¿Qué es la matriz de fibra?

Las matrices unidimensionales de fibras ópticas se conocen como matrices de fibra, matrices de fibra óptica o unidades de matriz de fibras. En lugar de formarse en toda la longitud de la fibra, dicha matriz con frecuencia solo existe para el extremo mismo de un haz de fibras. La función de una matriz de este tipo implica típicamente acoplar la luz de una matriz de fuentes a las fibras o de las fibras a otro componente, como un conjunto de guías de ondas planas en un circuito integrado fotónico. Las siguientes explicaciones cubren varias otras aplicaciones.

Las fibras individuales se insertan con frecuencia en ranuras en V creadas en una superficie sólida para crear una matriz de fibras lineales. Se podría usar una disposición precisa de orificios en una placa de vidrio, polímero o metal, por ejemplo, para colocar fibras en una matriz bidimensional. Una celosía cuadrada sencilla es el tipo más típico de matriz 2D, aunque también son posibles otros tipos. Aunque son posibles patrones más complejos e irregulares, casi siempre se forma una estructura simple y muy regular. Las matrices de fibras, por ejemplo, pueden contener varios grupos de fibras, es decir, algunas de las fibras están separadas más ampliamente. Los paquetes de fibra, por otro lado, son estructuras realmente asimétricas. Además, las fibras pueden formar un haz irregular en algunos lugares mientras forman una matriz completamente regular en el extremo, que serviría como interfaz.

El espaciado de fibra se mantiene con frecuencia al mínimo, pero en algunos casos, se utilizan matrices de fibra con un espaciado notablemente mayor para aplicaciones específicas.

Fibras utilizadas.La mayoría de las fibras utilizadas en matrices de fibras son fibras de sílice, que se pueden utilizar en una variedad de rangos espectrales, desde el infrarrojo cercano hasta el ultravioleta. Sin embargo, también pueden estar hechos de fibras especiales específicas. Dependiendo de la aplicación, se emplean fibras monomodo y multimodo. Hay casos en los que se emplean fibras que mantienen la polarización (por ejemplo, del tipo PANDA).

Embalaje.Asegurarse de que los extremos de la fibra estén perfectamente alineados en todas las dimensiones es crucial a la hora de fabricar matrices de fibra. Además, el extremo de entrada o salida con frecuencia debe empaquetarse para que toda la matriz de fibras pueda manejarse de manera fácil y segura. Por ejemplo, el extremo de una matriz de fibras podría ser un bloque de material de vidrio óptico que tiene una forma apropiada y puede tener características de ayuda de alineación, muy parecidas a un conector de fibra. También se puede rodear una matriz con una pestaña de metal, especialmente para matrices 2D.

Las pérdidas de acoplamiento se reducen en gran medida mediante la aplicación de un revestimiento antirreflectante, que también se puede utilizar con extremos de fibra desnuda.

Abanque y empalme.Dejar cada fibra involucrada individualmente no es deseable para la fabricación en volumen. Como resultado, se han creado procesos basados en láseres que pueden escindir matrices enteras.

Los extremos de las fibras se escinden típicamente perpendicularmente, pero ocasionalmente necesitan ser pulidos en un ángulo con respecto al eje de la fibra. Después de incrustar rígidamente las fibras en una estructura de vidrio, generalmente se pulen juntas en lugar de individualmente.

El empalme de fusión también se puede utilizar para ensamblar matrices de fibra enteras, a diferencia de solo fibras individuales [1]. Se han desarrollado tales procedimientos, como el ablandamiento de los extremos de fibra con láseres de CO2. Para fibras multimodo, al menos, las pérdidas de empalme resultantes pueden ser bastante mínimas.

Acoplamiento a una matriz de lentes. Con frecuencia se Colima con una matriz de lentes (o matriz de microlentes), especialmente cuando la salida de las fibras se envía al espacio vacío. Naturalmente, el espaciado de la fibra debe coincidir con precisión con el espaciado de la lente, y la alineación precisa es esencial porque afecta en gran medida la dirección y el nivel de colimación del haz resultante.

