Что такое волоконный массив?

Одно-или двумерные матрицы оптических волокон известны как волоконно-оптические матрицы, волоконно-оптические матрицы или волоконно-оптические матрицы. Вместо того, чтобы формироваться по всей длине волокна, такой массив часто существует только для самого конца пучка волокон. Функция такой решетки обычно включает в себя соединение света от решетки источника к волокнам или от волокон к другому компоненту, как набор планарных волноводов на фотонной интегральной схеме. Следующие объяснения охватывают различные другие приложения.

Отдельные волокна часто вставляются в V-образные канавки, созданные на твердой поверхности, для создания линейной волоконной матрицы. Точный набор отверстий в стеклянной, полимерной или металлической пластине, например, может быть использован для позиционирования волокон в двумерном массиве. Прямая квадратная решетка является наиболее типичным типом 2D-матрицы, хотя возможны и другие типы. Хотя возможны более сложные и нерегулярные узоры, простая и очень правильная структура образуется почти всегда. Волоконные матрицы, например, могут содержать несколько групп волокон, т. е. и некоторые из волокон разнесены друг от друга более широко. Волоконные пучки, с другой стороны, действительно являются асимметричными структурами. Кроме того, волокна могут образовывать нерегулярный пучок в некоторых местах, одновременно формируя полностью регулярный массив на конце, который будет служить интерфейсом.

Расстояние между оптоволокнами часто сведено к минимуму, но в некоторых случаях оптоволоконные массивы с заметно большим расстоянием используются для конкретных применений.

Используемые волокна.Большинство волокон, используемых в волоконных массивах, представляют собой кремнеземные волокна, которые могут использоваться в диапазоне спектральных диапазонов, от ближнего инфракрасного до ультрафиолетового. Они могут, однако, также быть сделаны из конкретных специальных волокон. В зависимости от применения используются как одномодовые, так и многомодовые волокна. Существуют случаи, когда используются волокна, поддерживающие поляризацию (например, типа PANDA).

Упаковка.Убедиться, что концы волокон идеально выровнены по всем размерам, имеет решающее значение при создании волоконных массивов. Кроме того, часто необходимо упаковывать входной или выходной конец, чтобы можно было легко и безопасно обрабатывать весь волоконный массив. Например, конец волоконной матрицы может представлять собой блок из оптического стеклянного материала, который имеет соответствующую форму и может иметь функции, помогающие выравниванию, подобно оптоволоконному соединителю. Можно также окружить массив металлическим фланцем, особенно для 2D-массивов.

Потери в соединении значительно снижаются за счет нанесения антибликового покрытия, которое также можно использовать с оголенными концами волокон.

Расщепление и сращивание.Расщепление каждого вовлеченного волокна по отдельности не желательно для объемного производства. В результате были созданы процессы на основе лазеров, которые могут расщеплять целые массивы.

Как правило, концы волокон отщепляются перпендикулярно, но иногда их нужно полировать под углом относительно оси волокна. После жесткого встраивания волокон в стеклянную структуру они обычно полируются вместе, а не по отдельности.

Сращивание Fusion также может использоваться для сборки целых волоконных массивов, в отличие от только одиночных волокон [1]. Были разработаны такие процедуры, как смягчение концов волокон с помощью CO2-лазеров. Для многомодовых волокон, по крайней мере, результируемые потери при сращивании могут быть весьма минимальными.

Соединение с массивом объектива. Он часто коллимируется с массивом линз (или массивом микролинз), особенно когда выход волокон отправляется в пустое пространство. Естественно, расстояние между волокнами должно точно соответствовать расстоянию между линзами, и точное выравнивание имеет важное значение, поскольку оно сильно влияет на направление и уровень коллимации полученного луча.

Приложения волоконного массива

Волоконные массивы используются по-разному.

Связь с фотонными интегральными схемами.Необходимо сопряжение фотонных интегральных схем и аналогичных оптоэлектронных устройств с внешним миром, в первую очередь с использованием волоконной оптики. Количество входов и выходов часто довольно велико; различные сигналы направляются в различных волноводах на схеме, а те, которые достигают края чипа, требуют соединения с оптическими волокнами. Естественно, это приводит к использованию волоконных массивов.

Из-за их небольшого размера волноводы и сердечники волокна должны быть расположены очень точно по отношению друг к другу. Только активное выравнивание, то есть, может достичь этого. E. при измерении передачи во время процесса выравнивания, часто под автоматическим управлением.

Данные и телекоммуникационные приложения.Чтобы распределить сигнал данных на несколько выходов, часто необходимо разделить сигнал. Кабельное телевидение является распространенным примером, где одна и та же коллекция телешоу распространяется среди различных аудиторий. Планарные волноводные схемы, выходы которых должны быть связаны с волокнами, часто используются для разделения сигнала (часто после волоконного усилителя). Таким образом, соединение волокон с разделителем лучше всего выполняется с использованием волоконной матрицы.

В мультиплексировании с разделением по длине волны, где каждое волокно линейной решетки может быть связано с другой центральной длиной волны, и волоконно-оптических коммутаторах для маршрутизации сети, аналогичные проблемы также присутствуют.

В волоконно-оптической связи данные могут передаваться с астрономическими битовыми скоростями и, возможно, в обоих направлениях одновременно. Однако иногда требуется использование нескольких волокон. Затем использование интерфейсов (оптоволоконных соединителей) на основе волоконных матриц желательно для упрощения соединений. Один гарантирует, что волокна не будут непреднамеренно обменены при установлении соединения для всех соответствующих волокон в одном соединении процесса.

Гибкая маршрутизация сигналов данных с использованием 1D или 2D волоконных матриц в сочетании с микролинзовыми матричками и подвижными зеркальными матричками, выполненными по технологии MEMS, является еще одним применением в телекоммуникационном секторе. Такие небольшие устройства могут быть созданы для работы в качестве быстрых и гибких оптических кросс-коннекторов.

Эти технологии полезны не только для операторов связи, но и для широкого спектра других отраслей, включая волоконно-оптическое зондирование, мониторинг инфраструктуры и автоматизацию производства.

Связь с массивами лазерных диодов/массивами VCSEL.Стандартный массив лазерных излучателей присутствует в лазерных диодных массивах, также известных как диодные стержни. Волоконная матрица и такое устройство могут быть соединены так, чтобы излучение каждого изображения входило в другое волокно. Для массивов VCSEL можно использовать аналогичные методы.

Объединение луча.Объединение спектральных лучей особенно хорошо работает с линейными волоконными массивами. Дифракционная решетка может быть использована для объединения лучей от каждого волокна в решетке, например, для создания одного волоконного лазера.

Каждый слот длины волны в массиве эмиттеров слева имеет одно волокно. Выход имеет полную суперпозицию всех компонентов длины волны.

При использовании двумерной волоконной матрицы и подходящей матрицы линз для коллимирования света комбинирование когерентных пучков также возможно [8, 9]. Здесь одночастотный, фазовый стабилизированный выход волоконного усилителя подается на каждое волокно. Чтобы выходной сигнал был высокого качества, все компоненты должны быть расположены очень точно.