Desde principios de la década de 1970, la demanda de un mayor tráfico de comunicaciones e información ha provocado el florecimiento de la red de fibra óptica. De hecho, la red de fibra óptica moderna comprende una gran parte de la red troncal de Internet. Esto incluye cables de comunicación de larga distancia que contienen fibras ópticas que se enrutan bajo el mar y a través de conductos subterráneos: fibras ópticas que interconectan centros de datos en todo el mundo y llevan fibra a la oficina (FTTO) y fibra al hogar (FTTH).
En los últimos años, el crecimiento de la industria de la fibra óptica ha sido aún más explosivo. La tecnología de fibra óptica se ha expandido a conexiones de corta distancia entre dispositivos como redes informáticas, televisores de alta definición y placas base y dispositivos dentro de las computadoras. La fibra óptica de vidrio, que tiene una estructura altamente diseñada para multimodo y monomodo, ha evolucionado, al igual que la mayoría de las fibras ópticas de plástico utilizadas para comunicaciones de muy corta distancia. Muchas empresas han contribuido a la proliferación de los usos y formas de la fibra, incluidas (por nombrar algunas) Alcatel, AT&T, Ciena, Cisco, Corning, Finisar, JDS Uniphase, Lucent Technologies y Tyco.
Fabricar cables de fibra óptica para la gran diversidad de la red de fibra es una industria multimillonaria. Los cables de fibra óptica (latiguillos e interconexiones para interiores y exteriores) deben asumir una amplia variedad de factores de forma personalizados para lograr todos los diferentes tipos de interconexión que se necesitan. Un latiguillo de fibra óptica típico es una fibra óptica de vidrio que termina en cada extremo con conectores (como SC, LC y MT), que permiten que el latiguillo se conecte de manera rápida y confiable a otros dispositivos funcionales, como interruptores ópticos, acopladores ópticos, amplificadores y WDM. La tecnología de terminación de fibra óptica implica resinas epoxi especializadas, pulido espejo, inspección y pruebas de continuidad y rendimiento.
El desarrollo de guías de ondas de polímeros como una solución alternativa.
A principios de la década de 1980, los ingenieros de DuPont previeron la necesidad de un ensamblaje de fibra óptica personalizado más fácil de producir. En 1985, demostraron una guía de onda que fue fotografiada en una película de polímero. Entre 1985 y 1998, DuPont desarrolló una tecnología, y luego lanzó la empresa Optical InterLinks (OIL), para fabricar dispositivos de datos ópticos fabricables de alto rendimiento y bajo costo.
La tecnología utiliza una guía de ondas de polímero: una película de polímero flexible y autoportante que se desarrolla mediante un proceso de imagen fotográfica, que permite una rápida duplicación. Las características producibles incluyen divisores / combinadores, perfiles de índice graduado o escalonado y barajaduras ópticas. Se incorporan fácilmente interconexiones de 90 grados con espejos de E / S, espejos / reflectores de superficie y otras superficies ópticas. Esta tecnología permite sondas y sensores ópticos personalizados altamente compactos. Al usar procesos matriciales, los sensores ópticos también se pueden producir usando este tipo de proceso donde dos fibras que se cruzan transfieren potencia óptica a medida que la presión distorsiona sus caminos de guía de onda, creando así una función de "conversación cruzada". Los sensores de bajo costo en formato matricial podrían producirse en masa y medir fácilmente los puntos de presión, de forma análoga a cómo una mano sostiene un vaso con la palma y los dedos.
Este proceso automatizado podría permitir aplicaciones de gran volumen para comunicaciones de corta distancia, como el bus de datos automotriz. A medida que los automóviles se vuelven cada vez más complejos, el uso de sistemas de bus de fibra óptica de plástico altamente reproducibles que son baratos de reproducir en cantidades de miles (o cientos de miles) es crítico. Al investigar este tema, parte de mi proceso incluyó contactar a Wayne Kachmar a través de su empresa, Technical Horsepower Consulting, para realizar consultas sobre la tecnología de guías de onda de polímero Optical InterLinks (OIL). La experiencia del Sr. Kachmar, más de 38 años de diseño, prueba, creación de especificaciones e instalación de cables de fibra óptica, me dio una visión adicional de las tendencias generales de la industria y las oportunidades específicas con respecto a esta tecnología. Según el experto en cables ópticos Wayne Kachmar, las guías de ondas de polímero podrían ser una tecnología competitiva en la industria automotriz por las razones mencionadas anteriormente.
Tenga en cuenta que las guías de onda de polímeros no son una tecnología nueva. Entre 1993 y 1997, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) apoyó un proyecto en el que Optical InterLinks proporcionó la matriz de guía de onda de polímero flexible entre PD / VCSEL y su Organización de Enlace Óptico Paralelo. Otro proyecto siguió con DARPA, que es una agencia del Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Numerosas publicaciones, prototipos entregados y publicidad de los proyectos de DARPA generaron conciencia del mercado e interés en las guías de ondas de polímeros. En 30 años de trabajo con esta tecnología, Optical InterLinks ha llegado a comprender muchas de las sutilezas de la fotoquímica de este sistema para refinar aún más el rendimiento de los dispositivos ópticos creados.
¿Por qué esta tecnología no se ha popularizado en la industria de la fibra óptica?
