PL234839B1

PL234839B1 - Fiber optic coupler and method for manufacturing it

Info

Publication number: PL234839B1
Application number: PL411430A
Authority: PL
Inventors: Marek NAPIERAŁA; Michał MURAWSKI; Anna Pytel; Łukasz SZOSTKIEWICZ; Anna Katarzyna Mąkowska; Michał SZYMAŃSKI; Łukasz OSTROWSKI; Marta FILIPOWICZ; Katarzyna Pawlik; Tomasz NASIŁOWSKI
Original assignee: Inphotech Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2015-02-28
Filing date: 2015-02-28
Publication date: 2020-04-30
Also published as: PL411430A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest światłowodowy sprzęgacz wykorzystujący mikrostrukturalne światłowody wielordzeniowe.The subject of the invention is a fiber optic coupler using microstructured multicore optical fibers.

Sprzęgacze mocy są jednymi z podstawowych komponentów używanych w liniach telekomunikacyjnych opartych na wykorzystaniu włókien optycznych. Rynek telekomunikacyjny, który w ostatnich latach rozwija się silnie w kierunku zwiększenia gęstości transmisji danych, musi uwzględniać wymagania odbiorców w zakresie zorientowania na zwiększenie gęstości przesyłu informacji, funkcjonalność oraz zmniejszenie kosztów instalacji nowych systemów. Sprzęgacze światłowodowe mają za zadanie wprowadzenie mocy optycznej pochodzącej z jednego lub kilku światłowodów wejściowych do jednego lub kilku światłowodów wyjściowych. Sprzęgacze mogą być wykonywane w różnej konfiguracji wejść i wyjść. Najbardziej popularne są sprzęgacze typu X (2 wejścia i 2 wyjścia) a także sprzęgacze typu Y (1 wejście i 2 wyjście/2 wejścia i 1 wyjście). Sprzęgacze takie występują zarówno w wersji symetrycznej jak i niesymetrycznej. Potrzeby rynku warunkują jednak konieczność wytwarzania sprzęgaczy o większej liczbie kanałów. W zależności od potrzeb, sprzęgacz może mieć dowolną liczbę wejść i wyjść, ograniczeniem są zasadniczo możliwości produkcyjne takich sprzęgaczy. W szczególnym przypadku, gdy sprzęgacz ma mniej wejść niż wyjść (w szczególności jedno wejście i N wyjść), staje się dzielnikiem mocy. Kiedy mamy do czynienia z N wejściami i jednym wyjściem, powstaje sumator sygnału optycznego.Power couplers are one of the basic components used in telecommunications lines based on the use of optical fibers. The telecommunications market, which has been developing strongly in recent years towards increasing the data transmission density, must take into account the requirements of recipients in terms of focusing on increasing the density of information transmission, functionality and reducing the costs of installing new systems. Fiber optic couplers are designed to introduce optical power from one or more input optical fibers to one or more output optical fibers. Couplers can be made in various configurations of inputs and outputs. The most popular are X-type couplers (2 inputs and 2 outputs) as well as Y-type couplers (1 input and 2 output / 2 inputs and 1 output). Such couplers are available in both symmetrical and asymmetrical versions. However, market needs determine the necessity to manufacture couplers with a greater number of channels. Depending on the needs, the coupler can have any number of inputs and outputs, the production possibilities of such couplers are generally limited. In the particular case when the coupler has fewer inputs than outputs (in particular, one input and N outputs), it becomes a power divider. When there are N inputs and one output, an optical signal adder is created.

Do pełnego rozwoju nowoczesnych sieci dostępowych, zwłaszcza tych określanych mianem sieci typu FTTx (ang. Fibre To The x, np. FTTH - Fibre To The Home), niezbędne są odpowiednio zintegrowane dzielniki i sumatory mocy.For the full development of modern access networks, especially those referred to as FTTx networks (Fiber To The x, eg FTTH - Fiber To The Home), properly integrated power dividers and adders are necessary.

Sieci FTTx są najczęściej budowane w technologii PON ang. Passive Optical Network). Są to sieci typu punkt-wielopunkt, czyli realizowane w logicznej topologii gwiazdy. Topologie fizyczne zależą głównie od rozmieszczenia abonentów: w przypadku zabudowy jednorodzinnej możliwą topologią jest magistrala, w przypadku zabudowy wielorodzinnej najczęstszym rozwiązaniem jest topologia drzewa. W każdym przypadku centralnym punktem sieci są sprzęgacze optyczne, rozdzielające sygnał z urządzenia dystrybucyjnego, tzw. OLT (ang. Optical Line Termination) do urządzeń zakańczających sieć optyczną u odbiorców, tzw. ONT (ang. OpticalNetwork Termination).FTTx networks are most often built in PON technology (Passive Optical Network). They are point-to-multipoint networks, i.e. they are implemented in a logical star topology. The physical topologies depend mainly on the distribution of subscribers: in the case of single-family housing, the possible topology is a bus, in the case of multi-family housing, the most common solution is a tree topology. In each case, the central point of the network are optical couplers that separate the signal from the distribution device, the so-called OLT (Optical Line Termination) for devices terminating the optical network at recipients, the so-called ONT (OpticalNetwork Termination).

Komercyjnie dostępne elementy zapewniające sprzęganie sygnału wykorzystywane obecnie w telekomunikacji wytwarzane są głównie z wykorzystaniem dwóch technologii: zgrzewania światłowodów (ang. FBT - Fused Biconical Tapering) oraz technologii planarnej (ang. PLO - Planar Lightwave Circuit). W przypadku topologii magistrali, stosowane sprzęgacze optyczne są zwykle wykonywane w technologii FBT. W przypadku topologii drzewa, gdy wymagana jest duża liczba portów wyjściowych, stosowane są praktycznie wyłącznie sprzęgacze wykonane w technologii PLC.Commercially available signal coupling components currently used in telecommunications are mainly manufactured with the use of two technologies: Fused Biconical Tapering (FBT) and Planar Lightwave Circuit (PLO) technology. In the case of bus topology, the optical couplers used are usually made in FBT technology. In the case of tree topology, when a large number of output ports is required, practically only PLC couplers are used.

Sprzęgacze FBT powstają poprzez zbliżenie do siebie dwóch światłowodów a następnie ich wzajemne zgrzanie i przewężenie do powstania pojedynczego falowodu. Taka konstrukcja powoduje, że w przypadku odpowiednio zbliżonych rdzeni nie można już ich traktować jako oddzielnych kanałów telekomunikacyjnych. Sygnał wchodzący do jednego ramienia sprzęgacza przechodzi do obszaru przewężenia, gdzie zazwyczaj poprzez znaczące obniżenie wymiarów światłowodów, rdzeń może tracić możliwość prowadzenia światła i światło prowadzone jest w całym szkle, a rolę płaszcza przejmuje powietrze. Podczas rozszerzania się przewężonych światłowodów, rdzenie, których średnice również się zwiększają, zaczynają z powrotem prowadzić światło. W takim układzie równania Maxwella rozwiązuje się dla całej struktury, występują tzw. supermody propagujące się jednocześnie w części lub we wszystkich rdzeniach. W zależności od konfiguracji, propagację światła w takiej strukturze można wykorzystać do konstrukcji sumatora lub dzielnika moc y.FBT couplers are made by bringing two optical fibers together and then welding them together and narrowing them to form a single waveguide. Such a structure means that in the case of suitably similar cores, they can no longer be treated as separate telecommunications channels. The signal entering one arm of the coupler goes to the narrowing area, where usually, by significantly reducing the dimensions of the optical fibers, the core may lose the ability to guide light and the light is guided throughout the glass, and the role of the cladding is taken over by air. As the narrowed optical fibers expand, the cores, which also increase in diameter, begin to guide the light back. In such a system, Maxwell's equations are solved for the entire structure, there are so-called supermodes propagating simultaneously in some or all cores. Depending on the configuration, the propagation of light in such a structure can be used to construct an adder or a power divider.

Proces wytwarzania sprzęgaczy poprzez zgrzewanie, na którym bazuje technologia FBT, jest dobrze znany m.in. z patentu US 4550974 A, w którym zostały opisane wspomniane sprzęgacze oraz metody ich wytwarzania. Przedstawiony sprzęgacz jest sprzęgaczem symetrycznym typu 2x2, aczkolwiek sprzęgacze asymetryczne, tj. z nierównym podziałem mocy, są również możliwe do wytworzenia. Może on pracować w konfiguracji dzielnika mocy 1x2, jeżeli wykorzystywan y jest tylko jeden z portów wejściowych. Charakteryzuje się dużą odpornością na zmienne warunki występujące w sieciach zewnętrznych, niskim tłumieniem wtrąceniowym oraz małymi odbiciami wstecznymi. Wadą tego typu sprzęgaczy jest to, że maksymalna liczba portów wyjściowych to cztery, ponieważ przy większej liczbie portów trudno uzyskać jest równy podział mocy.The process of manufacturing couplers by welding, on which the FBT technology is based, is well known, among others from US Patent 4,550,974 A, in which said couplers and methods for their production are described. The shown coupler is a symmetrical 2x2 coupler, although asymmetric couplers, i.e. with unequal power split, are also possible to produce. It can work in a 1x2 power divider configuration if only one of the input ports is used. It is characterized by high resistance to changing conditions occurring in external networks, low insertion loss and low reflection. The disadvantage of this type of coupler is that the maximum number of output ports is four, because with more ports it is difficult to obtain equal power distribution.

PL 234 839 B1PL 234 839 B1

Technologia planarna PLC, w odróżnieniu od FBT, pozwala na wykonywanie sprzęgaczy większej liczbie portów wyjściowych (od 4 aż do 128), gwarantując przy tym małe wymiary samego produktu oraz wysoką stabilność pracy w pełnym zakresie pasma od 1260-1650 nm.The planar PLC technology, unlike the FBT, allows for the production of couplers with a greater number of output ports (from 4 to 128), while guaranteeing small dimensions of the product itself and high stability of operation in the full range of the band from 1260-1650 nm.

Wykorzystują one m.in. elementy optyki zintegrowanej. Urządzenia o takiej konstrukcji charakteryzują się relatywnie dużymi stratami, wynikającymi z konieczności transformacji modowej oraz strat wewnętrznych, co skutkuje tym, że wspomniane straty sięgają kilku dB. Dodatkowo, technologia montażu i łączenia elementów optyki zintegrowanej i światłowodów włóknistych wymaga zaawansowanych, kosztownych metod. Konstrukcja sprzęgaczy PLC oraz sposób ich wytwarzania są znane m.in. z patentu US 5745619 A oraz zgłoszenia US 20030091289 A1.They use, among others elements of integrated optics. Devices with such a structure are characterized by relatively high losses resulting from the necessity of the mode transformation and internal losses, which results in the fact that the mentioned losses reach several dB. Additionally, the technology of assembling and connecting the elements of integrated optics and optical fibers requires advanced, costly methods. The design of PLC couplers and the method of their production are known, among others from US patent 5745619 A and US application 20030091289 A1.

