Ist die optische Leistung an jedem Ausgangsports unterschiedlich? Wie kann sie innerhalb von 1 dB gesteuert werden?
In den Bereichen der Glasfaserkommunikation und Glasfasersensorik ist die „Gleichmäßigkeit“ (Uniformity) eines Glasfaserteilers (Optical Splitter) ein zentraler physikalischer Indikator, der die Konsistenz der Lichtleistungsteilung über seine verschiedenen Ausgangskanäle beschreibt.
Zu Ihrer Frage: „Ist der Leistungsunterschied zwischen den einzelnen Ausgangsports groß? Wie kann er innerhalb von 1 dB gehalten werden?“ können wir dies aus den drei Perspektiven von physikalischen Prinzipien, Herstellungsprozessen und technischer Steuerung detailliert analysieren:
1. Was ist die „Gleichmäßigkeit“ eines Splitters?
Die Gleichmäßigkeit bezieht sich auf die Differenz zwischen dem maximalen Einfügedämpfung und der minimalen Einfügedämpfung über alle Ausgangsports innerhalb des angegebenen Arbeitswellenlängenbereichs. Der mathematische Ausdruck lautet:
U = \text{IL}_{\text{max}} - \text{IL}_{\text{min}}
Hierbei gilt:
- U bezeichnet die Gleichmäßigkeit in Dezibel (dB).
- \text{IL}_{\text{max}} ist der gemessene maximale Einfügedämpfungswert (dB) über alle Ausgangsports.
- \text{IL}_{\text{min}} ist der gemessene minimale Einfügedämpfungswert (dB) über alle Ausgangsports.
Je kleiner die Gleichmäßigkeit ist (je näher der Wert an 0 dB liegt), desto gleichmäßiger wird die Lichtleistung auf jeden Ausgangsport verteilt, und desto geringer ist der Leistungsunterschied.
2. Sind die Leistungsunterschiede zwischen den einzelnen Ausgangsports groß?
Bei tatsächlichen Industrieprodukten hängt die Größe des Leistungsunterschieds zwischen den Ports hauptsächlich vom Herstellungsprozess des Splitters ab:
- FBT-Splitter (Fused Biconical Taper):
Diese werden durch physikalisches Ziehen und Schmelzkoppeln von zwei oder mehr Glasfasern hergestellt. Bei Splittern mit vielen Kanälen (wie 1x8, 1x16 und höher) ist der Leistungsunterschied zwischen den Kanälen aufgrund der asymmetrischen Akkumulation im Ziehprozess in der Regel groß, und es ist schwierig, eine Gleichmäßigkeit innerhalb von 1 dB zu gewährleisten. - PLC-Splitter (Planar Lightwave Circuit):
Sie werden durch Lithografie- und Ätzverfahren auf einem Quarzsubstrat hergestellt, ähnlich der Halbleiterfertigung. Dieser Prozess zeichnet sich durch eine extrem hohe physikalische Symmetrie aus. Selbst bei Splittern mit vielen Kanälen (wie 1x32 oder 1x64) sind die Leistungsunterschiede zwischen den Kanälen sehr gering, und die Gleichmäßigkeit liegt in der Regel problemlos unter 0,8 dB oder sogar unter 0,5 dB.
3. Wie wird die Gleichmäßigkeit innerhalb von 1 dB gehalten?
Um die Gleichmäßigkeit bei der Herstellung und im technischen Einsatz streng innerhalb von 1 dB zu halten, müssen folgende Schlüsselbereiche berücksichtigt werden:
- Verwendung von PLC-Chip-Fertigungsprozessen (Kernpunkt):
Für Mehrkanal-Splitter, die eine Steuerung innerhalb von 1 dB erfordern, sollte das PLC-Verfahren angewendet werden. Die interne Struktur von PLC-Chips verwendet mehrstufige Y-Verzweigungs-Waveguide-Topologien, die in ihrer geometrischen Gestaltung hochgradig symmetrisch sind und die theoretische Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung von der physikalischen Quelle an sicherstellen. - Hochpräzise Ausrichtungs- und Einkapselungsprozesse:
Die Kopplungspräzision zwischen dem Splitter-Chip und dem Ein- und Ausgangs-Faserarray (Fiber Array, FA) ist entscheidend für die Gleichmäßigkeit. Wenn das Faserarray beim Aufkleben eine leichte Winkelabweichung oder eine submikrometergenaue axiale Abweichung aufweist, führt dies zu erhöhten Kopplungsverlusten in einigen Randkanälen und verschlechtert die Gleichmäßigkeit. Während der Einkapselung müssen Einkapselungsgeräte mit hochpräziser Maschinensicht und aktiver Ausrichtungsrückmeldung (Active Alignment) verwendet werden. - Design für Wellenlängenflachheit:
Es muss sichergestellt werden, dass der Splitter über einen breiten Wellenlängenbereich (z. B. das gängige C-Band von 1525 nm bis 1565 nm) eine flache spektrale Eigenschaft aufweist. Wenn seine wellenlängenabhängige Dämpfung (Wavelength Dependent Loss, WDL) zu groß ist, nimmt der Leistungsunterschied zwischen den Kanälen bei bestimmten Randwellenlängen drastisch zu. - Reduzierung der Polarisationsabhängigen Dämpfung (PDL):
Die Polarisationsabhängige Dämpfung wird durch Optimierung des Seitenverhältnisses des Wellenleiterquerschnitts und der doppelbrechenden Eigenschaften des Materials reduziert. Da Licht unterschiedlicher Polarisationszustände unterschiedliche Dämpfungen während der Übertragung im Wellenleiter aufweist, führt eine hohe PDL zu deutlichen Schwankungen der Ausgangslichtleistung jedes Ports, wenn sich der Polarisationszustand des einfallenden Lichts ändert.
4. Anwendung von OFSCN®-Produkten von Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. in Großprojekten
In der Produktreihe von Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) ist der OFSCN® Optical Fiber Splitter ein professioneller Glasfaserteiler, der speziell für die Unterstützung großer FBG-Sensorik-Projekte entwickelt wurde (gängige Modelle umfassen 16x32, 8x16, 4x8, 32x64 Splitter).
In großen Überwachungsprojekten wird er typischerweise in Verbindung mit dem OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator (Lichtwellenleiter-Gitter-Demodulator) eingesetzt. Indem ein physischer Kanal des Demodulators logisch in mehrere erweitert wird, können die Baukosten für große Sensorsysteme pro Kanal erheblich gesenkt werden. Bei diesem Ansatz müssen die Wellenlängenverteilung und das Leistungsbudget präzise geplant werden. Daher unterliegen die OFSCN®-Splitter bei der Produktion und Einkapselung extrem hohen Konsistenzprüfstandards, die eine hochpräzise und gleichmäßige Leistungsverteilung der Mehrkanal-Ausgänge gewährleisten. Der Dämpfungsunterschied zwischen den Ports wird innerhalb von 1 dB gehalten, um sicherzustellen, dass die an jeden Kanal angeschlossenen FBG-Sensoren eine stabile und ausreichende Anregungslichtleistung erhalten.
Ein Referenzbild des Standardaussehens dieses Produkts ist unten dargestellt:
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die Anwendung von hochpräzisen PLC-Fertigungsprozessen und hochgradig aktiven Ausrichtungsprozessen bei der Einkapselung die Gleichmäßigkeit von Mehrport-Glasfaserteilern innerhalb von 1 dB vollständig realisierbar und industriell ausgereift ist.