PL229961B1 - Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów, zwłaszcza w gradientowych włóknach wielomodowych (ang. multimode fibers, w skrócie MMF). Pozwala ono w szczególności na zwiększanie przepływności wielomodowych systemów transmisyjnych poprzez minimalizowanie negatywnego wpływu dyspersji międzymodowej, zapewnienie pracy jednomodowej w laserach światłowodowych lub poprawę jakości wiązki w światłowodach wielomodowych poprzez zapewnienie pracy jedno- lub kilkumodowej w światłowodach wielomodowych. Po zastosowaniu urządzenia w światłowodzie wielomodowym pozostaje jedna lub kilka pierwszych grup modowych.

Zwiększenie przepustowości jest jednym z podstawowych wyzwań stawianych światłowodowym systemom komunikacji nowej generacji. Jest to związane z ciągle rosnącym zapotrzebowaniem na coraz większą liczbę danych oraz wzrostem ruchu w sieciach telekomunikacyjnych. Dotyczy to zarówno ruchu w sieciach publicznych oraz w centrach przetwarzania i gromadzenia informacji. Ze względu na stosunkowo krótkie dystanse, w centrach danych najczęściej wykorzystuje się włókna wielomodowe, których przepustowość jest w głównej mierze ograniczona dyspersją międzymodową (ang. intermodal disspersion). Sieci tego typu realizowane są często z wykorzystaniem laserów VCSEL i włókien MMF, gdzie kluczowym ograniczeniem jest wpływ dyspersji międzymodowej, czyli różnica prędkości grupowej a tym samym czasu propagacji dla różnych modów. Negatywny wpływ dyspersji międzymodowej objawia się poszerzeniem impulsu w dziedzinie czasu, co wpływa na ograniczenie przepływności sygnału lub zasięgu transmisji.

Zapewnienie pracy jednomodowej jest także wyzwaniem przy konstrukcji laserów światłowodowych. Lasery jednomodowe posiadają lepszą jakość wiązki i w niektórych zastosowaniach konieczne jest zapewnienie pracy jednomodowej laserów. Jednym z rozwiązań tego problemu może być wstawienie urządzenia filtrującego mody wyższych rzędów w rezonator lasera, co umożliwi zastosowanie jako ośrodka aktywnego włókna wielomodowego o dużej średnicy rdzenia, w którym efektywnie będzie propagował się tylko jeden mod. Zapewnienie pracy jedno- lub kilkumodowej we włóknie wielomodowym wpływa także pozytywnie na jakość wiązki, ponieważ pozwala na zmniejszenie rozbieżności dyfrakcyjnej wiązki na wyjściu i daje możliwość skupienia wiązki w mniejszy obszar, co zwiększa precyzję lasera.

Jednym ze sposobów pozbycia się niekorzystnych efektów związanych z zastosowaniem światłowodów wielomodowych jest zastosowanie światłowodów jednomodowych (ang. single mode fiber, w skrócie SMF) zamiast wielomodowych. Jednak sieci oparte na włóknach jednomodowych są o wiele droższe w produkcji i montażu, przez co są niechętnie wykorzystywane w centrach danych. Również zastosowanie światłowodów jednomodowych, jako ośrodka aktywnego w laserach ma swoje ograniczenia ze względu na efekty nieliniowe występujące przy małych polach modu. Urządzenie filtrujące mody wyższych rzędów według wynalazku jest o wiele krótsze niż cały rezonator, z uwagi na to efekty nieliniowe, wynikające z ograniczenia pola modu wystąpią tylko na bardzo małej długości.