Znane są także konstrukcje sprzęgaczy wykorzystujących światłowody wielordzeniowe, przykładowo z dokumentu JPH04219707. W dokumencie tym wytwarza się wpierw preformę, w której światłowody umieszczone są w matrycy ze szkła o obniżonym współczynniku załamania a następnie z tej preformy powstaje światłowód wielordzeniowy, który dalej modyfikuje się w procesie przewężenia tak, żeby doszło do sprzężenia między rdzeniami.Designs of couplers using multi-core optical fibers are also known, for example from the document JPH04219707. This document first produces a preform in which the optical fibers are placed in a matrix of glass with a reduced refractive index, and then a multicore optical fiber is formed from this preform, which is further modified in the contraction process so that the cores are coupled.

Znane są też sprzęgacze światłowodowe, realizujące funkcję elementu typu fan-in/fan-out, tj. doprowadzające niezależne sygnały do poszczególnych rdzeni światłowodu wielordzeniowego. Rozwiązanie tego typu jest ujawnione m.in. w zgłoszeniu WO2012177808.There are also optical fiber couplers that perform the function of a fan-in / fan-out element, i.e. supplying independent signals to individual cores of a multi-core fiber. A solution of this type is disclosed, among others in the application WO2012177808.

Przewężanie światłowodów wielordzeniowych zostało ujawnione m.in. w dokumencie JPH05299733, gdzie sam światłowód wielordzeniowy, którego rdzenie domieszkowane są domieszkami ziem rzadkich służy do poprawy efektywności wzmocnienia w światłowodach wielordzeniowych, a przewężenie stosuje się w celu zapobiegnięcia niepożądanych odbiciom wstecznym.Narrowing of multi-core optical fibers has been revealed, among others in JPH05299733, where the multicore fiber itself, the cores of which are doped with rare earths, serves to improve the gain efficiency in the multicore fibers, and the neck is used to prevent unwanted back reflection.

Przedstawione parametry obecnie wykorzystywanych sprzęgaczy optycznych są poważną przeszkodą w upowszechnieniu sieci dostępowych, zwłaszcza tych określanych mianem sieci typu FTTx zapewniających wykorzystanie światłowodu na wszystkich etapach transmisji. Dlatego celem wynalazku, jakim jest w pełni światłowodowy sprzęgacz wykorzystujący mikrostrukturalne światłowody wielordzeniowe, w szczególności mający zastosowanie jako sumator i dzielnik mocy, było opracowanie urządzenia, które będzie elementem umożliwiającym optymalny sposób dystrybuowania mocy na dowolną liczbę kanałów. Przy czym, technologia wykonania będąca istotą patentu zakłada wykonanie sprzęgacza na światłowodach włóknistych, co jest znacznie korzystniejsze niż technologia planarna, która jest trudna do zintegrowania z systemami telekomunikacyjnymi opartymi na światłowodach włóknistych. Urządzenie według wynalazku dzięki zastosowanej technologii wytwarzania zapewnia wymagany podział mocy przy zachowaniu niskich strat. Obydwa kryteria, uzyskanie konkretnego podziału mocy i niskie straty przy jej podziale, są kluczowe ze względu na możliwość powszechnego zastosowania. Opracowywany w pełni światłowodowy sprzęgacz daje możliwość obniżenia strat mocy optycznej przy jej podziale nawet poniżej 0,5 dB, teoretyczne straty mogą być równe zeru. Dodatkowo możliwe jest stosowanie opisywanych urządzeń w szerokim zakresie temperatur. Istotną zaletą wynalazku jest możliwość pracy urządzenia w dowolnej konfiguracji, tj. zarówno dzielnika jak i sumatora mocy a także sprzęgacza MxN. Dodatkowo możliwość oddziaływania na dzielnik/sumator/sprzęgacz stwarza możliwość do wykorzystania urządzenia jako przełącznik optyczny.The presented parameters of the currently used optical couplers are a serious obstacle in the popularization of access networks, especially those referred to as FTTx networks, which ensure the use of optical fibers at all transmission stages. Therefore, the object of the invention, which is a fully optical fiber coupler using microstructured multicore optical fibers, in particular for use as a combiner and power divider, was to develop a device that would be an element enabling an optimal method of power distribution to any number of channels. At the same time, the manufacturing technology that is the essence of the patent assumes that the coupler is made on optical fibers, which is much more advantageous than the planar technology, which is difficult to integrate with telecommunications systems based on optical fibers. The device according to the invention, thanks to the production technology used, ensures the required power distribution while maintaining low losses. Both criteria, obtaining a specific power division and low power losses during its division, are crucial due to the possibility of common application. The fully developed fiber optic coupler makes it possible to reduce optical power losses with its division even below 0.5 dB, theoretical losses may be equal to zero. Additionally, it is possible to use the described devices in a wide temperature range. A significant advantage of the invention is the ability to operate the device in any configuration, i.e. both the power divider and adder, and the MxN coupler. Additionally, the possibility of influencing the divider / adder / coupler makes it possible to use the device as an optical switch.

Wraz z wynalezieniem światłowodów fotonicznych, zwanych także mikrostrukturalnymi, znacznie poszerzyły się możliwości kształtowania modów w światłowodach. Dzięki możliwości różnicowania geometrii, która w przypadku światłowodów mikrostrukturalnych oznacza manipulowanie aranżacją i właściwościami otworów występujących w strukturze, można uzyskać właściwości włókna niemożliwe do osiągnięcia z użyciem konwencjonalnych światłowodów. Są to np. jednomodowość w bardzo szerokim zakresie spektralnym, wysoka dwójłomność, zwiększona czułość na ciśnienie, rozciąganie i wiele innych. Stopień wpływu otworów powietrznych na charakterystykę modów może nie ujawniać się w propagacji światła bez oddziaływania czynników zewnętrznych, natomiast może znacząco poprawiać pracę włókna przy występowaniu dodatkowych, zewnętrznych czynników. Przykładem takiego zastosowania otworów są np. włókna nieczułe na zgięcia, w których światłowód posiada rdzeń otoczony otworami powietrznymi. Taki światłowód zaprezentowany jest m.in. w artykule „Low Bending Loss Single-Mode Hole-Assisted Fiber autorstwa Toshiki Taru i innych, opublikowany w SEI Technical Review 75 (2012). Zalety tego typu włókna ujawniają się przy zgięciu - w przypadku światłowodu, którego rdzeń nie jest otoczony otworami, przy zgięciu występują znaczące straty. W przypadku izolacji poprzez otwory powietrzne, możliwość „wypływania modu” i wypromieniowania mocy modu do płaszcza jest praktycznie niemożliwa dzięki występowaniu dużego skoku współczynnika załamania w strukturze (współczynnik załamania dla obszaru otworów przyjmuje się jako współczynnik załamaWith the invention of photonic optical fibers, also known as microstructural optical fibers, the possibilities of modifying optical fibers have significantly expanded. Due to the possibility of varying the geometry, which in the case of microstructural fibers means manipulating the arrangement and properties of openings in the structure, it is possible to obtain fiber properties impossible to achieve with conventional optical fibers. These are, for example, single-mode in a very wide spectral range, high birefringence, increased sensitivity to pressure, stretching and many others. The degree of influence of air holes on the characteristics of modes may not be revealed in the propagation of light without the influence of external factors, but it can significantly improve the work of the fiber with the presence of additional external factors. An example of such an application of holes are e.g. bend insensitive fibers in which the optical fiber has a core surrounded by air holes. Such optical fiber is presented, among others in the article “Low Bending Loss Single-Mode Hole-Assisted Fiber by Toshiki Taru et al, published in SEI Technical Review 75 (2012). The advantages of this type of fiber are revealed when bent - in the case of an optical fiber, the core of which is not surrounded by holes, significant losses occur at bending. In the case of insulation through air holes, the possibility of "mode flow" and radiating the power of the mode into the mantle is practically impossible due to the occurrence of a large jump in the refractive index in the structure (the refractive index for the area of openings is taken as the refractive index

PL 234 839 B1 nia powietrza, chociaż oczywiście otwory mogą zostać wypełnione różnego rodzaju substancjami). Tym samym, obecność otworów nie wpływa znacząco na takie właściwości jak dyspersja czy tłumienie, bo znajdują się one relatywnie daleko od rdzenia, ale może wpływać na charakter propagacji przy czynnikach zewnętrznych.(Although of course the holes can be filled with all sorts of substances). Thus, the presence of holes does not significantly affect such properties as dispersion or damping, because they are located relatively far from the core, but it can affect the nature of propagation due to external factors.

Otwory powietrzne w światłowodach mikrostrukturalnych, bez ich aktywnego uczestniczenia w propagacji (tak jak to się dzieje np. w światłowodach LMA-8), są także wykorzystywane w konstrukcji światłowodów wielordzeniowych. Dzięki zapewnieniu otoczenia rdzeni przez otwory powietrzne, praktycznie do zera ograniczone jest przenikanie mocy między poszczególnymi rdzeniami - nie występują tzw. przesłuchy. Przy czym, otwory mogą powodować izolację rdzeni, co oznacza, że propagacja mocy w każdym rdzeniu jest praktycznie niezależna. Rdzenie mogą być również otoczone otworami tak, że modów nie da się przydzielić do poszczególnych rdzeni - w nomenklaturze mówi się, że rdzenie są „sprzężone” a w strukturze propagują się supermody. To, czy mamy do czynienia z izolowanymi czy sprzężonymi rdzeniami, zależy od parametrów materiałowych i geometrycznych struktury. W większości przypadków zmniejszanie otworów i zbliżanie rdzeni sprzyja propagacji supermodów i tym samym sprzęgania się mocy między rdzeniami.Air holes in microstructural optical fibers, without their active participation in propagation (as is the case, for example, in LMA-8 optical fibers), are also used in the construction of multi-core optical fibers. Due to the fact that the cores are surrounded by air holes, the power transmission between the individual cores is practically limited to zero - there are no so-called crosstalk. The holes can insulate the cores, which means that the propagation of power in each core is practically independent. Cores can also be surrounded by holes so that modes cannot be allocated to individual cores - the nomenclature says that cores are "coupled" and supermods propagate in the structure. Whether we are dealing with insulated or coupled cores depends on the material and geometric parameters of the structure. In most cases, shrinking the holes and bringing the cores closer favors the propagation of supermods and thus the coupling of power between the cores.

