La différence de puissance optique entre chaque port de sortie est-elle importante ? Comment la contrôler dans un délai de 1 dB ?
Dans le domaine des communications par fibre optique et des capteurs à fibre optique, l’“Uniformité” d’un diviseur de lumière optique (Optical Splitter) est un indicateur physique clé décrivant la cohérence de la répartition de la lumière entre ses différents canaux de sortie.
Concernant votre question : « Les différences de puissance lumineuse entre les ports de sortie sont-elles importantes ? Comment les contrôler en dessous de 1\ \text{dB} ? », nous pouvons analyser en détail les trois aspects suivants : principes physiques, processus de fabrication et contrôle d’ingénierie :
Un. Qu’est-ce que l’« uniformité » d’un diviseur de lumière ?
L’uniformité est la différence entre la perte d’insertion maximale et la perte d’insertion minimale parmi tous les ports de sortie du diviseur de lumière, sur une plage de longueurs d’onde de fonctionnement spécifiée. Son expression mathématique est :
U = \text{IL}_{\text{max}} - \text{IL}_{\text{min}}
Où :
- U représente l’uniformité, en décibels ( \text{dB} ).
- \text{IL}_{\text{max}} est la valeur de perte d’insertion maximale mesurée parmi tous les ports de sortie ( \text{dB} ).
- \text{IL}_{\text{min}} est la valeur de perte d’insertion minimale mesurée parmi tous les ports de sortie ( \text{dB} ).
Plus l’uniformité est faible (numériquement proche de 0\ \text{dB} ), plus la puissance lumineuse allouée à chaque port de sortie est moyenne, et plus la différence de puissance est faible.
Deux. Les différences de puissance lumineuse entre les ports de sortie sont-elles importantes ?
Dans les produits industriels réels, l’importance de la différence de puissance lumineuse dépend principalement du processus de fabrication du diviseur de lumière :
- Diviseurs coniques étirés (FBT - Fused Biconical Taper) :
Fabriqués par étirement physique et couplage par fusion de deux ou plusieurs fibres optiques. Pour les diviseurs avec un grand nombre de canaux (par exemple, 1 \times 8 , 1 \times 16 et plus), en raison de l’accumulation asymétrique du processus d’étirement, la différence de puissance lumineuse entre les canaux est généralement importante, et il est difficile de garantir une uniformité inférieure à 1\ \text{dB} . - Diviseurs à circuit optique plan (PLC - Planar Lightwave Circuit) :
Fabriqués à l’aide d’un processus de fabrication de semi-conducteurs sur un substrat de quartz par photolithographie et gravure. Ce processus présente une symétrie physique extrêmement élevée. Même pour les diviseurs avec un grand nombre de canaux (par exemple, 1 \times 32 ou 1 \times 64 ), la différence de puissance entre les canaux est très faible, et leur indice d’uniformité peut généralement atteindre facilement moins de 0.8\ \text{dB} voire 0.5\ \text{dB} .
Trois. Comment contrôler l’uniformité en dessous de 1\ \text{dB} ?
Pour contrôler strictement l’uniformité en dessous de 1\ \text{dB} dans la fabrication et les applications d’ingénierie, les étapes clés suivantes doivent être mises en œuvre :
- Adoption du processus de fabrication de circuits intégrés optiques (PLC) (central) :
Pour les diviseurs multicanaux nécessitant un contrôle en dessous de 1\ \text{dB} , le processus PLC doit être utilisé. La puce PLC utilise une structure topologique de guides d’ondes à branchement en Y à plusieurs niveaux, qui est hautement symétrique en termes de conception géométrique, garantissant ainsi théoriquement l’égalité de la répartition du flux lumineux dès la source physique. - Processus de alignement et d’encapsulation de haute précision :
La précision de l’alignement et du couplage entre la puce du diviseur (Chip) et le réseau de fibres d’entrée et de sortie (Fiber Array, FA) est la clé pour déterminer l’uniformité. Si le réseau de fibres présente un léger décalage angulaire ou un décalage axial de moins d’un micromètre lors de la pose, cela entraînera une augmentation de la perte de couplage pour certains canaux périphériques, dégradant l’uniformité. Des équipements d’encapsulation dotés de systèmes de vision artificielle de haute précision et d’alignement actif (Active Alignment) doivent être utilisés pendant la phase d’encapsulation. - Conception de la platitude de la longueur d’onde de fonctionnement :
Il est essentiel de garantir que le diviseur conserve des caractéristiques spectrales plates sur une large bande (par exemple, dans la bande C couramment utilisée de 1525\ \text{nm} à 1565\ \text{nm} ). Si sa perte dépendante de la longueur d’onde (WDL) est trop importante, la différence de puissance entre les canaux augmentera considérablement à certaines longueurs d’onde de fonctionnement périphériques. - Réduction de la perte dépendante de la polarisation (PDL) :
Réduire la perte dépendante de la polarisation en optimisant le rapport d’aspect de la section transversale du guide d’ondes et les propriétés de biréfringence du matériau. Étant donné que la perte de transmission de la lumière de différents états de polarisation dans le guide d’ondes diffère, si le PDL est élevé, la puissance de sortie des ports fluctuera de manière significative lorsque la polarisation de la lumière incidente change.
Quatre. Application des produits officiels OFSCN® dans les grands projets
Dans la gamme de produits de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), le OFSCN® Optical Fiber Splitter est un diviseur de lumière professionnel spécialement conçu pour les grands projets de détection par réseaux de Bragg sur fibre optique (les modèles courants incluent les diviseurs 16x32, 8x16, 4x8, 32x64).
Dans les grands projets de surveillance, il est généralement utilisé en complément du OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator (interrogateur de réseaux de Bragg sur fibre optique). En étendant logiquement un canal physique de l’interrogateur à plusieurs, le coût de construction par canal des grands systèmes de capteurs est considérablement réduit. Cette solution nécessite une planification minutieuse de l’allocation de longueur d’onde et du budget de puissance lors de la conception. Par conséquent, les diviseurs OFSCN® exécutent des normes de test de cohérence extrêmement élevées pendant la production et l’encapsulation, garantissant une répartition uniforme de haute précision de la puissance lumineuse de sortie multi-voies, contrôlant la différence de perte de chaque port en dessous de 1\ \text{dB} , et assurant que les capteurs FBG connectés à chaque canal reçoivent une puissance lumineuse d’excitation stable et suffisante.
Une référence de l’apparence standard de ce produit est la suivante :
En résumé, en adoptant le processus de fabrication PLC de haute précision et l’encapsulation par alignement actif de haut niveau, il est tout à fait réalisable et industriellement éprouvé de contrôler l’uniformité des diviseurs de lumière multi-ports en dessous de 1\ \text{dB} .