Wat is Fiber Array?

Een-of tweedimensionale arrays van optische vezels staan bekend als fiber-arrays, fiber-optic arrays of fiber array-eenheden. In plaats van over de gehele vezellengte te worden gevormd, bestaat een dergelijke reeks vaak alleen voor het uiteinde van een bundel vezels. De functie van een dergelijke array omvat typisch het koppelen van licht van een bronreeks aan de vezels of van de vezels aan een andere component, zoals een set vlakke golfgeleiders op een fotonische geïntegreerde schakeling. De volgende verklaringen hebben betrekking op verschillende andere toepassingen.

Individuele vezels worden vaak ingebracht in V-groeven die op een stevig oppervlak zijn gemaakt om een lineaire vezelarray te creëren. Een nauwkeurige reeks gaten in een glas-, polymeer-of metalen plaat zou bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om vezels in een tweedimensionale array te plaatsen. Een rechttoe rechtaan vierkant rooster is het meest typische type 2D-matrix, hoewel andere typen ook mogelijk zijn. Hoewel meer complexe en onregelmatige patronen mogelijk zijn, wordt bijna altijd een eenvoudige en zeer regelmatige structuur gevormd. Vezelarrays kunnen bijvoorbeeld verschillende groepen vezels bevatten, d. w. z. en sommige vezels staan op grotere afstand uit elkaar. Vezelbundels zijn daarentegen echt asymmetrische structuren. Bovendien kunnen de vezels op sommige plaatsen een onregelmatige bundel vormen terwijl ze aan het uiteinde een volledig regelmatige array vormen, die als interface zou dienen.

De vezelafstand wordt vaak tot een minimum beperkt, maar in sommige gevallen worden vezelarrays met een merkbaar grotere afstand gebruikt voor specifieke toepassingen.

Vezels gebruikt.De meeste vezels die in vezelarrays worden gebruikt, zijn silicavezels, die kunnen worden gebruikt in een reeks spectrale bereiken, van nabij-infrarood tot ultraviolet. Ze kunnen echter ook worden gemaakt van specifieke speciale vezels. Afhankelijk van de toepassing worden beide single-mode en multimode vezels gebruikt. Er zijn gevallen waarin polarisatie-onderhoudende vezels (bijvoorbeeld van het PANDA-type) worden gebruikt.

Verpakking.Ervoor zorgen dat de vezeluiteinden perfect zijn uitgelijnd in alle dimensies is cruciaal bij het maken van vezelarrays. Bovendien moet het invoer-of uitvoeruiteinde vaak worden verpakt, zodat de volledige vezelarray gemakkelijk en veilig kan worden verwerkt. Het uiteinde van een vezelarray kan bijvoorbeeld een blok optisch glasmateriaal zijn dat op de juiste manier is gevormd en mogelijk uitlijnende functies heeft, net als een vezelconnector. Men kan ook een array omringen met een metalen flens, vooral voor 2D-arrays.

De koppelingsverliezen worden sterk verminderd door een antireflectiecoating aan te brengen, die ook met kale vezeluiteinden kan worden gebruikt.

Splitsing en splitsen.Elke betrokken vezel afzonderlijk splitsen is niet wenselijk voor volumefabricage. Als gevolg hiervan zijn processen gemaakt op basis van lasers die hele arrays kunnen splitsen.

De uiteinden van de vezels worden typisch loodrecht gespleten, maar af en toe moeten ze onder een hoek ten opzichte van de vezelas worden gepolijst. Na het rigide inbedden van de vezels in een glasstructuur, worden ze meestal samen gepolijst in plaats van afzonderlijk.

Fusion-splitsing kan ook worden gebruikt om volledige vezelarrays te assembleren, in tegenstelling tot slechts enkele vezels [1]. Dergelijke procedures zijn ontwikkeld, zoals het verzachten van vezeluiteinden met CO2-lasers. Voor multimode-vezels kunnen de resulterende splitsingsverliezen tenminste vrij minimaal zijn.

Koppeling aan een Lens Array. Het wordt vaak gecollimeerd met een lensreeks (of microlensarray), vooral wanneer de output van de vezels naar de lege ruimte wordt gestuurd. Uiteraard moet de vezelafstand dan precies overeenkomen met de lensafstand, en nauwkeurige uitlijning is essentieel omdat dit de richting en het niveau van collimatie van de resulterende straal sterk beïnvloedt.

