Seit Anfang der 1970er Jahre hat die Nachfrage nach höherem Kommunikations- und Informationsverkehr das Glasfasernetz wachsen lassen. Tatsächlich umfasst das moderne Glasfasernetz einen großen Teil des Internet-Backbones. Dazu gehören Fernkommunikationskabel mit Glasfasern, die unter dem Meer und durch unterirdische Leitungen verlegt werden – Glasfasern, die Rechenzentren auf der ganzen Welt verbinden und Glasfaser ins Büro (FTTO) und Glasfaser nach Hause (FTTH) bringen.
In den letzten Jahren war das Wachstum der Glasfaserindustrie noch explosiver. Die Glasfasertechnologie hat sich auf Kurzstreckenverbindungen zwischen Geräten wie Computernetzwerken, hochauflösenden Fernsehgeräten sowie Motherboards und Geräten in Computern ausgeweitet. Optische Glasfasern, deren Struktur für Multimode und Singlemode hochentwickelt ist, haben sich weiterentwickelt – ebenso wie die meisten optischen Kunststofffasern, die für die Kommunikation über sehr kurze Entfernungen verwendet werden. Viele Unternehmen haben zur Verbreitung von Glasfaseranwendungen und -formen beigetragen, darunter (um nur einige zu nennen) Alcatel, AT&T, Ciena, Cisco, Corning, Finisar, JDS Uniphase, Lucent Technologies und Tyco.
Die Herstellung von Glasfaserkabeln für die enorme Vielfalt des Glasfasernetzes ist eine milliardenschwere Industrie. Glasfaserkabel – sowohl Outdoor- als auch Indoor-Patchkabel und Interlinks – müssen eine große Vielfalt an benutzerdefinierten Formfaktoren annehmen, um alle verschiedenen Arten der erforderlichen Verbindung zu ermöglichen. Ein typisches Glasfaser-Patchkabel ist eine Glasfaser, die an beiden Enden mit Steckverbindern (wie SC, LC und MTs) abgeschlossen ist, die eine schnelle und zuverlässige Verbindung des Patchkabels mit anderen Funktionsgeräten wie optischen Schaltern ermöglichen. Optokoppler, Verstärker und WDMs. Die Technologie des Glasfaserabschlusses umfasst spezielle Epoxidharze, Spiegelpolieren, Inspektion und Tests auf Kontinuität und Leistung.
Die Entwicklung von Polymerwellenleitern als alternative Lösung
In den frühen 1980er Jahren sahen die Ingenieure von DuPont die Notwendigkeit einer einfacher herzustellenden, kundenspezifischen Glasfaserbaugruppe voraus. 1985 demonstrierten sie einen Wellenleiter, der in einem Polymerfilm fotografiert wurde. Zwischen 1985 und 1998 entwickelte DuPont eine Technologie - und gründete später das Unternehmen Optical InterLinks (OIL) -, um leistungsstarke, kostengünstige und herstellbare optische Datengeräte herzustellen.
Die Technologie verwendet einen Polymerwellenleiter: einen flexiblen, selbsttragenden Polymerfilm, der mithilfe eines Fotobildverfahrens entwickelt wurde und eine schnelle Vervielfältigung ermöglicht. Zu den produzierbaren Merkmalen gehören Splitter / Kombinierer, abgestufte oder Stufenindexprofile und optische Mischvorgänge. Leicht zu integrieren sind 90-Grad-Verbindungen mit E / A-Spiegeln, Spiegel- / Oberflächenreflektoren und anderen optischen Oberflächen. Diese Technologie ermöglicht hochkompakte kundenspezifische optische Sonden und Sensoren. Durch die Verwendung von Matrixprozessen können auch optische Sensoren unter Verwendung dieses Prozesstyps hergestellt werden, bei dem zwei sich kreuzende Fasern optische Leistung übertragen, wenn der Druck ihre Wellenleiterpfade verzerrt, wodurch eine "Übersprech" -Funktion erzeugt wird. Kostengünstige Sensoren im Matrixformat könnten in Massenproduktion hergestellt werden, mit denen Druckpunkte leicht gemessen werden können, analog dazu, wie eine Hand ein Glas mit Handflächen- und Fingerpads hält.