Na szerokie zastosowanie światłowodów mikrostrukturalnych wpływa także możliwość skorzystania z ich właściwości poprzez modyfikację parametrów np.: zasklepianie otworów, przewężanie włókien, wypełnianie otworów. W ten sposób możliwa jest zmiana warunków propagacji po wytworzeniu światłowodu.The wide application of microstructural optical fibers is also influenced by the possibility of using their properties by modifying parameters, e.g. sealing holes, narrowing fibers, filling holes. In this way, it is possible to change the propagation conditions after the manufacture of the optical fiber.

O ile technologia zasklepiania otworów jest znana, to nie jest znane kontrolowane wykorzystanie tego zjawiska do realizacji sprzęgania mocy optycznej między rdzeniami światłowodu wielordzeniowego.As far as the hole sealing technology is known, it is not known to use this phenomenon in a controlled manner to perform optical power coupling between the cores of a multi-core optical fiber.

Przykładowo, z patentu US 6631234 B1 znana jest możliwość przetwarzania włókien z użyciem podgrzewania i przewężania ukierunkowanego na możliwość uzyskania sprzęgaczy opartych na światłowodach fotonicznych. Sprzęgacz konstruowany jest z użyciem co najmniej dwóch światłowodów fotonicznych. Rozpatrywane są światłowody fotoniczne jednordzeniowe. Zjawisko zasklepiania się rdzeni wskazywane jest jako takie, które „osłabia lub niszczy różnicę współczynników załamania między płaszczem a rdzeniem”. Ponadto, kontrolowanie zróżnicowania rozmiaru otworów powietrznych i zmiana średnicy światłowodu może być wykorzystane do modyfikacji dwójłomności światłowodu.For example, the patent US 6631234 B1 discloses the possibility of processing the fibers by means of heating and thrusting towards the possibility of obtaining couplers based on photonic optical fibers. The coupler is constructed using at least two photonic optical fibers. Single-core photonic optical fibers are considered. The phenomenon of clogging of the cores is indicated as such that "weakens or destroys the difference in refractive index between the cladding and the core". In addition, controlling the variation in the size of the air holes and changing the diameter of the fiber can be used to modify the birefringence of the fiber.

Zasklepianie otworów w światłowodach fotonicznych jest wykorzystane także do spawania światłowodów mikrostrukturalnych. Zjawisko zasklepiania się otworów jest postrzegane jako problem, ponieważ powoduje straty na spawie. Zjawisko to można wykorzystać (np. gradientowe zasklepianie otworów) albo zniwelować. W większości jednak rozważana jest technologia spawania na jednordzeniowych światłowodach fotonicznych.Closing the holes in photonic optical fibers is also used for welding microstructural optical fibers. The phenomenon of hole plugging is seen as a problem as it causes losses on the weld. This phenomenon can be used (e.g. gradient hole sealing) or eliminated. However, most of the considered technology is welding on single-core photonic optical fibers.

Przykładowo, w zgłoszeniu patentowym US 20080037939 A1 wynalazcy patentują proces przewężenia jednordzeniowych włókien fotonicznych, w którym wykorzystują gradientowe zasklepianie otworów w celu zmniejszenia strat na połączeniu (spawie).For example, in the patent application US 20080037939 A1, the inventors patent a process of narrowing single-core photonic fibers, in which they use gradient plugging of holes to reduce losses at the connection (weld).

Z kolei w zgłoszeniu patentowym US 20060067632 A1 zaprezentowany jest sposób spawania jednordzeniowych włókien fotonicznych charakteryzujących się małym rdzeniem, w którym sposób wykonania spawu jest zorientowany na jak najmniejsze zapadanie otworów w celu uzyskania jak najmniejszych strat.In turn, in the patent application US 20060067632 A1, a method of welding single-core photonic fibers characterized by a small core is presented, in which the method of making the weld is oriented towards the smallest possible collapse of holes in order to obtain the lowest losses.

Sposób spawania jednordzeniowych włókien fotonicznych znany jest także z patentu US 7609928 B2, w którym zapadnięcie otworów jest wskazane jednoznacznie jako przyczyna strat.The method of welding single-core photonic fibers is also known from the patent US 7,609,928 B2, in which the collapse of the holes is clearly indicated as the cause of the losses.

Wykorzystanie zapadania się otworów w trakcie przetwarzania (spawania, przewężania itp.) mikrostrukturalnych światłowodów wielordzeniowych może być wykorzystane jako zjawisko pożądane w przypadku konstrukcji różnego typu czujników.The use of holes collapsing during the processing (welding, necking, etc.) of microstructural multicore optical fibers can be used as a desirable phenomenon in the case of various types of sensors.

Przykładowo, w zgłoszeniu patentowym US 20090052852 A1 zaprezentowane jest zasklepienie otworów na przewężeniach jednordzeniowych światłowodów mikrostrukturalnych. W wynalazku tym dąży się do całkowitego zapadnięcia otworów, dzięki czemu mody (prowadzone w rdzeniu i płaszczu) mogą ze sobą interferować. W ten sposób tworzony jest osobliwy interferometr Macha-Zehndera.For example, in the patent application US 20090052852 A1, the sealing of openings in the narrowings of single-core microstructural optical fibers is presented. The invention aims to completely collapse the openings so that the modes (conducted in the core and in the shell) can interfere with each other. This creates a peculiar Mach-Zehnder interferometer.

Analogiczne rozwiązanie, w którym rejony spawów gdzie otwory są zasklepione, a mody płaszczowe oraz mod prowadzony w rdzeniu są dwoma ramionami (promieniami) inte rferometru znane jest z patentu EP 1939659 B1.An analogous solution in which the areas of the welds where the openings are sealed and the sheath modes and the mode guided in the core are two arms (rays) of the interferometer is known from patent EP 1939659 B1.

Przesłanki do wykorzystania światłowodów wielordzeniowych do realizacji podziału mocy znane są min. z artykułów „Coupling Characteristics of Multicore Photonic Crystal Fiber-Based 1x4 Power Splitters” autorstwa S. K. Varshney, K. Saitoh, R. K. Sinha i M. Koshiba (Journal of Lightwave TechnoPL 234 839 B1 logy, Vol. 27, 2009) oraz „Photonic Crystal Fiber Based 1xN Intensity and Wavelength Splitters/Couplers” autorstwa D. Elbaz, D. Malka i Z. Zalevsky (Electromagnetics 32, 2012).The prerequisites for the use of multi-core optical fibers for the implementation of power distribution are known among others. from the articles "Coupling Characteristics of Multicore Photonic Crystal Fiber-Based 1x4 Power Splitters" by SK Varshney, K. Saitoh, RK Sinha and M. Koshiba (Journal of Lightwave TechnoPL 234 839 B1 logy, Vol. 27, 2009) and "Photonic Crystal Fiber Based 1xN Intensity and Wavelength Splitters / Couplers ”by D. Elbaz, D. Malek and Z. Zalevsky (Electromagnetics 32, 2012).

W pierwszym z artykułów przedstawione są teoretyczne rozważania w kontekście podziału mocy z rdzenia centralnego na cztery sąsiednie rdzenie w mikrostrukturalnym światłowodzie wielordzeniowym. Przy czym zaproponowana koncepcja dotyczy światłowodu wielordzeniowego, w którym otwory powietrzne aktywnie uczestniczą w mechanizmie propagacji, a nie jedynie zapewniają izolację rdzeni od siebie. Ze względu na geometrie zaproponowanej struktury moc będzie się sprzęgać inaczej do rdzeni znajdujących się w osi poziomej niż do rdzeni znajdujących się w osi pionowej, dlatego wprowadzone są dodatkowe małe otwory przy rdzeniach, aby moc sprzęgała się symetrycznie. Przedstawiona koncepcja zakłada spawanie zaproponowanego światłowodu wielordzeniowego do światłowodu jednordzeniowego, przy czym występowanie zjawiska zasklepiania otworów nie jest w ogóle poruszane przez autorów. Zastosowanie zasklepienia otworów w powyższych przypadkach nie jest - uzasadnione, ze względu na aktywny udział otworów w prowadzeniu światła. Zasklepienie otworów spowodowałoby, że sygnał nie będzie dalej prowadzony w kontrolowany sposób. Propozycja podziału mocy z wykorzystaniem tego wynalazku jest opatrzona przez autorów komentarzem o występowaniu silnej zależności proporcji podziału mocy od polaryzacji.The first article presents theoretical considerations in the context of the division of power from the central core into four adjacent cores in a microstructured multicore optical fiber. The proposed concept concerns a multi-core optical fiber in which air holes actively participate in the propagation mechanism, and not only provide insulation of the cores from each other. Due to the geometry of the proposed structure, the power will engage differently to the cores on the horizontal axis than to the cores on the vertical axis, therefore additional small holes are introduced at the cores so that the power engages symmetrically. The presented concept assumes welding the proposed multicore optical fiber to a single-core optical fiber, while the occurrence of the phenomenon of hole sealing is not discussed by the authors at all. The application of sealing of openings in the above cases is not justified due to the active participation of openings in the light guide. Plugging the holes would prevent the signal from being guided further in a controlled manner. The proposition of power distribution using this invention is commented on by the authors about the existence of a strong dependence of the power distribution proportion to the polarization.

W drugim z artykułów mamy do czynienia z teoretycznymi rozważaniami dotyczącymi wykorzystania specjalnie zaprojektowanej struktury wielordzeniowego światłowodu mikrostrukturalnego, dzięki której przewidywane jest, że mody z jednego rdzenia będą się po jakiejś odległości sprzęgać do innych rdzeni. Przedstawione rozwiązanie nie wykorzystuje zasklepiania otworów i możliwość wykorzystania/zniwelowania tego zjawiska nie jest dyskutowana. Rdzenie w prezentowanym projekcie nie są izolowane, a ich sprzęganie jest celowe.The second paper deals with theoretical considerations concerning the use of a specially designed multi-core microstructural optical fiber structure, thanks to which it is predicted that the modes from one core will couple to other cores after some distance. The presented solution does not use hole sealing and the possibility of using / eliminating this phenomenon is not discussed. The cores in the presented design are not insulated and their coupling is deliberate.

