.webp)
С начала 1970-х годов потребность в увеличении объёмов связи и информационного трафика привела к бурному развитию оптоволоконных сетей. Современная оптоволоконная сеть составляет значительную часть магистральной сети Интернет. Она включает в себя кабели дальней связи с оптическими волокнами, проложенными по дну моря и через подземные каналы, – оптоволоконные кабели, соединяющие центры обработки данных по всему миру и обеспечивающие связь между офисами (FTTO) и домами (FTTH).
В последние годы рост оптоволоконной отрасли стал ещё более стремительным. Оптоволоконные технологии распространились на соединения на короткие расстояния между такими устройствами, как компьютерные сети, телевизоры высокой чёткости, материнские платы и другие компоненты компьютеров. Стекловолокно, структура которого разработана с учётом особенностей многомодовых и одномодовых кабелей, претерпело значительные изменения, как и большинство пластиковых оптических волокон, используемых для связи на сверхмалые расстояния. Многие компании внесли свой вклад в расширение сфер применения и форм оптоволокна, включая (и это лишь некоторые из них): Alcatel, AT&T, Ciena, Cisco, Corning, Finisar, JDS Uniphase, Lucent Technologies и Tyco.
Производство оптоволоконных кабелей для самых разных типов оптоволоконных сетей — многомиллиардная отрасль. Оптоволоконные кабели, как наружные, так и внутренние, патч-корды и межблочные соединения, должны иметь широкий спектр индивидуальных форм-факторов для обеспечения всех необходимых типов соединений. Типичный оптоволоконный патч-корд представляет собой стеклянное оптическое волокно, оснащённое на обоих концах коннекторами (такими как SC, LC и MT), которые позволяют быстро и надёжно подключать патч-корд к другим функциональным устройствам, таким как оптические коммутаторы, оптические разветвители, усилители и WDM-мультиплексоры. Технология оконцовки оптоволокна включает в себя использование специальных эпоксидных смол, зеркальную полировку, проверку и тестирование на целостность и производительность.
Разработка полимерных волноводов как альтернативного решения
В начале 1980-х годов инженеры DuPont предвидели необходимость создания более простой в производстве и адаптированной к требованиям заказчика оптоволоконной сборки. В 1985 году они продемонстрировали волновод, изображение которого было получено с помощью фотосъёмки на полимерной плёнке. В период с 1985 по 1998 год DuPont разработала технологию (и впоследствии выделила компанию Optical InterLinks (OIL)) для создания высокопроизводительных, недорогих и технологичных оптических устройств передачи данных.
Технология использует полимерный волновод: гибкую, самонесущую полимерную пленку, разработанную с использованием процесса получения фотоизображения, что позволяет быстро тиражировать ее. Производимые элементы включают в себя разветвители/сумматоры, градиентные или ступенчатые профили показателя преломления и оптические перемешиватели. Легко встраиваются 90-градусные межсоединения с зеркалами ввода/вывода, зеркально-поверхностными отражателями и другими оптическими поверхностями. Эта технология позволяет создавать очень компактные настраиваемые оптические зонды и датчики. Используя матричные процессы, оптические датчики также могут быть изготовлены с использованием этого типа процесса, при котором два пересекающихся волокна передают оптическую мощность, поскольку давление искажает их волноводные пути, создавая таким образом функцию «перекрестных помех». Недорогие датчики в матричном формате могут производиться массово, что позволяет легко измерять точки давления, аналогично тому, как рука держит стакан ладонью и подушечками пальцев.
Этот автоматизированный процесс может обеспечить массовое применение в системах связи на короткие расстояния, таких как автомобильные шины данных. По мере того, как автомобили становятся всё более сложными, критически важным становится использование высоковоспроизводимых систем шин на основе пластиковых оптоволоконных кабелей, которые недорого воспроизводить в количествах тысяч (или сотен тысяч). В ходе исследования этой темы я, в частности, обратился к Уэйну Качмару через его компанию Technical Horsepower Consulting за консультацией по технологии полимерных волноводов Optical InterLinks (OIL). Опыт г-на Качмара – более 38 лет проектирования, тестирования, разработки спецификаций и установки оптоволоконных кабелей – дал мне дополнительное понимание общих тенденций отрасли и конкретных возможностей, связанных с этой технологией. По мнению эксперта по оптическим кабелям Уэйна Качмара, полимерные волноводы могут стать конкурентоспособной технологией в автомобильной промышленности по указанным выше причинам.
Имейте в виду, что полимерные волноводы – не новая технология. В период с 1993 по 1997 год Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) поддерживало проект, в рамках которого компания Optical InterLinks предоставила гибкую решетку полимерных волноводов между лазерами PD/VCSEL и своей организацией Parallel Optical Link. Затем последовал еще один проект с DARPA, агентством Министерства обороны США. Многочисленные публикации, представленные прототипы и реклама проектов DARPA способствовали узнаваемости и интересу рынка к полимерным волноводам. За 30 лет работы с этой технологией компания Optical InterLinks изучила многие тонкости фотохимии этой системы, что позволило ей еще больше улучшить характеристики создаваемых оптических устройств.
Почему эта технология не прижилась в оптоволоконной отрасли?
