Фиксировано ли фазовое соотношение между светом, выходящим из разных портов?
I. Теоретический и внутренний волноводный уровень: Фазовые соотношения теоретически фиксированы
С точки зрения волновой оптики и принципов интерференции световых полей, когда когерентный луч света (например, лазер, излучаемый монохроматическим лазером) вводится в оптический сплиттер, световое поле когерентно разделяется во внутренней области связи или в разветвленном волноводе сплиттера.
Для сплиттеров, основанных на технологии планарных волноводов (PLC), их внутренняя микро- и наноструктура волноводов точно изготавливается на кремниевой подложке с использованием процессов полупроводниковой литографии:
- Геометрическая симметрия：Каждый разветвленный путь внутри чипа сплиттера обладает высокой геометрической симметрией.
- Фиксированная оптическая разность хода：Физическая разница в пути (разница геометрической длины) и распределение показателя преломления между двумя (или более) выходными концами фиксированы, а их оптическая разность хода \Delta L_{opd} чрезвычайно стабильна.
- Постоянная разность фаз：Следовательно, на стыке физических выходов чипа разность фаз \Delta \phi = \frac{2 \pi}{\lambda} \Delta L_{opd} между двумя выходными лучами теоретически является неизменной, то есть обладает высокой собственной фазовой согласованностью.
II. Уровень фактических выходных патч-кордов: Фазовые соотношения обычно случайным образом дрейфуют
Хотя фазовые соотношения внутри чипа сплиттера фиксированы, в реальных инженерных приложениях к каждому выходному порту сплиттера подключены внешние оптоволоконные патч-корды. На выходном конце фактических патч-кордов фазовое соотношение между двумя лучами света больше не фиксировано, что в основном обусловлено следующими физическими факторами:
- Незначительная разница в длине (влияние геометрических размеров)：Для света в телекоммуникационном диапазоне (например, при длине волны \lambda = 1550\text{ nm} ) пространственная длина волны составляет всего около 1.55\ \mu\text{m} . Даже если разница в длине между двумя патч-кордами составляет всего 1\ \mu\text{m} при резке и сварке, это внесет огромную разность фаз (сдвиг фазы почти 240^{\circ} ) между двумя лучами света.
- Колебания температуры окружающей среды (термооптический и тепловое расширение)：Показатель преломления и физическая длина оптического волокна очень чувствительны к изменению температуры. Когда два патч-корда находятся в условиях небольшой разницы температур (например, локальная разница температур 0.01^{\circ}\text{C} ), из-за термооптического эффекта и теплового расширения эквивалентная оптическая длина двух световых путей изменяется во время распространения, что приводит к серьезному дрейфу относительной разности фаз на выходе во времени.
- Механические напряжения и вибрации (упругооптический эффект)：Внешние слабые вибрации, изгибы или растяжения изменяют распределение показателя преломления внутри оптического волокна (т.е. двулучепреломление и упругооптический эффект), что также вызывает случайные динамические фазовые флуктуации.
Следовательно, если не использовать специальные оптические волокна с фазовым согласованием (Phase-matched Fibers) и не применять строгую герметичную инкапсуляцию с постоянной температурой и виброизоляцией, то фазовые соотношения выходных лучей на конце обычных патч-кордов оптических сплиттеров постоянно случайным образом дрейфуют в зависимости от окружающей среды. В системах распределенных оптоволоконных датчиков (таких как когерентные OTDR, оптоволоконные гидрофоны) обычно требуется добавление активных фазовых модуляторов или алгоритмов фазовой компенсации для преодоления этой проблемы.
III. Обзор продукции OFSCN®
В области датчиков на основе волоконных решеток (FBG) Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) поставляет специализированные высококачественные оптические сплиттеры для комплектации многоканальных систем демодуляции.
OFSCN® Optical Fiber Splitter
Основные параметры и показатели применения：
- Тип продукта：оптоволоконный сплиттер, оптический сплиттер, сплиттер для волоконных решеток.
- Модели：Стандартные модели включают сплиттеры 16x32, 8x16, 4x8, 32x64 и т. д., также возможна индивидуальная настройка специальных каналов.
- Системное применение：В крупных инженерных проектах используется в комплекте с OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator (демодулятор волоконных решеток). Расширяя один физический канал демодулятора логически до нескольких физических каналов, это значительно снижает аппаратные затраты на один канал в больших системах датчиков.
- Примечания по проектированию：Такое применение основано не на фазовой интерференции, а на использовании спектрального разделения каналов (WDM) и пространственного расширения. При использовании необходимо тщательное планирование длин волн волоконных решеток, чтобы предотвратить интерференцию каналов в перекрывающихся областях спектров отражения FBG на разных физических ветвях.