Znane są w literaturze prace nad układami aktywnymi do selekcji i ograniczenia liczby modów. Przykładowo, rozwiązanie ograniczające liczbę propagujących się modów i wykorzystujące skomplikowane i kosztowne układy zewnętrzne (optyczne matryce filtrujące) zostało opublikowane w artykule autorstwa G. Stępniaka, L. Maksymiuka i J. Siuzdak po tytułem „Binary phase spatial light filters for mode selective excitation of multimode fibers”, opublikowanym w Journal of Lightwave Technology 29/13 (2011). Inne, znane od dawna, metody redukcji liczby modów wymagają precyzyjnych układów optycznych pozwalających na pobudzanie tylko wybranych modów, które zostały opublikowane między innymi w artykule autorstwa L. Jeunhomme i J. P. Pocholle pod tytułem „Selective mode excitation of graded index optical fibers” opublikowanym w Applied Optics 17/3 (1978). Zaprezentowane dotychczas układy ze względu na skomplikowaną budowę oraz ich wysoki koszt umożliwiają realizację zamierzonych efektów jedynie w warunkach laboratoryjnych.

Znane są metody filtracji modów, w których modyfikacji poddaje się strukturę włókna światłowodowego. Przykładem jest rozwiązanie według JP nr 2001 133 647, w którym zaproponowano strukturę planarną, gdzie poprzez periodyczne zmiany kształtu powierzchni bocznej płaszcza otaczającego rdzeń rozpraszane są mody wyższych rzędów wydostające się z rdzenia. Tak zmodyfikowany odcinek falowodu, może być włączony do struktury tradycyjnej sieci światłowodowej. Dodatkowo, element taki nie wymaga zasilania energią elektryczną.

Z kolei w opisie US nr 2003 169 965 ujawniono sposób filtrowania modów wyższych rzędów poprzez ich eliminację polegającą na włączeniu do infrastruktury sieci układów światłowodów zgiętych na małym promieniu, co selektywnie zwiększa straty modów wyższych rzędów. W skutek zastosowania

PL 229 961 B1 niewielkiej krzywizny zgięcia mody wyższych rzędów są eliminowane, a transmisja, jak określono w wynalazku, jest skuteczniejsza i szybsza.

Innym sposobem modyfikacji struktury falowodów jest ingerencja w ich skład chemiczny, przez co zmianie ulegają warunki propagacji światła wewnątrz światłowodu. Tego typu rozwiązanie prezentuje opis US nr 2014 286 606, w jakim dodatkowo obszary domieszkowane i niedomieszkowane umieszczone są naprzemiennie. Pozwala to rozproszyć i wytłumić sygnał niesiony modami wyższych rzędów.

W rozwiązaniu według US nr 7 194 156 zaprezentowano element będący częścią systemu komunikacji optycznej, służący do filtracji modów wyższych rzędów. Zastosowanie wynalazku pozwala na zwiększenie przepływności systemów komunikacyjnych opartych na światłowodach wielomodowych. Element do filtracji modów wyższych rzędów może zostać zrealizowany na dwa sposoby. Jeden z nich opiera się na przewężeniu końcówki włókna wielomodowego i wyprowadzaniu sygnału poprzez soczewkę do detektora. Taki element umożliwia odfiltrowania modów wyższych rzędów tak, że zostaje tylko pewna grupa modów, gdzie każdy mod trafiający na detektor może być traktowany jako osobny sygnał. Sygnał tutaj jest wprowadzany z wykorzystaniem optyki objętościowej, co skutkuje zwiększeniem rozmiaru urządzenia oraz dodatkowymi stratami. Dodatkowo, w tym wynalazku nie uwzględniono pokrywania przewężenia substancją filtrującą.

Z kolei w opisie WO nr 2015 138 492 ujawniono konstrukcję systemu umożliwiającą komunikację quasiwielomodową na wielomodowych włóknach. W rozwiązaniu tym sygnał świetlny z co najmniej dwóch laserów jest przetwarzany przez układ optoelektryczny TOSA i wprowadzany do jednomodowego włókna w postaci quasiwielodomowego sygnału (quasi MM Signal), a następnie po pokonaniu drogi transmisji jest odbierany przez analogiczne urządzenie ROSA. Odbiornik ROSA blokuje co najmniej jeden sygnał modu wyższego rzędu.