Полимерные волноводы успешно привлекли внимание, и некоторые компании уже давно следят за развитием этой технологии. Каждая технология, выводимая на рынок, должна найти свою нишу и решить определённую проблему. В каких областях эта технология может решить проблемы? В ходе консультаций со мной Уэйн Качмар обсудил некоторые из наиболее перспективных вариантов применения и возможностей, перечисленных ниже:
Применение материнских плат компьютеров для высокоскоростных вычислений
Возможность подачи оптического сигнала на гибкие OLED-устройства (органические светодиоды). В «носимых вывесках» экран на вашей рубашке будет принимать и передавать данные.
Автомобильные сетевые системы. Средняя нагрузка на коммуникационные сети автомобилей практически соответствует закону Мура (объем вычислительной мощности удваивается каждые 2 года).
Что препятствует широкому внедрению полимерных волноводов в волоконно-оптической промышленности?
В ходе консультаций с инженерами Optical InterLinks и отраслевыми экспертами, такими как Уэйн Качмар, я пришел к выводу, что существуют четыре основные причины, по которым технология полимерных волноводов не полностью интегрирована в нашу отрасль:
Несмотря на то, что технологии полимерных волноводов компании Optical InterLinks уже 30 лет, она по-прежнему уникальна. В некотором смысле эта технология опережает своё время. Хотя сенсорные технологии, автомобильные шины данных и оптические объединительные платы для компьютеров стремительно развиваются, им пока не хватает скорости и простоты, которые предлагает эта технология. (Металлические проводящие системы, такие как системы с медными шинами, значительно превзошли ожидания экспертов, хотя, возможно, мы приближаемся к пределу возможностей меди.) Для создания шаблона фотоизображения требуется библиотека фотонных элементов и правил для расстояний, минимальных радиусов кривизны, модового заполнения и т. д. Компания Optical InterLinks разработала многие из этих компонентов для своей технологии полимерных волноводов, но они пока не нашли прочного применения в волоконно-оптической отрасли.
Альтернативные технологии, использующие кремний и материалы на основе кремния, направлены на создание волноводных структур, которые меньше, плотнее и дешевле. Методы интеграции источников света и усиления в решения на основе кремния изучаются различными компаниями, включая системные дома и производителей (фотонных) интегральных схем, с большим разнообразием конкурирующих решений. Компании, участвующие в продвижении дальнейшего проникновения света в интегральные схемы, предпочитают разрабатывать и поддерживать инновационные технологии самостоятельно. Тенденция заключается в том, чтобы хранить эту конфиденциальную информацию внутри компании, а не сотрудничать с внешним партнером. Из-за отсутствия интеллектуальной собственности, связанной с технологией полимерных волноводов, это фактически технология с открытым исходным кодом. Это означает, по всей вероятности, что ни одна организация не будет вкладывать большие средства в ее дальнейшее развитие. С другой стороны, это означает, что дверь открыта для любого, чтобы принять технологию и интегрировать ее в свои приложения.
Появление нечувствительных к изгибам волокон серьёзно ограничило интерес к технологии полимерных волноводов Optical InterLinks для любых широкополосных приложений. Кроме того, сложность соединения традиционных волокон может стать неактуальной благодаря быстрому развитию и внедрению аддитивных технологий (т.н. 3D-печати) для создания (печати) оптоволоконных коннекторов. Эти новые, конкурирующие технологии – нечувствительное к изгибам волокно и аддитивная технология – вероятно, станут более популярными в таких областях, как оптические объединительные платы для компьютеров. Эти технологии обладают высокой степенью патентоспособности, и существует потенциал для массового производства продукции с их использованием. В беседе с Уэйном Качмаром он высказал интересную идею: «В автомобильной промышленности сочетание двух технологий – аддитивной технологии и технологии полимерных волноводов OIL – может стать потенциально революционным решением для автомобильных магистральных сетей передачи данных. Эта ниша потенциально обеспечивает объём, спрос и требования для продвижения полимерных волноводов. Это применение может стать отличным дополнением к технологии полимерных волноводов».
Терминирование полимерных волноводов по-прежнему является ручным процессом и должно стать более автоматизированным. Однако, по мере того, как волноводы проникают глубже в электронные чипы, стандартное терминирование разъемов с SC, LC и MT будет продолжаться вне чипа почти как пигтейл. Но при присоединении пигтейла к излучателям или детекторам чипа, другие методы сопряжения света, такие как аддитивная технология, могут стать более распространенными на чипе. Это может позволить другим методам, включая устройства с полимерными волноводами, войти в область между чипами. Однако маловероятно, что это изменит сторону интерфейса чип-стеклянное волокно соединения из-за многих технических деталей, таких как несоответствие показателей преломления, формы волновода от плоского к круглому, а также ряд других физических проблем, начиная с разницы в термической усадке полимера и стекла (и, следовательно, материала кремниевой подложки).
Заключение
Технология полимерных волноводов компании Optical InterLinks пока не нашла своей ниши в волоконно-оптической отрасли. Хотя многие инновации на протяжении истории имели множество сторонников и развивались примерно параллельно, например, «электрическая» вражда Николы Теслы и Томаса Эдисона или «война форматов» Betamax и VHS-кассет, обычно один из них становится предпочтительным и стандартизирует отрасль. В некоторых технологиях и отраслях, где вычислительная мощность только начинает оказывать своё влияние, например, в датчиках и автомобильных системах, полимерные волноводы могут занять прочное положение. Уэйн Качмар удачно подытожил в нашей дискуссии: «У этой технологии есть возможности. Полимерные волноводы действительно перспективны для волоконно-оптической отрасли».
Еще ни один комментарий не опубликован.