Dieser automatisierte Prozess könnte großvolumige Anwendungen für die Kurzstreckenkommunikation wie den Fahrzeugdatenbus ermöglichen. Da Autos immer komplexer werden, ist die Verwendung von hoch reproduzierbaren Kunststoff-Glasfaserbussystemen, deren kostengünstige Reproduktion in Mengen von Tausenden (oder Hunderttausenden) kostengünstig ist, von entscheidender Bedeutung. Bei der Untersuchung dieses Themas war ein Teil meines Prozesses die Kontaktaufnahme mit Wayne Kachmar über seine Firma Technical Horsepower Consulting, um sich über die Polymerwellenleitertechnologie Optical InterLinks (OIL) zu beraten. Die Erfahrung von Herrn Kachmar - über 38 Jahre Design, Test, Erstellung und Installation von Glasfaserkabeln - gab mir zusätzliche Einblicke in übergreifende Branchentrends und spezifische Möglichkeiten in Bezug auf diese Technologie. Laut dem Experten für optische Kabel, Wayne Kachmar, könnten Polymerwellenleiter aus den oben genannten Gründen eine konkurrierende Technologie in der Automobilindustrie sein.
Beachten Sie, dass Polymerwellenleiter keine neue Technologie sind. Zwischen 1993 und 1997 unterstützte die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ein Projekt, bei dem Optical InterLinks das flexible Polymerwellenleiterarray zwischen PD / VCSELs und seiner Parallel Optical Link Organization bereitstellte. Ein weiteres Projekt folgte mit DARPA, einer Agentur des US-Verteidigungsministeriums. Zahlreiche Veröffentlichungen, gelieferte Prototypen und Werbung aus DARPA-Projekten weckten das Marktbewusstsein und das Interesse an Polymerwellenleitern. In 30 Jahren der Arbeit mit dieser Technologie hat Optical InterLinks viele Feinheiten der Fotochemie dieses Systems verstanden, um die Leistung der erstellten optischen Geräte weiter zu verfeinern.
Warum hat sich diese Technologie in der Glasfaserindustrie nicht durchgesetzt?
Polymerwellenleiter haben erfolgreich Interesse geweckt, und einige Unternehmen haben diese sich entwickelnde Technologie schon seit geraumer Zeit beobachtet. Jede in einen Markt eingeführte Technologie muss eine Nische finden und ein Problem lösen. In welchen Bereichen könnte diese Technologie Probleme lösen? Wayne Kachmars Konsultation mit mir beinhaltete einige der praktikabelsten Anwendungen und Möglichkeiten, die hier aufgeführt sind:
- Computer-Motherboard-Anwendungen für Hochgeschwindigkeits-Computing
- Die Möglichkeit, flexible OLED-Geräte (organische LED) optisch einzugeben - Bei „Wearable Signage“ empfängt und sendet ein Bildschirm auf Ihrem Hemd Daten
- Kfz-Netzwerksysteme - Die durchschnittliche Kommunikationslast in Automobilen entspricht genau dem Moore'schen Gesetz (die Rechenleistung verdoppelt sich alle 2 Jahre).
Was verhindert eine größere Akzeptanz von Polymerwellenleitern in der Glasfaserindustrie?
In meinen Beratungen mit den Ingenieuren und Branchenexperten von Optical InterLinks, wie z Wayne Kachmar, ich glaube, es gibt 4 Hauptgründe, warum die Polymerwellenleiter-Technologie nicht vollständig in unsere Branche integriert ist:
- Trotz der Tatsache, dass die Polymerwellenleitertechnologie von Optical InterLinks 30 Jahre alt ist, ist sie immer noch sehr einzigartig. In gewisser Weise ist diese Technologie eine Lösung, die ihrer Zeit voraus ist. Obwohl Sensortechnologie, Fahrzeugdatenbusse und optische Backplanes für Computer schnell zum Tragen kommen, erfordern sie noch nicht die Geschwindigkeit und Einfachheit, die diese Technologie darstellt. (Metallisch leitende Systeme wie Kupferbussysteme haben die Erwartungen von Experten deutlich übertroffen, obwohl wir uns möglicherweise den Grenzen von Kupfer nähern.) Die Erstellung einer Fotobildschablone erfordert eine Bibliothek photonischer Elemente und Regeln für den Abstand, minimale Krümmungsradien, modal Füllung und so weiter. Optical InterLinks hat viele dieser Komponenten für seine Polymerwellenleitertechnologie entwickelt, aber sie haben in der Glasfaserindustrie noch keinen festen Halt gefunden.