Fiber Array-toepassingen

Er zijn veel verschillende toepassingen voor fiber arrays.

Koppeling aan fotonische geïntegreerde schakelingen.Het is noodzakelijk om fotonische geïntegreerde schakelingen en soortgelijke opto-elektronische apparaten te koppelen aan de buitenwereld, voornamelijk met behulp van glasvezel. Het aantal ingangen en uitgangen is vaak vrij groot; verschillende signalen worden geleid in verschillende golfgeleiders op het circuit, en voor signalen die de rand van de chip bereiken, moet worden gekoppeld aan optische vezels. Uiteraard resulteert dit in het gebruik van fiber arrays.

Vanwege hun kleine formaat moeten golfgeleiders en vezelkernen zeer precies ten opzichte van elkaar worden geplaatst. Alleen actieve uitlijning, d.w.z., kan dat bereiken. E. waarbij de transmissie wordt gemeten tijdens het uitlijningsproces, vaak onder automatische controle.

Gegevens-en telecomtoepassingen.Om een datasignaal naar meerdere uitgangen te verdelen, is het vaak nodig om het signaal te splitsen. Kabel-tv is een veelvoorkomend voorbeeld, waarbij dezelfde verzameling tv-programma's onder verschillende doelgroepen wordt verspreid. Planaire golfgeleidercircuits, waarvan de uitgangen moeten worden gekoppeld aan vezels, worden vaak gebruikt voor signaalsplitsing (vaak na een vezelversterker). Het koppelen van de vezels aan de splitter kan dus het beste worden bereikt met behulp van een vezelarray.

Bij golflengteverdelingsmultiplexing, waarbij elke vezel van een lineaire array kan worden geassocieerd met een andere middengolflengte, en glasvezelschakelaars voor netwerkroutering, zijn soortgelijke problemen ook aanwezig.

In glasvezelcommunicatie kunnen gegevens worden verzonden met astronomische bitsnelheden en mogelijk in beide richtingen tegelijk. Het gebruik van meerdere vezels is echter af en toe vereist. Vervolgens is het gebruik van interfaces (glasvezelconnectoren) op basis van glasvezelarrays wenselijk om verbindingen te vereenvoudigen. Men zorgt ervoor dat er geen vezels onbedoeld worden uitgewisseld terwijl een verbinding voor alle relevante vezels in een enkel verbindingsproces tot stand wordt gebracht.

De flexibele routering van datasignalen met behulp van 1D-of 2D-glasvezelarrays in combinatie met microlensarrays en beweegbare spiegelarrays gemaakt met MEMS-technologie is een andere toepassing in de telecomsector. Dergelijke kleine apparaten kunnen worden gemaakt om te functioneren als snelle en flexibele optische kruisverbindingsschakelaars.

Deze technologieën zijn niet alleen nuttig voor telecomproviders, maar ook in een breed scala van andere industrieën, waaronder glasvezeldetectie, infrastructuurbewaking en fabrieksautomatisering.

Koppeling aan laserdiode-arrays/VCSEL-arrays.Een standaard reeks laseremitters is aanwezig in laserdiode-arrays, ook wel diodebalken genoemd. Een fiber array en een dergelijk apparaat kunnen worden gekoppeld zodat de straling van elke afbeelding een andere vezel binnendringt. Voor VCSEL-arrays kunnen vergelijkbare methoden worden gebruikt.

Beam combineren.Spectrale bundelcombinatie werkt vooral goed met lineaire vezelarrays. Een diffractierooster zou kunnen worden gebruikt om de bundels van elke vezel in de array te combineren om bijvoorbeeld één fiberlaser te creëren.

Elke golflengtesleuf in de emitterarray aan de linkerkant heeft een enkele vezel. De uitgang heeft een volledige superpositie van alle golflengtecomponenten.

Met een 2D-vezelarray en een geschikte lensreeks voor het collimeren van het licht, is coherente bundelcombinatie ook haalbaar [8, 9]. Hier wordt de enkelfrequente, fasegestabiliseerde uitgang van een vezelversterker naar elke vezel gevoerd. Om de output een hoge bundelkwaliteit te laten hebben, moeten alle componenten zeer precies worden geplaatst.