Znany jest także dokument zgłoszeniowy US nr 2007 0 081 764, który opisuje system komunikacji optycznej oparty na światłowodach wielomodowych oraz sposób zwiększenie przepływności takiego systemu. Częścią tego systemu jest element filtrujący mody wyższych rzędów oparty na przewężce. Światłowód wielomodowy zostaje przewężony tak, że w najwęższym miejscu zapewniona jest propagacja jedynie modu podstawowego. Przedstawiono także konfiguracje pozwalające na wprowadzenie mocy lub wyprowadzenie mocy z światłowodu jednomodowego. W przypadku patentu pokazano sposób zrealizowania przewężenia w metodzie planarnej. Jednocześnie, nie uwzględniono pokrywania przewężenia substancją filtrującą.

Patent US nr 7 184 623 B2 także prezentuje wynalazek pozwalający na zwiększenie przepływności systemów telekomunikacyjnych opartych na światłowodach wielomodowych. W tym przypadku zastosowano adiabatyczny sprzęgacz mogący być przewężonym światłowodem w celu filtracji modów wyższych rzędów. Rozwiązanie to zakłada, że w obszarze przewężenia mody wyższych rzędów wyciekną z rdzenia i zostaną zabsorbowane w płaszczu albo wyemitowane z płaszcza. W przypadku tego rozwiązania nie uwzględniono pokrywania przewężenia substancją filtrującą.

Prace opublikowane w artykule autorstwa Y. Jung, G. Brambilla i D. J. Richardson pod tytułem „Broadband single-mode operation of standard optical fibers by using a subwavelength optical wire filter” opublikowanym w Optics Express 16/19 (2008) prezentują filtrowanie modów wyższych rzędów poprzez przewężenie światłowodu. Kluczowym jest tu odpowiednie dobranie geometrii przewężenia, a zwłaszcza stref przejściowych. W zaproponowanym rozwiązaniu strefy przejściowe są adiabatyczne dla modu pierwszego rzędu i jednocześnie nie adiabatyczne dla modów wyższych rzędów. Poprzez tak dobraną geometrię przewężki wprowadzane są duże straty dla modów wyższych rzędów. W zaprezentowanym rozwiązaniu do zapewnienia propagacji tylko w formie modu podstawowego niezbędne było wykonanie przewężki o średnicy przewężenia ponad 100-krotnie mniejszej niż średnica rdzenia. Dodatkowo, nie uwzględniono pokrywania przewężenia substancją, co znacząco obniża skuteczność filtrowania modów wyższych rzędów. Brak substancji filtrującej w rejonie przewężenia sprawia, że mody, które mają być filtrowane, prowadzone są na granicy szkło-powietrze. Wymagane jest wykonanie przewężenia o dużym stopniu przewężenia i o dużej długości właściwej, aby wprowadzić znaczące straty dla modów wyższych rzędów. Tymczasem zastosowanie substancji filtrującej znacząco zwiększa straty modów filtrowanych, co pozwala na wykonanie krótszego przewężenia o mniejszym stopniu przewężenia i uzyskanie znacznie lepszej skuteczności niż w przypadku bez pokrywania rejonu przewężenia substancją filtrującą.

Pokrywanie rejonu przewężonego światłowodu jest stosowane do budowy czujników pola zanikającego. Taki przykładowy czujnik jest tematem patentu US nr 6 103 535 A, w którym przedstawiono konstrukcję czujnika opartego na przewężce pokrytej materiałem reagującym z fluoroforami. Gdy doj4

PL 229 961 B1 dzie do reakcji między materiałem pokrywającym przewężkę a fluoroforami przy jednoczesnej obecności pola zanikającego w przewężonym światłowodzie, zachodzi zjawisko fluorescencji. Kluczowym elementem tego wynalazku jest materiał, którym pokryta jest przewężka. Przy kontakcie z konkretną substancją w materiale tym zachodzi reakcja chemiczna, która powoduje zjawisko fluorescencji. W tego typu czujnikach najczęściej stosuje się światłowody wielomodowe, które zapewniają większą czułość tego typu czujników.