Światłowodowy sprzęgacz według wynalazku umożliwia efektywne sprzęganie mocy optycznej dzięki zastosowaniu kontrolowanego zasklepiania na odcinku przynajmniej 300 μm otworów w strukturze światłowodu wielordzeniowego. Jako podstawowe medium wykorzystywany jest światłowód wielordzeniowy o rdzeniach izolowanych osiowymi otworami. Dzięki otworom jest ponadto możliwe teoretycznie bezstratne wprowadzenie i wyprowadzenie światła do sprzęgacza.The fiber optic coupler according to the invention enables efficient optical power coupling thanks to the controlled sealing of holes in the structure of the multi-core optical fiber over a distance of at least 300 μm. The primary medium is a multi-core optical fiber with cores insulated with axial holes. The openings also enable theoretically lossless insertion and output of light into the coupler.

Światłowodowy sprzęgacz według wynalazku w podstawowej konfiguracji, zawiera światłowód wielordzeniowy połączony z jednej strony z jednordzeniowym światłowodem wejściowym, korzystnie standardowym jednomodowym, a z drugiej jednordzeniowym światłowodem wyjściowym, korzystnie standardowym jednomodowym, dołączonym do innego rdzenia światłowodu wielordzeniowego. Światłowód wielordzeniowy stanowi mikrostrukturalny światłowód wielordzeniowy a jego rdzenie są izolowane osiowymi otworami. Otwory te są zasklepione w całości lub w części na odcinku przynajmniej 300 μm, dzięki czemu uzyskuje się sprzężenie rdzeni. Otwory światłowodu mikrostrukturalnego mogą być wypełnione powietrzem. Korzystnie ich zasklepienie jest całkowite. Również korzystnie wykorzystuje się światłowód mikrostrukturalny mający w warunkach braku zasklepienia otworów izolację rdzeni mniejszą lub równą -10 dB.The optical fiber coupler according to the invention in a basic configuration comprises a multi-core optical fiber connected on one side to a single-core input optical fiber, preferably a standard single-mode optical fiber, and on the other side to a single-core output optical fiber, preferably a standard single-mode optical fiber, connected to another core of a multi-core optical fiber. The multicore optical fiber is a microstructured multi-core optical fiber and its cores are insulated with axial holes. These openings are plugged in whole or in part over a distance of at least 300 µm, whereby the cores are coupled. The openings of the microstructural optical fiber may be filled with air. Preferably their sealing is complete. Also preferably a microstructured optical fiber is used having a core insulation of less than or equal to -10 dB in the non-opening condition.

Korzystnie sprzęgacz ma przynajmniej dwa jednordzeniowe światłowody wejściowe i dwa jednordzeniowe światłowody wejściowe.Preferably, the coupler has at least two single-core input optical fibers and two single-core input optical fibers.

Alternatywnie sprzęgacz ma jeden jednordzeniowy światłowód wejściowy i siedem jednordzeniowych światłowodów wyjściowych, zaś mikrostrukturalny światłowód wielordzeniowy ma siedem rdzeni. Alternatywnie sprzęgacz ma siedem jednordzeniowych światłowodów wejściowych i siedem jednordzeniowych światłowodów wyjściowych lub dwa jednordzeniowe światłowody wejściowe i siedem jednordzeniowych światłowodów wyjściowych albo dwa jednordzeniowe światłowody wejściowe i dwa jednordzeniowe światłowody wyjściowe. Światłowody wejściowe i światłowody wyjściowe można umieścić w kapilarze. Korzystnie są dopasowane do rdzeni mikrostrukturalnego światłowodu wielordzeniowego przez przewężenie lub przetrawienie.Alternatively, the coupler has one single-core input optical fiber and seven single-core output optical fibers, and the microstructured multicore optical fiber has seven cores. Alternatively, the coupler has seven single-core input fibers and seven single-core output fibers, or two single-core input fibers and seven single-core output fibers, or two single-core input fibers and two single-core output fibers. The input and output fibers can be placed in the capillary. They are preferably matched to the cores of the microstructured multicore optical fiber by means of a constriction or etching.

Odcinek na którym otwory są zasklepione korzystnie może być przewężony, w zakresie od 0 do 95% wymiarów poprzecznych włókna. Przez zasklepienie bez przewężenia rozumie się tutaj taką sytuację, w której zasklepiane są otwory, natomiast nie jest przykładana żadna dodatkowa siła w celu przewężenia światłowodu (wymiary zewnętrzne światłowodu zmniejszą się w wyniku zasklepienia otworów, natomiast nie zmniejszą się wymiary rdzeni - inaczej przy przewężeniu, gdzie wymiary rdzeni będą się zmniejszać).The section over which the openings are plugged may advantageously be constricted, ranging from 0 to 95% of the transverse dimensions of the fiber. By sealing without a narrowing, we mean a situation in which the openings are sealed, but no additional force is applied to narrow the optical fiber (the outer dimensions of the optical fiber will decrease as a result of sealing the openings, but the dimensions of the cores will not decrease - otherwise with a narrowing, where core dimensions will decrease).

Podział mocy odbywa się tak, że sygnał ze światłowodu pojedynczego przechodzi do jednego z rdzeni mikrostrukturalnego światłowodu wielordzeniowego, korzystnie środkowego i ze względu na izolację rdzeni, sygnał jest prowadzony tym rdzeniem, aż do miejsca przewężenia i/lub zasklepieniaThe power distribution is carried out in such a way that the signal from a single fiber goes to one of the cores of the microstructured multicore fiber, preferably the middle one, and due to the insulation of the cores, the signal is led through this core up to the point of narrowing and / or sealing

PL 234 839 B1 otworów mikrostrukturalnego światłowodu wielordzeniowego. W miejscu przewężenia i/lub zasklepienia otworów mikrostrukturalnego światłowodu wielordzeniowego izolacja rdzeni jest zmniejszona poprzez zwiększanie przesłuchu pomiędzy rdzeniami, realizowane poprzez dobór parametrów procesu przewężania i/lub zasklepiania otworów, który może zostać wykonany np. korzystnie na spawarce światłowodowej. Długość odcinków światłowodu wielordzeniowego poza strefami przewężenia właściwego i stref przejściowych i/lub zasklepienia otworów ma mniejszy wpływ na działanie sprzęgacza i efektywny podział mocy.The openings of the microstructured multicore optical fiber. At the point of the narrowing and / or sealing of the openings of the microstructured multicore optical fiber, the insulation of the cores is reduced by increasing the crosstalk between the cores, carried out by selecting the parameters of the narrowing process and / or sealing of the openings, which can be performed e.g. preferably on a fiber optic welder. The length of the sections of the multi-core optical fiber outside the zones of constriction and transition zones and / or the sealing of openings has a smaller impact on the operation of the coupler and the effective power distribution.

W obszarze zasklepionych otworów i/lub przewężonego włókna rdzenie nie są izolowane i występują tam supermody. Tym samym, dzięki zmniejszeniu izolacji rdzeni w wyniku zasklepienia otworów i/lub dzięki zbliżeniu rdzeni do siebie, które występuje dzięki przewężeniu, a rdzenie znajdujące się koło siebie są sprzężone (przesłuch pomiędzy rdzeniami wzrasta), następuje przejście od pracy w trybie rdzeni izolowanych do rdzeni sprzężonych.In the area of the capped holes and / or the constricted fibers, the cores are not insulated and supermodes are present there. Thus, by reducing the insulation of the cores as a result of sealing the holes and / or by bringing the cores closer to each other, which occurs due to the narrowing, and the cores located next to each other are coupled (the crosstalk between the cores increases), there is a transition from operating in the mode of insulated cores to cores conjugated.

Dzięki temu moc, która była prowadzona w jednym rdzeniu rozdziela się, korzystnie na wszystkie rdzenie. Przewężenie jest korzystnie dłuższe niż 300 μm i/lub otwory na tym odcinku są zasklepione, a od długości i stopnia przewężenia właściwego i/lub stopnia zasklepienia otworów, zależy stopień wymiany mocy; przy czym można znaleźć taką długość i stopień przewężenia/stopień zasklepie nia otworów, dla którego podział mocy na wszystkie rdzenie będzie korzystnie równy.As a result, the power that has been conducted in one core is preferably distributed over all cores. The constriction is preferably longer than 300 μm and / or the openings in this section are plugged, and the degree of power exchange depends on the length and degree of constriction and / or the degree of sealing of the openings; the length and degree of constriction / degree of plugging of the openings can be found for which the power split between all cores will preferably be equal.

Przy czym przez stopień przewężenia właściwego rozumiemy procentowe zmniejszenie się wymiarów poprzecznych włókna, przy czym korzystnie, gdy wymiary te zmniejszają się jednorodnie. Długość odcinka przewężonego dobierana jest korzystnie eksperymentalnie ze zorientowaniem na pożądany podział mocy.By the degree of specific contraction, we mean the percentage reduction in the transverse dimensions of the fiber, preferably these dimensions decrease uniformly. The length of the constriction is preferably selected experimentally with an orientation towards the desired power split.

W zależności od projektu mikrostrukturalnego światłowodu wielordzeniowego może zostać zrealizowany dowolny podział MxN. Dla osiągnięcia różnego rodzaju efektów nie jest konieczne całkowite zasklepienie rdzeni. Dodatkowo, zróżnicowany podział mocy na poszczególne rdzenie może być zrealizowany poprzez wprowadzenie oddziaływania zewnętrznego, którym może być: temperatura, naprężenia (rozciągnie, ściskanie, skręcanie, zginanie i inne), ciśnienie i inne. Bezpośredni wpływ na podział mocy w wyniku przewężania i/lub zasklepiania otworów ma także projekt włókna wielordzeniowego. Sprzężenie między rdzeniami a co za tym idzie podział sygnału (jego mocy i/lub długości fali) może być też zmieniany poprzez zmianę długości przewężenia (rozciąganie) i/lub naprężenia (ściskanie, zginanie, skręcanie) i/lub temperaturę, w szczególności poprzez nawinięcie włókna światłowodu na strukturę piezoelektryka albo poprzez mechaniczne urządzenie odkształcające włókno.Depending on the design of the microstructure of the multicore optical fiber, any MxN division can be realized. To achieve various types of effects, it is not necessary to completely seal the cores. Additionally, differentiated division of power into individual cores can be realized by introducing external influence, which can be: temperature, stresses (tension, compression, torsion, bending and others), pressure and others. The design of the multi-core fiber also has a direct effect on the power split by necking and / or plugging. The coupling between the cores and thus the division of the signal (its power and / or wavelength) can also be changed by changing the length of the contraction (stretching) and / or stress (compression, bending, torsion) and / or temperature, in particular by winding of the optical fiber onto the piezoelectric structure or through a mechanical device for deforming the fiber.

