Desde principios de la década de 1970, la demanda de un mayor tráfico de comunicación e información ha provocado que la red de fibra óptica se brote. De hecho, la red moderna de fibra óptica comprende una gran parte de la columna vertebral 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 a la casa (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 de vidrio óptico, que está altamente diseñada en estructura para multimode y parto singular, ha evolucionado, al igual que la mayoría de las fibras ópticas de plástico utilizadas para comunicaciones de distancia muy corta. Muchas compañías han contribuido a la proliferación de usos y formularios de fibra, incluidos (por nombrar algunos) Alcatel, AT&T, Ciena, Cisco, Corning, Finisar, JDS UniPhase, Lucent Technologies y Tyco.
Hacer cables de fibra óptica para la gran diversidad de la red de fibra es una industria multimillonario. Los cables de fibra óptica, tanto los cables y los interlinks de parches al aire libre como en el interior, deben asumir una amplia variedad de factores de forma personalizados para lograr todos los diferentes tipos de interconexión que se necesitan. Un cable de parche de fibra óptica típico es una fibra óptica de vidrio que se termina en cada extremo con conectores (como SC, LC y MTS), que permiten que el cable de parche esté conectado 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 epoxies especializados, pulido de espejo, inspección y pruebas de continuidad y rendimiento.
El desarrollo de guías de onda de polímero 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 ondas que fue fotografiada en una película de polímero. Entre 1985 y 1998, DuPont desarrolló una tecnología, y luego escindió los interlingues ópticos (petróleo) de la compañía, para hacer dispositivos de datos ópticos fabricables de alto rendimiento, de bajo costo y fabricables.
La tecnología utiliza una guía de onda de polímero: una película de polímero flexible, autosuficiente, desarrollada utilizando un proceso de fotografía, que permite una duplicación rápida. Las características producibles incluyen divisores/combinadores, perfiles graduados o de índice de pasos, y barajas ópticas. Se incorporan fácilmente las interconexiones de 90 grados con espejos de E/S, reflectores de espejo/superficie y otras superficies ópticas. Esta tecnología permite sondas y sensores ópticos personalizados altamente compactos. Mediante el uso de procesos de matriz, los sensores ópticos también se pueden producir utilizando este tipo de proceso donde dos fibras que se cruzan transfieren la potencia óptica a medida que la presión distorsiona sus rutas de guía de onda, creando así una función de "conversación cruzada". Los sensores de bajo costo en el formato de la matriz podrían producirse en masa que medir fácilmente los puntos de presión, análogos a cómo una mano sostiene un vidrio con almohadillas de palma y dedo.
Este proceso automatizado podría permitir aplicaciones de alto volumen para comunicaciones de corta distancia, como el bus de datos automotrices. A medida que los automóviles se vuelven cada vez más complejos, el uso de sistemas de autobuses de fibra óptica de plástico altamente reproducible que son económicos para reproducirse en cantidades de miles (o cientos de miles) son críticos. Al investigar este tema, parte de mi proceso incluyó contactar a Wayne Kachmar a través de su empresa, consultoría técnica de caballos de fuerza, para consultar sobre la tecnología de guías de ondas de polímeros ópticos (petróleo). La experiencia del Sr. Kachmar, más de 38 años de diseño de cable de fibra óptica, pruebas, creación e instalación de especificaciones, 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 cable óptico Wayne Kachmar, las guías de onda de polímeros 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 los interlinks ópticos proporcionan la matriz de guía de ondas de polímero flexible entre PD/VCSEL y su organización óptica paralela de enlace. 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 la conciencia del mercado e interés en las guías de onda de polímeros. En 30 años de trabajo con esta tecnología, los interlingues ópticos han 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 visto en la industria de la fibra óptica?
Las guías de onda de polímeros han logrado generar interés, y algunas compañías han visto esta tecnología en desarrollo durante bastante tiempo. Cada 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 para computadora para computación de alta velocidad
- La capacidad de proporcionar información óptica a dispositivos OLED (LED orgánico) flexibles, en "señalización portátil", una pantalla en su camisa recibiría y transmitiría datos
- Sistemas de redes automotrices: la carga de comunicaciones promedio en automóviles sigue de cerca la ley de Moore (la cantidad de potencia informática se duplica cada 2 años)
¿Qué está evitando una adopción importante de guías de onda de polímeros en la industria de la fibra óptica?