Zastosowanie odpowiedniego pokrycia rejonu przewężenia pozwala także na konstrukcję impulsowych laserów światłowodowych z synchronizacją modów (ang. mode-locked fiber laser). W publikacji autorstwa P. Yan, R. Lin, Sh. Ruan, A. Liu, H. Chen, Y. Zheng, S. Chen, C. Guo i J. Hu pod tytułem „A practical topological insulator saturable absorber for mode-locked fiber laser” opublikowanej w Nature 5/8690 (2015) zaprezentowano przewężony jednomodowy światłowód SMF-28 z nasycalnym absorberem, który charakteryzuje się tym, że jest transparentny dla odpowiedniej długości fali tylko przy odpowiednio dużym natężeniu sygnału.

W patencie US nr 8 384 991 B2 zaprezentowano wynalazek będący nasycalnym absorberem, mogący znaleźć zastosowanie w między innymi w konstrukcji impulsowych laserów światłowodowych. Tematem wynalazku jest specjalna substancja będąca mieszaniną nanorurek węglowych i kompozytów polimerowych. Do konstrukcji światłowodowego lasera impulsowego stosuje się fragment przewężonego światłowodu pokrytego tą substancją.

W patencie US nr 6 301 408 B1 zaprezentowano wynalazek będący światłowodową siatką Bragga zapisaną w rejonie przewężonego światłowodu, gdzie rejon przewężenia pokryty jest specjalnym polimerem. Poprzez odpowiednie dopasowanie współczynnika załamania polimeru pokrywającego przewężkę możliwe jest kontrolowanie długości fali Bragga. Wynalazek według zaproponowanej konstrukcji może służyć do wykonania multipleksera typu add/drop. W zaprezentowanym rozwiązaniu modyfikowany jest sposób propagacji modu podstawowego.

Celem wynalazku było opracowanie urządzenia do selektywnego zwiększenia strat modów wyższych rzędów za pomocą elementu światłowodowego, co umożliwi zwłaszcza znaczące zwiększenie przepustowości wielomodowych systemów transmisyjnych lub pozwoli na zapewnienie pracy jednomodowej w laserach światłowodowych. Do jego głównych funkcjonalności należy: zapewnienie selektywnego zwiększenia strat modów wyższych rzędów, pasywność, małe opóźnienie czasowe, niskie straty wtrąceniowe i odbiciowe dla wybranych modów oraz kompatybilność ze standardami systemów transmisji wielomodowej.

Dodatkowo, ponieważ urządzenie jest całkowicie światłowodowe, cechuje je pasywność, czyli brak konieczności zasilania urządzenia według wynalazku energią elektryczną. Z wykorzystaniem urządzenia zmniejsza się negatywny wpływ dyspersji międzymodowej w systemach transmisji wielomodowej o ograniczonej przepływności lub wykorzystujących wymagające, złożone algorytmy MIMO (ang. Multiple-Input, Muliple-Output). Dodatkowo, dzięki małej długości urządzenia (rzędu kilku lub kilkunastu cm) nie wprowadza ono dodatkowego opóźnienia czasowego sygnału. W transmisji światłowodowej, której główną zaletą jest szybkość przesyłu danych jest to kluczowa funkcjonalność.

Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3) ma postać wykonanego na włóknie wielomodowym (na danej długości fali) co najmniej jednego przewężenia światłowodowego (7). Przewężenie światłowodowe (7) posiada wydzielone strefy, tj. obszary nieprzewężonego światłowodu o długości (a 1 i a2), w którym średnica włókna jest równa (d 1) (długości tych obszarów nie mają bezpośredniego wpływu na działanie urządzenia), obszary stref przejściowych o długościach odpowiednio (b1) i (b2) dla obszaru o zmniejszającej się średnicy i zwiększającej się średnicy oraz obszar przewężenia właściwego o długości (c), w którym średnica włókna jest równa (d2). Stopień przewężenia właściwego definiuje się jako R = ((d1-d2)/d1)-100% i korzystnie zawarty jest on w przedziale 20-97%, długość stref przejściowej (b1) wynosi korzystnie od 0,5 mm do 75 mm, długość strefy przejściowej (b2) wynosi korzystnie od 0 mm do 75 mm, a długość przewężenia właściwego (c) wynosi korzystnie od 0,5 mm do 75 mm. Obszar przewężenia jest pokryty substancją filtrującą o właściwościach tłumiących, przy czym substancja filtrująca znajduje się korzystnie co najmniej na fragmencie przewężenia właściwego.

