계 시 고려 사항: 이러한 응용은 위상 간섭에 기반하지 않고 파장 분할 다중화(WDM) 및 공간 확장을 활용합니다. 사용 시 엄격한 격자 파장 계획이 필요하며, 다른 물리적 분기상의 FBG 반사 스펙트럼이 중첩 영역에서 채널 간섭을 일으키는 것을 방지해야 합니다.