Farklı portlardan çıkan ışığın faz ilişkisi sabit midir?
I. Teorik ve Dahili Dalga Kılavuzu Seviyesi: Faz İlişkisi Teorik Olarak Sabittir
Dalga optiği ve ışık alanı interferans prensipleri açısından bakıldığında, tek modlu bir lazerin yaydığı lazer gibi eş fazlı bir ışık demeti bir ışık ayırıcıya (Splitter) enjekte edildiğinde, ışık alanı ayırıcı içindeki kuplaj bölgesinde veya dallanan dalga kılavuzlarında eş fazlı bir şekilde bölünür.
Düzlemsel dalga kılavuzu (PLC) teknolojisine dayanan ayırıcılar için, dahili mikro-nano ölçekli dalga kılavuzu yapısı yarı iletken litografi işlemiyle silikon alt tabaka üzerine hassas bir şekilde işlenir:
- Geometrik Simetri : Ayırıcı yongasının içindeki her bir dallanan yol geometrik olarak son derece simetriktir.
- Sabit Optik Yol Farkı : İki (veya daha fazla) çıkış arasındaki fiziksel yol farkı (geometrik uzunluk farkı) ve kırılma indisi dağılımı sabittir ve optik yol farkı \Delta L_{opd} son derece stabildir.
- Sabit Faz Farkı : Bu nedenle, yonga fiziksel çıkışlarındaki birleşim noktasında, iki çıkış ışığının faz farkı \Delta \phi = \frac{2 \pi}{\lambda} \Delta L_{opd} teorik olarak değişmezdir, yani yüksek derecede doğal faz uyumluluğuna sahiptir.
II. Gerçek Çıkış Fiber Kablosu Seviyesi: Faz İlişkisi Genellikle Rastgele Kayar
Ayırıcı yongasının içindeki faz ilişkisi sabit olsa da, gerçek mühendislik uygulamalarında ayırıcının her bir çıkış portu harici fiber optik kablolarına (Pigtail) bağlanır. Gerçek fiber kablolarının çıkış uçlarında, iki ışığın faz ilişkisi genellikle sabit değildir, bunun başlıca nedenleri şunlardır:
- Küçük Uzunluk Farkları (Geometrik Boyut Etkisi) : İletişim bandındaki ışık (örneğin yakın kızılötesi dalga boyu \lambda = 1550\text{ nm} ) için uzamsal dalga boyu yalnızca 1.55\ \mu\text{m} civarındadır. İki fiber kablosunun kesme ve ekleme işlemindeki uzunluk farkı yalnızca 1\ \mu\text{m} gibi çok küçük olsa bile, bu iki ışık arasında büyük bir faz farkına (yaklaşık 240^{\circ} faz kayması) neden olur.
- Ortam Sıcaklığı Dalgalanmaları (Termo-Optik ve Termal Genleşme Etkisi) : Fiberin kırılma indisi ve fiziksel uzunluğu sıcaklıkla çok hassas bir şekilde değişir. İki fiber kablosu, çok küçük bir sıcaklık farkı olan bir ortamda (örneğin 0.01\ ^{\circ}\text{C} yerel sıcaklık farkı) olduğunda, termo-optik ve termal genleşme etkileri nedeniyle, iki ışığın iletim sırasındaki eşdeğer optik yolları değişir ve bu da çıkıştaki göreceli faz farkının zamanla ciddi şekilde kaymasına neden olur.
- Mekanik Stres ve Titreşim (Elasto-Optik Etki) : Dışsal zayıf titreşimler, bükülmeler veya gerilmeler, fiber içindeki kırılma indisi dağılımını (yani çift kırılma ve elasto-optik etkileri) değiştirebilir, bu da rastgele dinamik faz dalgalanmalarına neden olur.
Bu nedenle, özel faz eşleşen fiberler (Phase-matched Fibers) kullanılmadığı ve son derece sıkı sabit sıcaklık ve titreşim önleyici fiziksel paketleme yapılmadığı sürece, sıradan ışık ayırıcısının fiber kablosu ucundan çıkan ışıkların faz ilişkisi sürekli olarak ortama göre rastgele kayar. Dağıtılmış fiber optik sensörlerde (örneğin koherent OTDR, fiber optik hidrofon) bu sorunun üstesinden gelmek için genellikle aktif faz modülatörleri veya faz telafi algoritmaları eklenir.
III. OFSCN® İlgili Ürün Tanıtımı
Fiber Bragg Grating (FBG) algılama alanında, Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), çok kanallı demodülasyon sistemleriyle eşleşen özel yüksek kaliteli ışık ayırıcıları sunmaktadır.
OFSCN® Optik Fiber Ayırıcı
Ana Parametreler ve Uygulama Göstergeleri:
- Ürün Tipi : Fiber ayırıcı, ışık ayırıcı, fiber Bragg Grating ayırıcı.
- Model Numarası : Standart modeller arasında 16x32 ayırıcı, 8x16 ayırıcı, 4x8 ayırıcı, 32x64 ayırıcı bulunur ve özel kanal özelleştirmeleri desteklenir.
- Sistem Uygulaması : Büyük ölçekli mühendislik projelerinde OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator (Fiber Bragg Grating Demodülatörü) ile birlikte kullanılır. Demodülatörün bir fiziksel kanalını mantıksal olarak birden fazla fiziksel kanala genişleterek, büyük algılama sistemlerinin tek kanal donanım maliyetini önemli ölçüde azaltır.
- Tasarım Hususları : Bu tür uygulamalar faz girişimine dayanmaz, dalga boyu çoğullama (WDM) ve uzamsal genişlemeyi kullanır. Kullanım sırasında, farklı fiziksel dallardaki FBG’lerin yansıtılan spektrumlarının çakışan bölgelerde kanal parazitine neden olmasını önlemek için titiz bir grating dalga boyu planlaması yapılmalıdır.