Korzystnie, gdy substancja filtrująca warstwy filtrującej posiada właściwości tłumiące - absorpcyjne i/lub rozpraszające (na danej, wykorzystywanej długości fali) i/lub posiada większy współczyn nik załamania światła niż materiał, z którego wykonany jest płaszcz światłowodu. Substancja na warstwę filtrującą, stanowiącą integralną część urządzenia, jest wybrana korzystnie spośród: parafiny, wazeliny lub pokrewnych węglowodorów, kwasów tłuszczowych, ich soli lub estrów, grafitu, grafenu, sadzy, innych form węgla lub ich pochodnych, polimerów rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych,

PL 229 961 B1 takich jak polistyren, etyloceluloza, nitroceluloza, octan celulozy, metyloceluloza, poli(octan winylu), polimetakrylan metylu) oraz ich pochodne, polimerów o niskiej temperaturze mięknięcia, takich jak polichlorek winylu, poli(etylen-co-octan winylu), polimerów akrylowych, octanowo-celulozowych, butylowocelulozowych, poliimidów, poliamidów, poliolefin, polimerów perfluorowanych, organozoli typu R-Si-O, polidimetylosiloksanów, gum polibutadienowych, polimerów utwardzanych światłem z zakresu ultrafioletowego, żywic epoksydowych, epoksy-akrylowych, uretano-akrylowych, silikono-epoksydowych, silikono-akrylowych, cieczy organicznych, takich jak gliceryna, toluen, styren, czterochlorek węgla, dwusiarczek węgla, olej silikonowy, stężony roztwór cukrów, olej immersyjny, warstw metalicznych, tlenków metali lub mieszanin zawierających co najmniej jedną z wymienionych substancji lub ich pochodnych.

Korzystnie, szeregowe włączenie urządzenia w tor światłowodowy jest zrealizowane korzystnie poprzez spawy lub połączenia złączkowe. W innym korzystnym wariancie urządzenia może ono (przewężenie) zostać wykonane bezpośrednio na światłowodzie tworzącym tor światłowodowy. W innym korzystnym wariancie urządzenia może być także włączone bezpośrednio do detektora (odbiornika), przy czym w korzystnym przykładzie wykonania, przewężenie wykonane na światłowodzie według standardu OM2 lub OM3 ma wymiary b1 = b2 = 10 mm, c = 10 mm, d1 = 125 pm, d2 = 25 pm (R = 80%), a połączenie urządzenia z torem światłowodowym jest realizowane poprzez spawy światłowodów oraz przewężenia światłowodowego, przy czym zastosowany światłowód wielomodowy jest wykonany według standardu OM2 lub OM3. Przewężenie pokryte jest korzystnie substancją filtrującą będącą absorberem, którą w tym korzystnym wariancie jest grafit koloidalny.

W innym korzystnym przykładzie wykonania, przewężenie wykonane na światłowodzie według standardu OM4 ma wymiary b1 = 5 mm, b2 = 0 mm, c = 10 mm, d1 = 125 pm, d2 = 20 pm (R = 84%), a połączenie urządzenia z torem światłowodowym jest realizowane poprzez połączenie złączkowe światłowodów oraz przewężenia światłowodowego, przy czym zastosowany światłowód wielomodowy jest wykonany według standardu OM4. Przewężenie pokryte jest korzystnie substancją filtrującą będącą absorberem, którą w tym korzystnym wariancie jest parafina.