Na odcinku przejściowym przewężenia wymiary poprzeczne światłowodu (średnica płaszcza, rdzeni i otworów) są zmniejszone w taki sposób, że pomiędzy odcinkami przejściowymi znajduje się odcinek przewężenia właściwego o projektowanym stopniu przewężenia. Zmniejszanie się średnic otworów oraz zbliżenie się do siebie rdzeni oraz redukcja średnicy rdzeni powoduje zmianę w charakterze propagacji, tzw. zredukowanie izolacji rdzeni, co skutkuje możliwością przeniknięcia mocy z dowolnego rdzenia/rdzeni do pozostałych rdzeni dzięki powstaniu supermodów. W odcinku właściwym przewężenia otwory są całkowicie zasklepione lub ich średnice korzystnie pozostają stałe.In the transition section of the narrowing, the transverse dimensions of the optical fiber (diameter of the sheath, cores and holes) are reduced in such a way that between the transition sections there is a section of the actual narrowing with the designed degree of narrowing. Reducing the diameters of the holes and bringing the cores closer to each other and reducing the diameter of the cores cause a change in the nature of propagation, the so-called reduction of core insulation, resulting in the possibility of power leakage from any core / cores to the remaining cores due to the formation of supermods. In the actual section of the constrictions, the openings are completely closed or their diameters preferably remain constant.

W zależności od pożądanego podziału mocy, istnieje możliwość regulacji podziału poprzez dobór średnic zmniejszonych otworów oraz dobór długości odcinków przewężonych (przejściowych i właściwych) oraz stopnia przewężenia właściwego. Dla danego projektu włókna istnieje taka kombinacja parametrów, która umożliwia równy podział mocy. Utrwalenie podziału mocy uzyskanego w obszarze przewężenia wynika z faktu „zamrożenia” struktury modowej przy przejściu przez odcinek przejściowy do odcinka z izolowanymi rdzeniami. Niskie straty osiągane w wynalazku są rezultatem ciągłego pobudzania supermodów, które jest realizowane właśnie poprzez charakterystyczne dla wynalazku przewężenie na światłowodzie wielordzeniowym i/lub zasklepienie otworów. Zasklepienie otworów na spawie daje również urządzenie działające jako dzielnik, ale straty są zazwyczaj większe.Depending on the desired power division, it is possible to adjust the division by selecting the diameters of the reduced openings and the length of the narrowed sections (transition and proper) and the degree of the specific narrowing. For a given fiber design, there is a combination of parameters that allows an equal distribution of power. The consolidation of the power distribution obtained in the area of the throat results from the "freezing" of the mode structure when passing through the transition section to the section with insulated cores. The low losses achieved in the invention are the result of the continuous excitation of the supermods, which is realized precisely by the characteristic constriction of the multi-core optical fiber and / or the sealing of the holes. Sealing the holes on the weld also gives a device that acts as a divider, but the losses are usually greater.

Urządzenie według wynalazku może być również wykorzystane w następujący sposób. Gdy w światłowodzie wejściowym propagują się przykładowo dwie długości fali, dla każdej z nich istnieje inna droga, po której dana długość fali będzie znajdować się całkowicie w jednym z dwóch rdzeni światłowodu wielordzeniowego, w szczególności światłowodu dwurdzeniowego. Można zatem dobrać takie parametry przewężenia i/lub zasklepienia otworów, że będzie możliwe rozdzielenie dwóch długości fali, które propagowały się w światłowodzie wejściowym na osobne rdzenie światłowodu wielordzeniowego, a następnie na światłowody wyjściowe. Taka sama zasada działania rozdzielenia długości fali na poszczególne rdzenie może być zaaplikowana do większej liczby rdzeni niż podane w powyższym przykładzie dwa i dla większej ilości długości fali.The device according to the invention can also be used as follows. When, for example, two wavelengths propagate in the input fiber, there is a different path for each of them, along which the given wavelength will lie entirely in one of the two cores of a multi-core fiber, in particular a dual-core fiber. Thus, the narrowing and / or sealing parameters of the openings can be selected such that it will be possible to separate the two wavelengths that propagated in the input fiber into separate cores of a multi-core fiber, and then into output fibers. The same principle of wavelength separation into individual cores can be applied to more cores than the two given in the above example, and for a greater number of wavelengths.

PL 234 839 B1PL 234 839 B1

W szczególnych zastosowaniach, korzystnie gdy sygnał odbiera się tylko z jednego wyjścia. Sytuacją taką jest np. chęć odfiltrowania pewnych długości fali zamiast ich rozdzielenia. Zasada działania urządzenia nie ulega tu zmianie, zmienia się jedynie cel zastosowania elementu. W przypadku odfiltrowywania długości fali można skorzystać z jednego z kilku światłowodów na wyjściu, pozostawiając pozostałe jako niewykorzystane lub na wyjściu dospawać tylko jeden światłowód. Dospawanie jednego światłowodu na wyjściu jest korzystne z technologicznego punktu widzenia. Efektywne filtrowanie długości fali ze spektrum może być także zrealizowane poprzez połączone szeregowo przewężki o różnych parametrach przewężeniaIn particular applications, it is preferred that the signal is received from only one output. Such a situation is e.g. the desire to filter certain wavelengths instead of separating them. The principle of operation of the device does not change here, only the purpose of using the element changes. In the case of wavelength filtering, you can use one of several optical fibers at the output, leaving the others unused, or weld only one optical fiber at the output. Welding one optical fiber at the output is advantageous from a technological point of view. Effective filtering of the wavelength from the spectrum can also be achieved by gates connected in series with different constriction parameters

Korzystnie gdy włókno światłowodowe nawinięte lub zamontowane jest na element odkształcający włókno światłowodowe lub zmieniający jego temperaturę, w szczególności na strukturę piezoelektryka, albo mechanicznego urządzenia odkształcającego włókno światłowodowe, co pozwala zmieniać długość przewężenia, naprężenia na nim występujące powodując tym samym przełączanie sygnału pomiędzy rdzeniami, urządzenie działa tym samym w funkcji przełącznika optycznego.Preferably, when the optical fiber is wound or mounted on an element deforming the optical fiber or changing its temperature, in particular a piezoelectric structure, or a mechanical device deforming the optical fiber, which allows to change the length of the constriction, the stresses on it, thereby causing the signal switching between the cores, the device it therefore functions as an optical switch.

Możliwe jest takie dobranie parametrów przewężania, żeby na wyjściu otrzymywać kontrolowany % mocy w stosunku do mocy wejściowej - urządzenie działa wtedy w funkcji tłumika. Taki element może mieć zastosowanie m.in. we wnękach rezonansowych laserów do przestrajania dobroci wnęki rezonatora (realizacja elementu typu Q switch).It is possible to select the throat parameters so that the output receives a controlled% of power in relation to the input power - the device then operates as a suppressor. Such an element may apply, inter alia, to in the resonant cavities of the lasers to tune the goodness of the cavity of the resonator (implementation of the Q switch element).

Przedstawiona zasada działania sprzęgacza może zostać korzystnie odwrócona w następujący sposób. Wiązka sygnałów optycznych zostaje wprowadzona do światłowodów, które są dołączone do światłowodu wielordzeniowego z izolowanymi rdzeniami. Na obszarze nieprzewężonym propagacja nie zmienia charakteru w stosunku do propagacji w światłowodach wejściowych. W obszarze przewężenia i/lub zasklepienia otworów powietrznych mamy do czynienia z przejściem od propagacji w trybi e izolowanych rdzeni do pracy w trybie sprzężonych rdzeni. Powstają supermody, w wyniku czego następuje złączenie sygnałów biegnących wcześniej niezależnie. Do światłowodu wielordzeniowego dołączany jest co najmniej jeden światłowód jednordzeniowy. W światłowodzie/światłowodach wyjściowych propaguje się w ten sposób połączony sygnał z rdzeni wejściowych, z adekwatną stratą mocy. Jest to zatem konfiguracja „lustrzana” do konfiguracji dzielnika, zwana dalej sumatorem, nie wymagająca zmian konstrukcyjnych i/lub technologicznych w układzie, stosowana jest natomiast zamiana wejście-wyjście. Zastosowanie tego typu konfiguracji może być następujące. Gdy w każdym ze światłowodów składających się na światłowody wejściowe propaguje się inna długość fali, na wyjściu w światłowodzie/światłowodach wyjściowych otrzymujemy zmieszane sygnały, w jednym światłowodzie propaguje się sygnał o kilku długościach fali.The presented principle of the coupler operation can advantageously be reversed as follows. A beam of optical signals is introduced into optical fibers which are connected to a multi-core optical fiber with insulated cores. In the non-constricted area, the propagation does not change its character in relation to the propagation in the input fibers. In the area of narrowing and / or sealing of air holes, there is a transition from propagation in the mode of insulated cores to operation in the mode of coupled cores. Supermodes are created, as a result of which signals that previously ran independently are fused. At least one single-core optical fiber is attached to a multi-core optical fiber. In this way, the combined signal from the input cores propagates in the optical fiber / optical fibers, with an adequate power loss. Thus, it is a "mirror" configuration for the divider configuration, hereinafter referred to as the adder, which does not require structural and / or technological changes in the system, but the input-output conversion is used. This type of configuration may be used as follows. When a different wavelength propagates in each of the optical fibers that make up the input fibers, mixed signals are obtained at the output in the optical fiber / optical fibers, a signal of several wavelengths propagates in one optical fiber.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony szczegółowo w przykładach i rysunkach, które to jednak nie wyczerpują możliwych konfiguracji wynalazku wynikających z przedstawionej zasady działania.The subject matter of the invention is illustrated in detail in the examples and drawings, which, however, do not exhaust the possible configurations of the invention resulting from the presented principle of operation.

Fig. 1 przedstawia korzystny wariant wynalazku widok połączenia standardowego jednordzeniowego światłowodu wejściowego 1a, z widocznym przekrojem 1A-1A z mikrostrukturalnym światłowodem wielordzeniowym 2 na którym widoczne jest wykonane przewężenie, który to mikrostrukturalny światłowód wielordzeniowy 2 jest następnie przyłączany do wiązki jednordzeniowych światłowodów wyjściowych 1b z widocznym przekrojem 3A-3A - rysunek bez zachowania proporcji.Fig. 1 shows a preferred embodiment of the invention a connection view of a standard single-core input optical fiber 1a, showing the cross-section 1A-1A with a microstructured multicore optical fiber 2 showing the taper made, which microstructured multicore optical fiber 2 is then connected to the bundle of single-core output optical fibers 1b with visible view. section 3A-3A - drawing out of proportion.