Las guías de ondas de polímero han logrado generar interés y algunas empresas han observado esta tecnología en desarrollo durante bastante tiempo. Toda tecnología introducida en un mercado debe encontrar un nicho y resolver un problema. ¿En qué áreas podría esta tecnología resolver problemas? La consulta de Wayne Kachmar conmigo incluyó algunas de las aplicaciones y oportunidades más viables, enumeradas aquí:
- Aplicaciones de placa base de computadora para computación de alta velocidad
- La capacidad de proporcionar entrada óptica a dispositivos OLED (LED orgánicos) flexibles: en "señalización portátil", una pantalla en su camisa recibiría y transmitiría datos
- Sistemas de redes automotrices: la carga promedio de comunicaciones en los automóviles sigue de cerca la Ley de Moore (la cantidad de potencia de cómputo se duplica cada 2 años)
¿Qué está impidiendo una mayor adopción de guías de onda de polímeros en la industria de fibra óptica?
En mis consultas con los ingenieros y expertos de la industria de Optical InterLinks, como Wayne KachmarCreo que hay 4 razones clave por las que la tecnología de guías de ondas de polímero no se ha integrado completamente en nuestra industria:
- A pesar de que la tecnología de guías de ondas de polímero de Optical InterLinks tiene 30 años, sigue siendo muy singular. De alguna manera, esta tecnología es una solución adelantada a su tiempo. Aunque la tecnología de sensores, los buses de datos automotrices y los backplanes ópticos para computadoras se están haciendo realidad rápidamente, todavía no requieren la velocidad y simplicidad que representa esta tecnología. (Los sistemas conductores metálicos, como los sistemas de bus de cobre, han superado significativamente las expectativas de los expertos, aunque es posible que nos estemos acercando a los límites del cobre). La creación de una plantilla de imágenes fotográficas requiere una biblioteca de elementos fotónicos y reglas de espaciado, radios mínimos de curvatura, modal llenado, y así sucesivamente. Optical InterLinks ha desarrollado muchos de estos componentes para su tecnología de guías de ondas de polímero, pero aún no han encontrado un punto de apoyo sólido en la industria de la fibra óptica.
- Las tecnologías alternativas que utilizan materiales basados en Si y Si buscan crear estructuras de guía de onda que sean más pequeñas, más densas y más baratas. Los métodos para integrar las fuentes de luz y la amplificación a soluciones basadas en silicio están siendo abordados por una combinación de compañías que incluyen casas de sistemas y fabricantes de circuitos integrados (fotónicos), con una gran variedad de soluciones de la competencia. Las empresas involucradas en el impulso para hacer que la luz penetre aún más en los circuitos integrados prefieren desarrollar y mantener tecnologías innovadoras por sí mismas. La tendencia es mantener esta información patentada internamente en lugar de colaborar con un socio externo. Debido a la falta de propiedad intelectual conectada a la tecnología de guías de onda de polímeros, es efectivamente una tecnología de código abierto. Esto significa, con toda probabilidad, que ninguna organización invertiría una gran cantidad de dinero para desarrollarlo aún más. Por otro lado, esto significa que la puerta está abierta para que cualquiera pueda adoptar la tecnología e integrarla en su aplicación.
- El advenimiento de las fibras insensibles al doblez ha limitado severamente el interés en la tecnología de guías de ondas de polímero de Optical InterLinks para cualquier aplicación de gran ancho de banda. Además, la dificultad de la conectorización de las fibras convencionales puede volverse obsoleta con el rápido avance y la aceptación de la tecnología de aditivos (también conocida como impresión 3D) para crear (imprimir) conectores de fibra óptica. Es probable que estas nuevas tecnologías de la competencia (fibra insensible a la flexión y tecnología aditiva) sean opciones más populares para aplicaciones como placas posteriores ópticas para computadoras. Estas tecnologías son altamente patentables, y existe la posibilidad de producir productos en masa utilizando estas tecnologías. En mi conversación con Wayne Kachmar, presentó una idea interesante: “En el mundo de la automoción, dos tecnologías que trabajan juntas, la tecnología aditiva y la tecnología de guías de ondas de polímero de OIL, podrían ser una solución excelente para las redes troncales de datos de automoción. Este nicho ofrece potencialmente el volumen, la demanda y los requisitos para hacer avanzar las guías de ondas de polímero. Esta aplicación podría ser una gran combinación para la tecnología de guías de onda de polímero ".
- La terminación de las guías de ondas de polímeros sigue siendo un proceso manual y debe automatizarse más. Sin embargo, a medida que las guías de ondas penetran más en los chips electrónicos, la terminación del conector estándar con SC, LC y MT continuará fuera del chip casi como una coleta. Pero al unir el cable flexible a los emisores o detectores de chips, otros métodos de acoplamiento de luz, como la tecnología aditiva, pueden volverse más comunes en el chip. Esto puede permitir que otros métodos, incluidos los dispositivos de guía de ondas de polímero, entren en el área entre chips. Sin embargo, es poco probable que cambie el lado de la interfaz de la fibra de chip a vidrio de la conexión debido a muchos detalles técnicos, como la falta de coincidencia del índice de refracción, las formas de guía de onda de plano a redondo, así como una serie de otros desafíos físicos, comenzando con la diferencia en la contracción térmica del polímero y el vidrio (y por lo tanto el material del sustrato de silicio).
Conclusión
La tecnología de guías de onda de polímero de Optical InterLinks aún no ha encontrado un nicho en la industria de la fibra óptica. Si bien muchas innovaciones a lo largo de la historia tienen múltiples defensores y siguen caminos aproximadamente paralelos, por ejemplo, la disputa "eléctrica" de Nikola Tesla y Thomas Edison o la "guerra de formatos" de Betamax y la cinta VHS, generalmente una emerge como la opción preferida y trae la estandarización a la industria Para algunas tecnologías e industrias en las que la potencia informática comienza a ejercer su influencia, como los sensores y los sistemas automotrices, las guías de ondas de polímeros pueden afianzarse. Wayne Kachmar lo resumió muy bien en nuestra discusión: “Hay oportunidades para esta tecnología en particular. Las guías de onda de polímeros son prometedoras para la industria de la fibra óptica ”.