W innym korzystnym przykładzie wykonania, przewężenia wykonane na światłowodzie wielomodowym o skokowym profilu współczynnika załamania, aperturze numerycznej 0,37 (definiowanej jako pierwiastek z różnicy kwadratu współczynnika załamania rdzenia i kwadratu współczynnika załamaniu płaszcza), średnicy rdzenia 100 pm i średnicy płaszcza 300 pm, ma wymiary b1 = 30 mm, b2 = 20 mm, c = 20 mm, d1 = 300 pm, d2 = 9 pm (R = 97%), pokryte jest korzystnie substancją filtrującą pokrywającą obszar przewężenia. W tym korzystnym wariancie substancja filtrująca posiada wyższy współczynnik załamania niż materiał, z którego wykonany jest światłowód, którą w tym korzystnym wariancie jest dwusiarczek węgla, przy czym urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów włączone jest szeregowo w strukturę światłowodu wielomodowego pomiędzy co najmniej jednym nadajnikiem oraz co najmniej jednym detektorem (odbiornikiem), korzystnie możliwie blisko detektora lub w innym przykładzie urządzenie jest elementem tom optycznego wnęki rezonansowej lasera światłowodowego.

Korzystnie, gdy wskazana konfiguracja urządzenia zestawiona jest z co najmniej jednym źródłem światła typu VCSEL na długości fali 850 nm i włóknami w standardzie OM3 lub OM4.

Wynalazek został przedstawiony szczegółowo w przykładach i rysunkach, które to jednak nie wyczerpują możliwych konfiguracji wynalazku wynikających z przedstawionej zasady działania. Zastosowania wynalazku nie są ograniczone poprzez wymienione w opisie przykłady zilustrowane na rysunku, na którym:

figura 1 przedstawia schemat układu transmisji wykorzystującego włókno w standardzie OM2 lub OM3 (2), do którego sygnał jest wprowadzany poprzez nadajnik (1), a w torze włókna (2), przed odbiornikiem (4) zostaje włączone urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3);

figura 2 przedstawia zbliżenie na urządzenie (3), w którym widoczne są spawy (5) umożliwiające włączenie urządzenia w tor światłowodowy oraz włókno w standardzie OM2 lub OM3 (2), na którym wykonana jest przewężka światłowodowa (7);

figura 3 przedstawia schemat przewężki światłowodowej (7) z zaznaczonymi obszarami: nieprzewężonego światłowodu o długościach (a 1), (a2) i średnicy (d1), stref przejściowych o długościach (b1) i (b2) oraz strefy przewężenia właściwego o długości (c) i średnicy (d2) oraz obszarem przewężki pokrytej absorberem (8). Wymiary nie zachowują skali;

figura 4 przedstawia schemat układu transmisji wykorzystującego włókno w standardzie OM4 (6), do którego sygnał jest wprowadzany poprzez nadajnik (1), a w torze włókna (6), przed odbiornikiem (4) zostaje włączone urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3);

PL 229 961 B1 figura 5 przedstawia zbliżenie na urządzenie (3), w którym widoczna jest złączka (9) umożliwiająca włączenie urządzenia tor światłowodowy oraz włókno w standardzie OM4 (6), na którym wykonana jest przewężka światłowodowa (7);

figura 6 przedstawia schemat przewężki światłowodowej z zaznaczonymi obszarami: nieprzewężonego światłowodu o długości (a1) i średnicy (dl), strefy przejściowej o malejącej średnicy (b1) oraz strefy przewężenia właściwego o długości (c) i średnicy (d2) oraz obszarem przewężki pokrytej absorberem (8). Wymiary nie zachowują skali.