- Alternative Technologien unter Verwendung von Si und Materialien auf Si-Basis versuchen, Wellenleiterstrukturen herzustellen, die kleiner, dichter und billiger sind. Methoden zur Integration von Lichtquellen und zur Verstärkung in Lösungen auf Siliziumbasis werden von einer Mischung von Unternehmen wie Systemhäusern und (photonischen) Herstellern integrierter Schaltkreise mit einer Vielzahl konkurrierender Lösungen angesprochen. Unternehmen, die daran interessiert sind, dass Licht weiter in integrierte Schaltkreise eindringt, bevorzugen es, innovative Technologien selbst zu entwickeln und zu warten. Die Tendenz besteht darin, diese proprietären Informationen intern aufzubewahren, anstatt mit einem externen Partner zusammenzuarbeiten. Aufgrund des Mangels an geistigem Eigentum, das mit der Polymerwellenleitertechnologie verbunden ist, handelt es sich effektiv um eine Open-Source-Technologie. Dies bedeutet höchstwahrscheinlich, dass keine Organisation viel Geld investieren würde, um es weiterzuentwickeln. Auf der anderen Seite bedeutet dies, dass die Tür für jedermann offen ist, um die Technologie zu nutzen und in ihre Anwendung zu integrieren.
- Das Aufkommen von biegeunempfindlichen Fasern hat das Interesse an der Polymerwellenleitertechnologie von Optical InterLinks für Anwendungen mit hoher Bandbreite stark eingeschränkt. Die Schwierigkeit der Konnektorisierung herkömmlicher Fasern kann mit der raschen Weiterentwicklung und Akzeptanz der additiven Technologie (auch bekannt als 3D-Druck) zur Herstellung (Druck) von Glasfaserverbindern hinfällig werden. Diese neuen, konkurrierenden Technologien - biegeunempfindliche Faser- und additive Technologie - sind wahrscheinlich die beliebteste Wahl für Anwendungen wie optische Backplanes für Computer. Diese Technologien sind hochgradig patentierbar und es besteht das Potenzial, Produkte mit diesen Technologien in Massenproduktion herzustellen. In meiner Diskussion mit Wayne Kachmar brachte er eine interessante Idee vor: „In der Automobilwelt könnten zwei Technologien, die zusammenarbeiten - die additive Technologie und die Polymerwellenleitertechnologie von OIL - möglicherweise eine Killerlösung für Automotive Data Backbones sein. Diese Nische bietet möglicherweise das Volumen, die Nachfrage und die Anforderungen, um Polymerwellenleiter vorwärts zu bewegen. Diese Anwendung könnte hervorragend zur Polymerwellenleitertechnologie passen. “
- Die Terminierung von Polymerwellenleitern ist immer noch ein manueller Prozess und muss stärker automatisiert werden. Wenn Wellenleiter jedoch weiter in elektronische Chips eindringen, wird der Standardverbinderabschluss mit SC, LC und MTs fast wie ein Pigtail außerhalb des Chips fortgesetzt. Beim Anbringen des Pigtails an den Chip-Emittern oder -Detektoren können jedoch andere Verfahren zum Koppeln von Licht, wie beispielsweise die additive Technologie, auf dem Chip häufiger werden. Dies kann ermöglichen, dass andere Verfahren, einschließlich Polymerwellenleitervorrichtungen, in den Bereich zwischen den Chips eintreten. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass sich die Seite der Chip-Glasfaser-Grenzfläche der Verbindung aufgrund vieler technischer Details wie Brechungsindexfehlanpassung, flacher bis runder Wellenleiterformen sowie einer Reihe anderer physikalischer Herausforderungen ändert, beginnend mit der Unterschied in der thermischen Schrumpfung von Polymer und Glas (und damit des Siliziumsubstratmaterials).
Zusammenfassung
Die Polymerwellenleitertechnologie von Optical InterLinks hat in der Glasfaserindustrie noch keine Nische gefunden. Während viele Innovationen in der Geschichte mehrere Befürworter haben und ungefähr parallele Wege gehen - zum Beispiel die „elektrische“ Fehde von Nikola Tesla und Thomas Edison oder der „Formatkrieg“ von Betamax- und VHS-Band -, tritt normalerweise eine als bevorzugte Wahl auf und bringt Standardisierung für die Industrie. Für einige Technologien und Branchen, in denen die Rechenleistung gerade erst ihren Einfluss ausübt, wie Sensoren und Automobilsysteme, können Polymerwellenleiter Fuß fassen. Wayne Kachmar fasste es in unserer Diskussion gut zusammen: „Es gibt Möglichkeiten für diese spezielle Technologie. Polymerwellenleiter sind für die Glasfaserindustrie vielversprechend. “