Fig. 2 przedstawia zbliżenie na obszar przewężenia mikrostrukturalnego światłowodu wielordzeniowego, również bez zachowania proporcji, w którym przekrój A-A dotyczy nieprzewężonego mikrostrukturalnego światłowodu wielordzeniowego, przekrój B-B dotyczy przewężonego mikrostrukturalnego światłowodu wielordzeniowego z częściowo zasklepionymi otworami, przekrój C-C obrazuje przewężony mikrostrukturalny światłowód wielordzeniowy z całkowicie zasklepionymi otworami.Fig. 2 shows a close-up of the narrowing area of the microstructural multi-core optical fiber, also out of proportion, in which the cross-section AA refers to the non-constricted microstructured multi-core optical fiber, the cross-section BB refers to a narrowed microstructural multi-core optical fiber with partially sealed openings, the cross-section CC shows the narrowed microstructural multi-core optical fiber .

Fig. 3 przedstawia przewężkę na światłowodzie wielordzeniowym, gdzie odcinek a to obszar światłowodu nieprzewężonego o średnicy d1, odcinek b to obszar przejściowy zmniejszającej się/zwiększającej się średnicy przewężenia, odcinek c to obszar właściwy przewężenia scharakteryzowany przez średnicę d2.Fig. 3 shows a gate on a multi-core optical fiber, where the section a is the area of the non-constricted fiber with a diameter d1, the section b is the transition area of the narrowing / increasing diameter of the narrowing, section c is the specific area of the narrowing characterized by the diameter d2.

Fig. 4 przedstawia przekrój standardowego jednordzeniowego światłowodu z rdzeniem 4 o średnicy d3 i płaszczem 5 o średnicy d4.Fig. 4 shows a cross-section of a standard single-core optical fiber with a core 4 of a d3 diameter and a cladding 5 of a d4 diameter.

Fig. 5 przedstawia przykładowy mikrostrukturalny światłowód wielordzeniowy - siedmiordzeniowy bez przewężenia z rdzeniami 4 o średnicach d5, płaszczu 5 o średnicy d6 oraz otworach powietrznych 6 o średnicach d7, który może być wykorzystany do konstrukcji sprzęgacza według wynalazku.Fig. 5 shows an exemplary multi-core microstructured optical fiber - seven-core without throat, with 4 cores with d5 diameters, cladding 5 with d6 diameter and air holes 6 with d7 diameters, which can be used in the construction of the coupler according to the invention.

PL 234 839 B1PL 234 839 B1

Fig. 6 przedstawia mikrostrukturalny światłowód wielordzeniowy z częściowo zasklepionymi otworami 6 o średnicach d8, mający zmniejszone rdzenie 4 o średnicach d9 i zmniejszony płaszcz 5 o średnicy d10.Fig. 6 shows a microstructured multicore optical fiber with partially sealed holes 6 with diameters d8, having reduced cores 4 with diameters d9 and a reduced cladding 5 with diameter d10.

Fig. 7 przedstawia mikrostrukturalny światłowód wielordzeniowy z całkowicie zasklepionymi otworami, charakteryzujący się zmniejszonymi rdzeniami 4 o średnicach d11 oraz zmniejszonym płaszczem 5 o średnicy d12.Fig. 7 shows a microstructured multicore optical fiber with fully sealed holes, characterized by reduced cores 4 with diameters d11 and a reduced cladding 5 with diameter d12.

Fig. 8 przedstawia wiązkę standardowych jednomodowych światłowodów umieszczone w kapilarze 7, w którym widoczne są rdzenie 4 światłowodów jednomodowych o średnicach d13, płaszcze 5 światłowodów jednomodowych o średnicach d14, średnica wewnętrzna kapilary d15.1 oraz średnica zewnętrzna kapilary d15.2).Fig. 8 shows a bundle of standard single-mode optical fibers placed in a capillary 7, in which there are visible cores 4 of single-mode optical fibers with diameters d13, sheaths 5 of single-mode optical fibers with diameters d14, internal diameter of the capillary d15.1 and external diameter of the capillary d15.2).

Fig. 9 przedstawia korzystny wariant wynalazku pracującego w funkcji sprzęgacza światłowodowego typu NxN.Fig. 9 shows a preferred embodiment of the invention working as an NxN type fiber coupler.

Fig. 10 przedstawia korzystny wariant wynalazku z dwoma wejściami (wyjściami) i siedmioma wyjściami (wejściami), na którym w przekroju 4A-4A oznaczono pręciki szklane 8 będące wypełnieniem geometrycznym kapilary 7.Fig. 10 shows a preferred variant of the invention with two inputs (outputs) and seven outputs (inputs), in which the glass rods 8 are marked in cross-section 4A-4A, which constitute the geometric filling of the capillary 7.

Fig. 11 przedstawia przykładowy światłowód mikrostrukturalny dwurdzeniowy bez przewężenia z rdzeniami 4 o średnicach d5, płaszczu 5 o średnicy d6 oraz otworach powietrznych 6 o średnicach d7, który może być wykorzystany do konstrukcji wynalazku.Fig. 11 shows an exemplary double-core microstructured optical fiber without throat with cores 4 with diameters d5, cladding 5 with diameter d6 and air holes 6 with diameters d7, which can be used in the construction of the invention.

Fig. 12 przedstawia korzystny wariant wynalazku z dwoma jednordzeniowymi światłowodami wejściowymi 1a, i dwoma jednordzeniowymi światłowodami wyjściowymi 1b.Fig. 12 shows a preferred embodiment of the invention with two single-core input optical fibers 1a, and two single-core output optical fibers 1b.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Sprzęgacz według wynalazku zawiera światłowód wejściowy 1a, który jest następnie przyłączony do światłowodu 2 mającego postać mikrostrukturalnego światłowodu siedmiordzeniowego, który jest przyłączony do wiązki siedmiu światłowodów wyjściowych 3.The coupler according to the invention comprises an input optical fiber 1a, which is then connected to the optical fiber 2 in the form of a microstructured seven-core optical fiber, which is connected to a bundle of seven output optical fibers 3.

Sygnał propagowany w standardowym jednordzeniowym światłowodzie jednomodowym 1a, SMF-28e+ firmy Corning, jest przekazywany do środkowego rdzenia mikrostrukturalnego światłowodu wielordzeniowego 2.The signal propagated in the standard single-core 1a single-mode fiber, SMF-28e + from Corning, is transmitted to the middle core of the microstructural multi-core fiber 2.

Światłowód jednordzeniowy 1a jest połączony ze światłowodem wielordzeniowym 2 korzystnie poprzez spawanie, korzystnie z użyciem spawarki (korzystnie spawarki żarnikowej lub łukowej).The single-core optical fiber 1a is connected to the multi-core optical fiber 2 preferably by welding, preferably using a welding machine (preferably a filament or arc welder).

Sygnał po przejściu do światłowodu wielordzeniowego 2 propaguje się na odcinku (a) nadal środkowym rdzeniem aż do momentu przewężenia (b, c). Na odcinku (b) przewężenia o długości korzystnie nie krótszej niż 5 mm następuje zmniejszanie się wymiarów poprzecznych światłowodu: średnicy płaszcza 5, rdzeni 4 i otworów 6.The signal, after passing to the multi-core fiber 2, propagates along the section (a) still with the middle core until the narrowing (b, c). In the narrowing section (b) of a length preferably not shorter than 5 mm, the transverse dimensions of the optical fiber are reduced: the diameter of the sheath 5, cores 4 and openings 6.

Zmniejszanie się średnic otworów 6 powoduje zmianę w charakterze propagacji, tzw. zredukowanie izolacji rdzeni, co skutkuje możliwością przeniknięcia mocy z rdzenia środkowego do pozostałych rdzeni dzięki powstaniu supermodów. Tym samym, następuje przejście od propagacji w trybie rdzeni izolowanych do pracy w trybie rdzeni sprzężonych. Równy podział mocy na wszystkie rdzenie zostaje zrealizowany głównie na odcinku (c), w którym otwory są całkowicie zasklepione, ale także na odcinku (b), w którym średnice otworów maleją/rosną.. Długość odcinka (c) wynosi 5 mm. Po odcinku (c) mamy do czynienia ponownie ze strefą przejściową przewężenia (b). Moc w każdym rdzeniu propaguje się dalej niezależnie, dzięki występowaniu otworów 6. Na odcinku (a) po przejściu przez przewężenie jest zatem siedem rdzeni 4, w których propaguje się proporcjonalna ilość mocy. Dzięki występowaniu otworów powietrznych 6 sygnał z jednego rdzenia nie ma wpływu na propagację sygnału w innych rdzeniach, mamy zatem z powrotem do czynienia z propagacją w trybie izolowanych rdzeni. Światłowód wielordzeniowy, w którego siedmiu rdzeniach propaguje się sygnał jest dołączany do wiązki pojedynczych światłowodów jednomodowych 3, dowolną znaną metodą, korzystnie poprzez spawanie. Po przejściu przez wiązkę pojedynczych światłowodów 3, uzyskujemy siedem sygnałów w niezależnych światłowodach jednomodowych, które mogą być skierowane do poszczególnych odbiorców, a pochodziły z jednego jednomodowego jednordzeniowego światłowodu wejściowego 1a.Reducing the diameter of the holes 6 causes a change in the nature of propagation, the so-called reducing the insulation of the cores, which results in the possibility of power transfer from the central core to the other cores due to the formation of supermodes. Thereby, there is a transition from propagation in the isolated-core mode to operation in the conjugate mode. Equal power distribution to all the cores is achieved mainly in the section (c) where the holes are completely sealed, but also in the section (b) where the hole diameters decrease / increase. The length of the segment (c) is 5 mm. After the section (c), we deal again with the transition zone of the constriction (b). The power in each core continues to propagate independently due to the presence of the holes 6. On the passage (a) after passing the throat there are therefore seven cores 4 in which a proportional amount of power propagates. Due to the presence of air holes 6, the signal from one core has no influence on the propagation of the signal in the other cores, thus we are dealing again with propagation in the isolated core mode. The multi-core optical fiber, in which the signal propagates in seven cores, is connected to the single-mode single-mode optical fiber bundle 3 by any known method, preferably by welding. After passing through the bundle of single optical fibers 3, we obtain seven signals in independent single-mode optical fibers, which can be directed to individual recipients, and came from one single-mode single-core input optical fiber 1a.