P r z y k ł a d 1

Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3) ma postać wykonanego na włóknie wielomodowym (standardu OM2 lub OM3) przewężenia światłowodowego włączonego szeregowo pomiędzy nadajnik (1) i odbiornik (4). Przewężenie światłowodowe (7) posiada wydzielone strefy, tj. m.in. obszary nie przewężonego światłowodu o długościach (a1) i (a2), w których średnica włókna jest równa (d 1) - długości tych obszarów nie mają bezpośredniego wpływu na działanie urządzenia; obszar stref przejściowych o długościach (b1) i (b2), w których średnica włókna odpowiednio zmniejsza/zwiększa się; oraz obszar przewężenia właściwego o długości (c), w którym średnica włókna jest równa (d2). Urządzenie włączone jest do toru światłowodowego poprzez połączenia (5) zrealizowane jako spawy światłowodów (2). Stopień przewężenia właściwego definiuje się jako R = ((d1-d2)/d1)100%. W tym przykładzie wykonania b1 = b2 = 10 mm, c = 10 mm, d1 = 125 pm, d2 = 25 pm (R = 80%). Przewężenie pokryte jest substancją filtrującą (8) będącą absorberem, którą w tym korzystnym wariancie jest grafit koloidalny. Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów ma zastosowanie w systemach transmisyjnych umożliwiając zwiększenie przepływności i zasięgu systemów transmisyjnych wykorzystujących źródła światła typu VCSEL na długości fali 850 nm i włókna OM2 lub OM3.

P r z y k ł a d 2

Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3) ma postać wykonanego na włóknie wielomodowym (standardu OM4) przewężenia światłowodowego włączonego szeregowo pomiędzy nadajnik (1) i odbiornik (4). Przewężenie światłowodowe (7) posiada wydzielone strefy, tj. m.in. obszar nie przewężonego światłowodu o długości (a1), w którym średnica włókna jest równa (d1) - długość tego obszaru nie ma bezpośredniego wpływu na działanie urządzenia; obszar strefy przejściowej o długości (b1), w którym średnica włókna (2) zmniejsza się; oraz obszar przewężenia właściwego o długości (c), w którym średnica włókna (2) jest równa (d2). Urządzenie włączone jest do tom światłowodowego poprzez połączenie (9) zrealizowane jako połączenie złączkowe, a z drugiej strony skierowane jest bezpośrednio do odbiornika (detektora). Stopień przewężenia właściwego definiuje się jako R = ((d1-d2)/d1)-100%. W tym przykładzie wykonania b1 = 5 mm, b2 = 0, c = 10 mm, d1 = 125 pm, d2 = 20 pm (R = 84%). Przewężenie pokryte jest substancją absorbującą (8), którą w tym korzystnym wariancie jest parafina. Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów ma zastosowanie w systemach transmisyjnych umożliwiając zwiększenie przepływności i zasięgu systemów transmisyjnych wykorzystujących źródła światła typu VCSEL na długości fali 850 nm i włókna OM4.