Aplicaciones de Fiber Array

Hay muchos usos diferentes Para las matrices de fibra.

Acoplamiento a circuitos integrados fotónicos.Es necesario conectar circuitos integrados fotónicos y dispositivos optoelectrónicos similares con el mundo exterior, principalmente utilizando fibra óptica. El número de entradas y salidas es con frecuencia bastante grande; varias señales se guían en varias guías de ondas en el circuito, y las que llegan al borde del chip requieren acoplamiento a fibras ópticas. Naturalmente, esto da como resultado el uso de matrices de fibra.

Debido a su pequeño tamaño, las guías de ondas y los núcleos de fibra deben colocarse con mucha precisión entre sí. Solo la alineación activa, es decir, puede lograrlo. E. con la transmisión que se mide durante el proceso de alineación, con frecuencia bajo control automático.

Aplicaciones de datos y telecomunicaciones.Para distribuir una señal de datos a varias salidas, con frecuencia es necesario dividir la señal. La televisión por cable es un ejemplo común, donde la misma colección de programas de televisión se distribuye a varias audiencias. Los circuitos de guía de ondas planares, cuyas salidas deben acoplarse a fibras, se utilizan con frecuencia para la división de señales (a menudo después de un amplificador de fibra). Por lo tanto, el acoplamiento de las fibras al divisor se logra mejor usando una matriz de fibras.

En la multiplexación por división de longitud de onda, donde cada fibra de una matriz lineal puede estar asociada con una longitud de onda central diferente, y los conmutadores de fibra óptica para el enrutamiento de red, también están presentes problemas similares.

En las comunicaciones de fibra óptica, los datos se pueden transmitir a velocidades de bits astronómicas y posiblemente en ambas direcciones a la vez. Sin Embargo, ocasionalmente se requiere el uso de múltiples fibras. Entonces, el uso de interfaces (conectores de fibra) basadas en matrices de fibra es deseable para simplificar las conexiones. Uno se asegura de que no se intercambien fibras involuntariamente mientras se establece una conexión para todas las fibras pertinentes en un solo proceso de conexión.

El enrutamiento flexible de las señales de datos que utilizan matrices de fibra 1D o 2D junto con matrices de microlentes y matrices de espejos móviles fabricadas con tecnología MEMS es otra aplicación en el sector de las telecomunicaciones. Estos dispositivos pequeños se pueden hacer para funcionar como interruptores de conexión cruzada óptica rápida y flexible.

Estas tecnologías son útiles no solo para los proveedores de telecomunicaciones, sino también en una amplia gama de otras industrias, incluida la detección de fibra óptica, el monitoreo de infraestructura y la automatización de fábricas.

Acoplamiento a matrices de diodo láser/matrices VCSEL.Una matriz estándar de emisores láser está presente en las matrices de diodos láser, también conocidas como barras de diodos. Se puede acoplar una matriz de fibras y un dispositivo de este tipo para que la radiación de cada imagen entre en una fibra diferente. Para matrices VCSEL, se pueden utilizar métodos similares.

Combinación de viga.La combinación de haz espectral funciona especialmente bien con matrices de fibra lineal. Se podría usar una rejilla de difracción para combinar los haces de cada fibra en la matriz para crear un láser de fibra, por ejemplo.

Cada ranura de longitud de onda en la matriz de emisores a la izquierda tiene una sola fibra. La salida tiene una superposición completa de todos los componentes de longitud de onda.

Con una matriz de fibras 2D y una matriz de lentes adecuada para colimar la luz, la combinación de haces coherente también es factible [8, 9]. Aquí, la salida de fase estabilizada de una sola frecuencia de un amplificador de fibra se alimenta a cada fibra. Para que la salida tenga una calidad de luz alta, todos los componentes deben colocarse con mucha precisión.