En mis consultas con los ingenieros de ópticos y expertos de la industria como Wayne Kachmar , creo que hay 4 razones clave por las cuales la tecnología de guías de onda de polímeros no se ha integrado completamente en nuestra industria:
- A pesar del hecho de que la tecnología de guías de ondas de polímeros ópticos es de 30 años, todavía es muy único. De alguna manera, esta tecnología es una solución que se adelanta a su tiempo. Aunque la tecnología de sensores, los autobuses de datos automotrices y los placas posteriores ópticas para las computadoras se están haciendo realidad rápidamente, aún no requieren la velocidad y la 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 podemos abordar los límites del cobre). Crear una plantilla de fotografía requiere una biblioteca de elementos fotónicos y reglas para el espacio, radios mínimos de curvatura, relleno modal, etc. Los Interlinks ópticos han 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 hacer estructuras de guía de onda que sean más pequeñas, más densas y más baratas. Una mezcla de empresas, incluidas empresas, incluyen casas de sistemas y fabricantes de circuitos integrados (fotónicos), con una variedad de soluciones competitivas abordan los métodos para integrar fuentes de luz y amplificación a las soluciones basadas en silicio. Las empresas involucradas en el impulso para hacer que la luz penetre aún más en los circuitos integrados prefieran desarrollar y mantener tecnologías innovadoras. 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 ondas de polímeros, es efectivamente una tecnología de código abierto. Esto significa que, con toda probabilidad, 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 adopte la tecnología e la integre en su aplicación.
- El advenimiento de las fibras insensibles a Bend ha limitado severamente el interés en la tecnología de guías de ondas de polímeros ópticos para cualquier aplicación de alto ancho de banda. Además, la dificultad de la conectorización de las fibras convencionales puede quedarse obsoleta con el rápido avance y aceptación de la tecnología aditiva (también conocida como impresión 3D) para crear conectores ópticos de fibra (imprimidos). Es probable que estas nuevas tecnologías competidoras (fibra insensible a Bend y tecnología aditiva) sean opciones más populares para aplicaciones como placas posteriores ópticas para computadoras. Estas tecnologías son altamente patentables, y existe el potencial de producir productos en masa utilizando estas tecnologías. En mi discusión con Wayne Kachmar, presentó una idea interesante: “En el mundo automotriz, dos tecnologías que trabajan juntas (tecnología aditiva y tecnología de guías de ondas de polímeros de petróleo) podría ser una solución asesina para los troncos de datos automotrices. Este nicho potencialmente ofrece el volumen, la demanda y los requisitos para hacer avanzar las guías de onda del polímero. Esta aplicación podría ser una gran coincidencia para la tecnología de guías de ondas de polímeros ".
- La terminación de las guías de onda de polímeros sigue siendo un proceso manual y debe estar más automatizado. Sin embargo, a medida que las guías de onda penetran en chips electrónicos, la terminación del conector estándar con SC, LC y MTS continuarán fuera del chip casi como una coleta. Pero al colocar la coleta 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 onda de polímeros, ingresen en el área entre chip. Sin embargo, es poco probable que cambie el lado de la interfaz de fibra de chip a vidrio de la conexión debido a muchos detalles técnicos, como el índice de desajuste de refracción, las formas de guía de onda plana a ronda, así como una serie de otros desafíos físicos, comenzando con la diferencia en la reducción térmica de polímeros y vidrio (y, por lo tanto, el material de sustrato de silicio).
Conclusión
La tecnología de guías de ondas de polímeros de Interlinks ópticos 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 Formato" de la cinta Betamax y VHS, generalmente uno emerge como la opción preferida y trae estandarización a la industria. Para algunas tecnologías e industrias donde la potencia informática está comenzando a ejercer su influencia, como sensores y sistemas automotrices, las guías de onda de polímeros pueden establecerse. Wayne Kachmar lo resumió muy bien en nuestra discusión: “Hay oportunidades para esta tecnología en particular. Las guías de onda de polímero tienen prometedor para la industria de la fibra óptica ".