P r z y k ł a d 3

Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów ma postać przewężenia wykonanego na włóknie wielomodowym dla długości fali poniżej 1100 nm o skokowym rozkładzie współczynnika załamania, aperturze numerycznej 0,37 (definiowanej jako pierwiastek z różnicy kwadratu współczynnika załamania rdzenia i kwadratu współczynnika załamaniu płaszcza), średnicy rdzenia 100 pm i średnicy płaszcza 300 pm. Przewężenie światłowodowe jest włączone szeregowo w rezonator lasera światłowodowego. Przewężenie światłowodowe (7) posiada wydzielone strefy, tj. obszary nie przewężonego światłowodu o długościach (a1) i (a2), w których średnica włókna jest równa (d 1) - długość tego obszaru nie ma bezpośredniego wpływu na działanie urządzenia; obszar stref przejściowych o długościach (b1) i (b2), w których średnica włókna odpowiednio zmniejsza/zwiększa się; oraz obszar przewężenia właściwego o długości (c), w którym średnica włókna jest równa (d2). Urządzenie włączone jest do toru rezonatora poprzez połączenia zrealizowane jako spawy. Stopień przewężenia właściwego definiuje się jako R = ((d1-d2)/d1)-100%. W tym przykładzie wykonania b1 = 30 mm b2 = 20 mm, c = 20 mm, d1 = 300 pm, d2 = 9 pm (R = 97%). Przewężenie pokryte jest substancją filtrującą (8) posiadającą wyższy współczynnik załamania niż materiał, z którego wykonany jest światłowód i którą w tym korzystnym wariancie jest dwusiarczek węgla.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3), znamienne tym, że ma postać wykonanego na włóknie (2) wielomodowym na danej długości fali, co najmniej jednego przewężenia światłowodowego (7), a przewężenie światłowodowe (7) posiada wydzielone strefy, tj. obszary nieprzewężonego światłowodu o długościach (a 1) i (a2), w których średnica włókna jest równa (d 1), obszary stref przejściowych o długościach (b1) i (b2), w których średnica włókna odpowiednio zmniejsza/zwiększa się oraz obszar przewężenia właściwego o długości (c), w którym średnica włókna jest równa (d2), stopień przewężenia właściwego definiuje się jako R = ((d1-d2)/d1)-100% i wynosi on co najmniej 20%, długość stref przejściowych wynosi (b1) co najmniej 0,5 mm, (b2) jest większa lub równa 0 mm, długość przewężenia właściwego wynosi co najmniej 0,5 mm a obszar przewężenia jest pokryty substancją filtrującą o właściwościach tłumiących.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że stopień przewężenia właściwego wynosi co najwyżej 97%, długość stref przejściowych (b1) i (b2) wynosi co najwyżej 75 mm, a długość przewężenia właściwego wynosi co najwyżej 75 mm.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że substancja filtrująca znajduje się co najmniej na fragmencie światłowodowego przewężenia (7) w obrębie przewężenia właściwego.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienne tym, że substancja filtrującą warstwy filtrującej posiada właściwości tłumiące - absorpcyjne i/lub rozpraszające na danej długości fali i/lub posiada większy współczynnik załamania światła niż materiał, z którego wykonany jest płaszcz światłowodu.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienne tym, że substancja filtrująca stanowiąca integralną część urządzenia jest wybrana spośród: parafiny, wazeliny lub pokrewnych węglowodorów, kwasów tłuszczowych, ich soli lub estrów, grafitu, grafenu, sadzy, innych form węgla lub ich pochodnych, polimerów rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych takich, jak polistyren, etyloceluloza, nitroceluloza, octan celulozy, metyloceluloza, poli(octan winylu), polimetakrylan metylu) oraz ich pochodne, polimerów o niskiej temperaturze mięknięcia takich, jak polichlorek winylu, poli(etylen-co-octan winylu), polimerów akrylowych, octanowo-celulozowych, butylowo-celulozowych, poliimidów, poliamidów, poliolefin, polimerów perfluorowanych, organozoli typu R-Si-O, polidimetylosiloksanów, gum polibutadienowych, polimerów utwardzanych światłem z zakresu ultrafioletowego, żywic epoksydowych, epoksy-akrylowych, uretano-akrylowych, silikono-epoksydowych, silikono-akrylowych, cieczy organicznych takich, jak gliceryna, toluen, styren, czterochlorek węgla, dwusiarczek węgla, olej silikonowy, stężony roztwór cukrów, olej immersyjny, warstw metalicznych, tlenków metali lub mieszanin zawierających co najmniej jedną z wymienionych substancji lub ich pochodnych.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienne tym, że urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3) włączone jest szeregowo w strukturę światłowodu wielomodowego pomiędzy co jednym najmniej nadajnikiem (1) oraz co najmniej jednym detektorem (odbiornikiem) (4).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienne tym, że urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3) włączone jest w tor optyczny wnęki rezonansowej lasera światłowodowego.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, znamienne tym, że urządzenie do selektywnego zwiększania strat modów wyższych rzędów (3) zestawione jest z co najmniej jednym źródłem światła typu VCSEL o długości fali 850 nm i włóknami w standardzie OM3 lub OM4.