Przewężone odcinki (b, c) posiadają wartości b = 5 mm i c = 5mm, stopień przewężenia światłowodu wielordzeniowego wynosi 20% (do 100 μm średnicy na odcinku (c), przy parametrach światłowodu wielordzeniowego:The narrowed sections (b, c) have the values b = 5 mm and c = 5 mm, the degree of narrowing of the multi-core optical fiber is 20% (up to 100 μm of diameter in the section (c), with the parameters of the multi-core optical fiber:

Średnica rdzenia d5 = 6,5 μmCore diameter d5 = 6.5 μm

Średnica płaszcza d6 = 125 μmSheath diameter d6 = 125 μm

Średnica otworów d7 = 5,8 μmHole diameter d7 = 5.8 μm

Stała sieci Λ = 8,2 μmNet constant Λ = 8.2 μm

PL 234 839 B1PL 234 839 B1

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

W korzystnym wariancie wykonania, którym sprzęgacz według wynalazku użyty jest do podziału mocy z dwóch światłowodów wejściowych 1a do wiązki 3 siedmiu jednordzeniowych światłowodów wyjściowych 1b. W przykładzie tym wykorzystywany jest mikrostrukturalny światłowód wielordzeniowy 2. Jednomodowe światłowody jednordzeniowe 1a, 1b to światłowody SMF-28e+ firmy Corning.In a preferred embodiment, the coupler according to the invention is used to divide the power from the two input optical fibers 1a to the bundle 3 of seven single-core output optical fibers 1b. This example uses a microstructured multicore optical fiber 2. The single-mode single-core optical fibers 1a, 1b are Corning SMF-28e + optical fibers.

Dwa światłowody jednordzeniowe 1a są połączone ze światłowodem wielordzeniowym 2 poprzez spawanie, z użyciem spawarki (spawarki żarnikowej lub łukowej). Przy czym każdy z wiązki światłowodów jednordzeniowych połączony jest z innym rdzeniem światłowodu wielordzeniowego. Sygnał po przejściu do światłowodu wielordzeniowego 2 propaguje się na odcinku (a) nadal dwoma rdzeniami aż do momentu przewężenia (b, c). Na odcinku (b) przewężenia o długości nie krótszej niż 5 mm a wymiary poprzeczne światłowodu: średnice płaszcza 5, rdzeni 4 i otworów 6 są zmniejszone.Two single-core optical fibers 1a are connected to the multi-core optical fiber 2 by welding, using a welding machine (filament or arc welding machine). Each of the single-core fiber bundles is connected to a different core of the multi-core optical fiber. After passing to the multi-core fiber 2, the signal propagates along the section (a) with two cores until the narrowing (b, c). In the section (b) of the narrowing, not shorter than 5 mm and the transverse dimensions of the optical fiber: the diameters of the sheath 5, cores 4 and holes 6 are reduced.

Zmniejszanie się średnic otworów 6 powoduje zmianę w charakterze propagacji, tzw. zredukowanie izolacji rdzeni, co skutkuje możliwością przeniknięcia mocy z pobudzonych początkowo dwóch rdzeni do pozostałych rdzeni dzięki powstaniu supermodów. Tym samym, następuje przejście od propagacji w trybie rdzeni izolowanych do pracy w trybie rdzeni sprzężonych. Równy podział mocy na wszystkie rdzenie zostaje zrealizowany głównie na odcinku (c), w którym otwory są całkowicie zasklepione, ale także na odcinku (b), w którym średnice otworów maleją/rosną.Reducing the diameter of the holes 6 causes a change in the nature of propagation, the so-called reducing the insulation of the cores, which results in the possibility of the transfer of power from the initially excited two cores to the remaining cores due to the formation of supermods. Thereby, there is a transition from propagation in the isolated-core mode to operation in the conjugate mode. Equal distribution of power to all cores is achieved mainly on the section (c) where the holes are completely sealed, but also on the section (b) where the diameters of the holes decrease / increase.

Długość odcinka (c) wynosi 7 mm. Po odcinku (c) mamy do czynienia ponownie ze strefą przejściową przewężenia (b). Moc w każdym rdzeniu propaguje się dalej niezależnie, dzięki występowaniu otworów 6. Na odcinku (a) po przejściu przez przewężenie jest zatem siedem rdzeni 4, w których propaguje się proporcjonalna ilość mocy. Dzięki występowaniu otworów powietrznych 6 sygnał z jednego rdzenia nie ma wpływu na propagację sygnału z innych rdzeni, mamy zatem z powrotem do czynienia z propagacją w trybie izolowanych rdzeni. Światłowód wielordzeniowy, w którego siedmiu rdzeniach propaguje się sygnał jest dołączany do wiązki 3 pojedynczych jednordzeniowych światłowodów jednomodowych. Połączenie następuje poprzez spawanie, a sposób wykonania takiego urządzenia i jego złączenia ze światłowodem wielordzeniowym jest znany i opisany wyczerpująco w literaturze. Po przejściu przez wiązkę 3 jednordzeniowych światłowodów jednomodowych 3, uzyskujemy siedem sygnałów w niezależnych jednordzeniowych światłowodach jednomodowych 1b, które mogą być skierowane do poszczególnych odbiorców, a pochodziły z dwóch jednordzeniowych światłowodów jednomodowych 1a.The length of the segment (c) is 7 mm. After the section (c), we deal again with the transition zone of the constriction (b). The power in each core continues to propagate independently due to the presence of the holes 6. On the passage (a) after passing the throat there are therefore seven cores 4 in which a proportional amount of power propagates. Due to the presence of air holes 6, the signal from one core has no influence on the propagation of the signal from the other cores, so we are dealing again with propagation in the isolated core mode. A multi-core optical fiber, in which the signal propagates in seven cores, is connected to a bundle of 3 single-core single-mode optical fibers. The connection is made by welding, and the method of making such a device and connecting it to a multi-core optical fiber is known and described in detail in the literature. After passing through the bundle of 3 single-core single-mode optical fibers 3, we obtain seven signals in independent single-core single-mode optical fibers 1b, which can be directed to individual recipients, and came from two single-core single-mode optical fibers 1a.

Przewężone odcinki (b, c) posiadają wartości b = 5 mm i c = 7 mm stopień przewężenia wynosi 20% (do 100 ąm średnicy na odcinku (c)), a parametry światłowodu wielordzeniowego są następujące:The narrowed sections (b, c) have the values of b = 5 mm and c = 7 mm, the degree of narrowing is 20% (up to 100 µm in diameter along the section (c)), and the parameters of the multi-core fiber are as follows:

Średnica rdzenia d5 = 6,5 ąmCore diameter d5 = 6.5 µm

Średnica płaszcza d6 = 125 ąmSheath diameter d6 = 125 mm

Średnica otworów d7 = 5,8 ąmHole diameter d7 = 5.8 mm

Stała sieci Λ = 8,2 ąmNet constant Λ = 8.2 μm

P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3

W korzystnym wariancie wykonania, przedstawionym na Fig. 9, w którym wynalazek jest użyty do sprzęgania mocy z każdego z siedmiu światłowodów wejściowych 1a do każdego z wiązki 3 siedmiu światłowodów wyjściowych 1b wykorzystywany jest mikrostrukturalny światłowód wielordzeniowy 2. Sygnał propagowany w standardowych jednordzeniowych światłowodach jednomodowych 1a, SMF-28e+ firmy Corning, jest przekazywany do rdzeni mikrostrukturalnego światłowodu wielordzeniowego 2.In a preferred embodiment, shown in Fig. 9, in which the invention is used to couple the power from each of the seven input fibers 1a to each of the bundle 3 of seven output fibers 1b, a microstructured multicore fiber 2 is used. The signal propagated in the standard single-mode single-mode optical fibers 1a. Corning's SMF-28e + is passed to the cores of a microstructured multicore optical fiber 2.

Światłowody jednordzeniowe 1a są połączone ze światłowodem wielordzeniowym 2 poprzez spawanie, z użyciem spawarki (spawarki żarnikowej lub łukowej).The single-core optical fibers 1a are connected to the multi-core optical fiber 2 by welding, using a welding machine (filament or arc welder).

Sygnały po przejściu do światłowodu wielordzeniowego 2 propagują się na odcinku (a) nadal niezależnie rdzeniami światłowodu wielordzeniowego aż do momentu przewężenia (b, c). Na odcinku (b) przewężenia o długości korzystnie nie krótszej niż 5 mm następuje zmniejszanie się wymiarów poprzecznych światłowodu: średnicy płaszcza 5, rdzeni 4 i otworów 6. Zmniejszanie się średnic otworów 6 powoduje zmianę w charakterze propagacji, tzw. zredukowanie izolacji rdzeni, co skutkuje możliwością przenikania sygnału pomiędzy rdzeniami rdzeni dzięki powstaniu supermodów. Tym samym, następuje przejście od propagacji w trybie rdzeni izolowanych do pracy w trybie rdzeni sprzężonych. Wymieszanie sygnałów pomiędzy rdzeniami zostaje zrealizowane głównie na odcinku (c), w którym otwory są całkowicie zasklepione, ale także na odcinku (b), w którym średnice otworów maleją/rosną. Długość odcinka (c) wynosi 7 mm. Po odcinku (c) mamy do czynienia ponownie ze strefą przejściową przewężenia (b). Moc w każdym rdzeniu propaguje się dalej niezależnie, dzięki występowaniu otwoAfter passing to the multi-core fiber 2, the signals propagate along the section (a) with the cores of the multi-core fiber up to the point of constriction (b, c). In the section (b) of the narrowing, preferably not shorter than 5 mm, the transverse dimensions of the optical fiber: the diameter of the sheath 5, the cores 4 and the holes 6, decrease. The decrease of the diameter of the holes 6 causes a change in the propagation character, reducing the insulation of the cores, which results in the possibility of signal penetration between the cores of the cores due to the formation of supermodes. Thereby, there is a transition from propagation in the isolated-core mode to operation in the conjugate mode. The mixing of signals between the cores takes place mainly in the section (c) where the holes are completely plugged, but also in the section (b) where the hole diameters decrease / increase. The length of the segment (c) is 7 mm. After the section (c), we deal again with the transition zone of the constriction (b). The power in each core propagates further independently thanks to the presence of holes

PL 234 839 B1 rów 6. Na odcinku (a) po przejściu przez przewężenie jest zatem siedem rdzeni 4, w których propaguje się proporcjonalna ilość mocy. Dzięki występowaniu otworów powietrznych 6 sygnał z jednego rdzenia nie ma wpływu na propagację sygnału z innych rdzeni, mamy zatem z powrotem do czynienia z propagacją w trybie izolowanych rdzeni. Światłowód wielordzeniowy, w którego siedmiu rdzeniach propaguje się sygnał jest dołączany do wiązki światłowodów jednomodowych 3. Połączenie następuje poprzez spawanie, a sposób wykonania takiego urządzenia i jego złączenia ze światłowodem wielordzeniowym jest znany i opisany wyczerpująco w literaturze. Po przejściu przez wiązkę światłowodów jednomodowych 3, na każdym z nich uzyskujemy siedem sygnałów w niezależnych światłowodach jednomodowych, które mogą być skierowane do poszczególnych odbiorców a zawierają informacje z wszystkich siedmiu światłowodów wejściowych.There are therefore seven cores 4 in the section (a) after passing through the constriction in which a proportional amount of power propagates. Due to the presence of air holes 6, the signal from one core has no influence on the propagation of the signal from the other cores, so we are dealing again with propagation in the isolated core mode. The multi-core optical fiber, in which the signal propagates in seven cores, is connected to a single-mode optical fiber bundle 3. The connection is made by welding, and the method of making such a device and its connection to the multi-core optical fiber is known and described comprehensively in the literature. After passing through the bundle of single-mode optical fibers 3, on each of them we obtain seven signals in independent single-mode optical fibers, which can be directed to individual recipients and contain information from all seven input fibers.

