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未来聚合物波导是否会用于光纤行业
日期:2021-02-04 02:54:45
光纤

自1970年代初以来,对更高的通信和信息流量的需求已使光纤网络蓬勃发展。实际上,现代光纤网络占Internet主干网的很大一部分。这包括长途通信电缆,该电缆包含通过海底并通过地下管道布线的光纤,这些光纤将世界各地的数据中心互连,并将光纤传送到办公室,将光纤传送到家庭。
 
近年来,光纤行业的增长更具爆炸性。光纤技术已经扩展到设备之间的短距离连接,例如计算机网络,高清电视以及主板和计算机中的设备之间的连接。光纤在结构上经过了高度工程化,可用于多模和单模,如今已经发展起来-大多数用于超短距离通信的塑料光纤也已发展。许多公司为光纤的用途和形式的增长做出了贡献。
 
制造用于光纤网络的巨大多样性的光缆是一个数十亿美元的产业。光纤电缆(室外和室内跳线和互连链路)都需要采用各种自定义尺寸规格,以完成所需的所有各种互连。典型的光纤跳线是玻璃光纤,其两端都用连接器(例如SC,LC和MT)端接,从而可以将跳线快速可靠地连接到其他功能设备(例如光开关),光纤耦合器,放大器和WDM。光纤端接技术涉及专门的环氧树脂,镜面抛光,检查和测试连续性和性能。

光纤
 
聚合物波导作为替代解决方案的发展
在1980年代初期,杜邦的工程师预见了对更容易生产,定制的光纤组件的需求。1985年,他们展示了在聚合物薄膜中进行光成像的波导。在1985年至1998年之间,杜邦开发了一项技术,后来拆分出了OIL公司,以制造高性能,低成本,可制造的光学数据设备。
 
该技术使用聚合物波导:使用光成像工艺开发的柔性,自支撑聚合物膜,可以快速复制。可生产的功能包括分离器/组合器,渐变或阶跃折射率分布图以及光学混洗。与I / O反射镜,反射镜/表面反射镜和其他光学表面的90度互连易于合并。该技术可实现高度紧凑的定制光学探头和传感器。通过使用矩阵过程,还可以使用这种过程来生产光学传感器,其中两条相交的光纤在压力扭曲其波导路径时传递光功率,从而产生“串扰”功能。可以批量生产矩阵形式的低成本传感器,轻松测量压力点,类似于手握住带有手掌和手指垫的玻璃的方式。
 
这种自动化过程可以实现用于短距离通信的大批量应用,例如汽车数据总线。随着汽车变得越来越复杂,至关重要的是使用价格低廉,可复制数千个(或数十万个)的高度可复制的塑料光纤总线系统。

聚合物光纤
 
请记住,聚合物波导不是一项新技术。在1993年至1997年之间,美国国防高级研究计划局(DARPA)支持了一个项目,其中光学互连链路在PD / VCSEL及其并行光学链路组织之间提供了柔性聚合物波导阵列。随后是美国国防部机构DARPA的另一个项目。DARPA项目的大量出版物,交付的原型和宣传引起了市场对聚合物波导的关注和兴趣。在使用该技术的30年中,光互连技术已经了解了该系统光化学的许多细微差别,以进一步完善所创建的光学设备的性能。
 
为什么这项技术没有在光纤行业流行?
聚合物波导已经成功地引起了人们的兴趣,一些公司已经观察了这种发展中的技术相当长的时间。引入市场的每种技术都必须找到合适的市场并解决问题。这项技术可以在哪些领域解决问题?

计算机主板在高速计算中的应用
(1)向柔性OLED设备提供光输入的能力–屏幕将接收和传输数据
(2)汽车网络系统–汽车的平均通信负载严格遵循摩尔定律(计算能力每2年翻一番)
 
 
是什么阻止了光纤波导在光纤行业中的广泛采用?
在与工程师和行业专家进行的磋商中,我认为聚合物波导技术尚未完全集成到我们的行业中有四个关键原因:
尽管Optical InterLinks的聚合物波导技术已有30年的历史,但它仍然非常独特。从某种意义上说,这项技术是领先于时代的解决方案。尽管传感器技术,汽车数据总线和用于计算机的光背板迅速成为现实,但它们仍不需要该技术所代表的速度和简便性。(尽管我们可能正在接近铜的极限,但是诸如铜总线系统之类的金属导电系统已经大大超出了专家的预期。)创建光成像模板需要光子元素库以及间距,最小曲率半径,模态的规则填充等等。
 
使用Si和Si基材料的替代技术试图使波导结构更小,更密集和更便宜。包括系统公司和(光子)集成电路制造商在内的多家公司正在解决将光源集成和放大到基于硅的解决方案的方法,以及各种竞争性解决方案。参与推动光线进一步渗透到集成电路的公司更喜欢自己开发和维护创新技术。趋势是将这些专有信息保留在内部,而不是与外部合作伙伴进行协作。由于缺乏与聚合物波导技术相关的知识产权,它实际上是一种开源技术。这意味着很可能 没有一个组织会投入大量资金来进一步发展它。另一方面,这意味着任何人都可以使用该技术并将其集成到其应用程序中。

对弯曲不敏感的光纤的出现严重限制了对光学互连链路的聚合物波导技术的关注,该技术可用于任何高带宽应用。同样,随着快速发展和接受添加技术(aka 3D打印)以创建(打印)光纤连接器,常规光纤连接的难度可能会变得过时。这些新的竞争技术(对弯曲不敏感的光纤和添加剂技术)很可能成为诸如计算机光学背板等应用程序的更受欢迎选择。这些技术具有很高的专利性,并且有可能使用这些技术批量生产产品。在与Wayne Kachmar的讨论中,他提出了一个有趣的想法:“在汽车世界,两项技术(添加剂技术和OIL的聚合物波导技术)协同工作,可能成为汽车数据主干网的杀手级解决方案。这种利基市场可能为推动聚合物波导向前发展提供了体积,需求和要求。该应用可能非常适合聚合物波导技术。”
 
终止聚合物波导仍然是一个手动过程,需要变得更加自动化。但是,随着波导进一步渗透到电子芯片中,带有SC,LC和MT的标准连接器端接几乎会像辫子一样继续在芯片外部。但是,在将尾纤连接到芯片发射器或检测器时,其他耦合光的方法(例如添加技术)可能会在芯片上变得更加普遍。这可以允许包括聚合物波导器件的其他方法进入芯片间区域。但是,由于许多技术细节,例如折射率不匹配,平面到圆形波导形状以及许多其他物理挑战,因此不太可能更改连接的芯片到玻璃光纤接口侧。