Przewężone odcinki (b, c) mają wymiary b = 5 mm i c = 7 mm, stopień przewężenia wynosi 20% (do 100 μm średnicy na odcinku (c)), a parametry światłowodu są następująceThe narrowed sections (b, c) have dimensions of b = 5 mm and c = 7 mm, the degree of narrowing is 20% (up to 100 μm in diameter along the section (c)), and the parameters of the optical fiber are as follows

Średnica rdzenia d5 = 6,5 μmCore diameter d5 = 6.5 μm

Średnica płaszcza d6 = 125 μmSheath diameter d6 = 125 μm

Średnica otworów d7 = 5,8 μmHole diameter d7 = 5.8 μm

Stała sieci Λ = 8,2 μmNet constant Λ = 8.2 μm

P r z y k ł a d 4P r z k ł a d 4

W innym korzystnym wariancie wykonania, przedstawionym na Fig. 12, w którym wynalazek jest użyty do przełączania mocy pomiędzy dwa światłowody wyjściowe wykorzystywany jest mikrostrukturalny światłowodów wielordzeniowy 2. W tym przykładzie wykonania może to być światłowód dwurdzeniowy przedstawiony na Fig. 11. Sygnał propagowany w standardowym jednordzeniowym światłowodzie jednomodowym 1a, SMF-28e+ firmy Corning, jest przekazywany do jednego z rdzenia mikrostrukturalnego światłowodu wielordzeniowego 2.In another preferred embodiment, shown in Fig. 12, in which the invention is used to switch power between two output optical fibers, a microstructured multicore optical fiber is used. In this embodiment, it may be a dual-core optical fiber shown in Fig. 11. Signal propagated in a standard single-core 1a single-mode fiber, SMF-28e + from Corning, is fed to one of the core of the microstructure of multi-core fiber 2.

Światłowód jednordzeniowy 1a jest połączony ze światłowodem wielordzeniowym 2 poprzez spawanie, z użyciem spawarki (spawarki żarnikowej lub łukowej). Sygnał po przejściu do światłowodu wielordzeniowego 2 propaguje się na odcinku (a) nadal rdzeniem, do którego jest przyspawany światłowód wielordzeniowy aż do momentu przewężenia (b, c). Na odcinku (b) przewężenia o długości nie krótszej niż 6 mm następuje zmniejszanie się wymiarów poprzecznych światłowodu: średnicy płaszcza 5, rdzeni 4 i otworów 6. Zmniejszanie się średnic otworów 6 powoduje zmianę w charakterze propagacji, tzw. zredukowanie izolacji rdzeni, co skutkuje możliwością przeniknięcia mocy z rdzenia w którym początkowo był sygnał do drugiego rdzenia dzięki powstaniu supermodów. Tym samym, następuje przejście od propagacji w trybie rdzeni izolowanych do pracy w trybie rdzeni sprzężonych. W zależności od długości przewężenia sygnał może być rozdzielony pomiędzy rdzenie w dowolnym stosunku. Dla długości przewężenia (strefy właściwej) wynoszącej 10 mm, sygnał będzie propagował się tylko w rdzeniu, do którego dospawany był światłowód jednordzeniowy. Dla długości przewężenia (strefy właściwej) wydłużonej o 8 mm, sygnał przejdzie całkowicie do sąsiedniego rdzenia. Wartości pośrednie odpowiadają sytuacji, w której moc propaguje się w obu rdzeniach w różnych stosunkach. Mając do dyspozycji piezoelektryk, na którym jest nawinięte włókno wielordzeniowe 2, możemy zmieniać długość przewężenia powodując tym samym przełączanie sygnału pomiędzy rdzeniami, urządzenie działa w funkcji przełącznika optycznego.The single-core optical fiber 1a is connected to the multi-core optical fiber 2 by welding, using a welding machine (filament or arc welder). After passing to the multi-core optical fiber 2, the signal propagates along the section (a) still along the core to which the multi-core optical fiber is welded up to the point of constriction (b, c). In the section (b) of the narrowing of a length not shorter than 6 mm, the transverse dimensions of the optical fiber are reduced: the diameter of the sheath 5, cores 4 and holes 6. The reduction of the diameter of the holes 6 causes a change in the propagation character, the so-called reducing the insulation of the cores, which results in the possibility of power leakage from the core in which there was a signal to the second core due to the formation of supermods. Thereby, there is a transition from propagation in the isolated-core mode to operation in the conjugate mode. Depending on the length of the constriction, the signal can be split between the cores in any ratio. For the neck length (specific zone) of 10 mm, the signal will propagate only in the core to which the single-core optical fiber was welded. For a constriction (specific zone) extended by 8 mm, the signal will pass completely to the adjacent core. Intermediate values correspond to the situation where the power propagates in both cores in different ratios. Having a piezoelectric on which the multi-core fiber 2 is wound, we can change the length of the neck, thereby causing the signal to switch between the cores, the device functions as an optical switch.

Przewężone odcinki (b, c) mają wymiary: b = 6 mm i c = 10 mm, stopień przewężenia wynosi 30%, a parametry wykorzystanego w przykładzie światłowodu dwurdzeniowego są następujące:The narrowed sections (b, c) have the following dimensions: b = 6 mm and c = 10 mm, the degree of narrowing is 30%, and the parameters of the dual-core optical fiber used in the example are as follows:

Średnica rdzenia d5 = 6,6 μmCore diameter d5 = 6.6 μm

Średnica płaszcza d6 = 125 μm Średnica otworów d7 = 6,6 μm Stała sieci Λ =7,6 μmSheath diameter d6 = 125 μm Hole diameter d7 = 6.6 μm Network constant Λ = 7.6 μm

P r z y k ł a d 5P r z k ł a d 5

W korzystnym wariancie wykonania, przedstawionym na Fig. 12, w którym wynalazek jest użyty do rozdzielenia dwóch wejściowych długości fali na poszczególne dwa światłowody wyjściowe, wykorzystywany jest mikrostrukturalny światłowodów wielordzeniowy 2. W tym przykładzie wykonania może to być światłowód dwurdzeniowy przedstawiony na Fig. 11. Sygnał propagowany w s tandardowym jednordzeniowym światłowodzie jednomodowym 1a, SMF-28e+ firmy Corning, jest przekazywany do jednego z rdzenia mikrostrukturalnego światłowodu wielordzeniowego 2. W światłowodzie wejściowym propagują się dwie długości fali, w tym przykładzie wykonania 1550 nm i 1310 nm. Światłowód jednordzeniowy 1a jest łączony ze światłowodem wielordzeniowym 2 poprzez spawanie, korzystnie z użyciem spawarki (spawarki żarnikowej lub łukowej). Sygnał po przejściu do światłowodu wielordzenioIn a preferred embodiment, illustrated in Fig. 12, in which the invention is used to separate two input wavelengths into individual two output fibers, a microstructured multicore fiber 2 is used. In this embodiment, it may be a dual-core optical fiber as shown in Fig. 11. The signal propagated in the standard single-core single-mode optical fiber 1a, SMF-28e + from Corning, is transmitted to one of the core of the microstructured multi-core optical fiber 2. Two wavelengths are propagating in the input fiber, 1550 nm and 1310 nm in this embodiment. The single-core optical fiber 1a is connected to the multi-core optical fiber 2 by welding, preferably using a welding machine (filament or arc welder). Signal after passing to the multi-core optical fiber

PL 234 839 B1 wego 2 propaguje się na odcinku (a) nadal rdzeniem, do którego był przyspawany światłowód wielordzeniowy aż do momentu przewężenia (b, c). Na odcinku (b) przewężenia o długości korzystnie nie krótszej niż 3 mm następuje zmniejszanie się wymiarów poprzecznych światłowodu: średnicy płaszcza 5, rdzeni 4 i otworów 6. Zmniejszanie się średnic otworów 6 powoduje zmianę w charakterze propagacji, tzw. zredukowanie izolacji rdzeni, co skutkuje możliwością przeniknięcia mocy z rdzenia w którym początkowo był sygnał do drugiego rdzenia dzięki powstaniu supermodów. Tym samym, następuje przejście od propagacji w trybie rdzeni izolowanych do pracy w trybie rdzeni sprzężonych. W zależności od długości przewężenia poszczególne długości fali mogą być rozdzielone pomiędzy poszczególne rdzenie w dowolnym stosunku. Dla długości przewężenia (strefy właściwej) korzystnie wynoszącej 6 mm, długość fali 1550 nm będzie propagowała się tylko w rdzeniu, do którego dospawany był światłowód jednordzeniowy, a długość fali 1310 nm będzie propagował się tylko w rdzeniu sąsiednim. Dla długości przewężenia (strefy właściwej) wydłużonej o 8 m m, inne długości fali mogą być efektywnie rozdzielane pomiędzy rdzenie, w tym przykładzie wykonania 1550 nm i 980 nm. Mając do dyspozycji możliwość wydłużania włókna, możemy zmieniać długość przewężenia powodując tym samym różne konfiguracje rozdzielenia długości fali, dla danych długości fali istnieje długość przewężenia pozwalająca rozdzielić dwie długości fali na poszczególne kanały telekomunikacyjne. Takie zastosowanie wynalazku realizuje koncepcję sprzęgacza WDM (multipleksacja z podziałem długości fali).The part (a) is propagated along the section (a) with the core to which the multicore optical fiber was welded up to the point of constriction (b, c). In the narrowing section (b) of a length preferably not shorter than 3 mm, the transverse dimensions of the optical fiber are reduced: the diameter of the sheath 5, cores 4 and holes 6. The reduction of the diameter of the holes 6 causes a change in the propagation character, the reducing the insulation of the cores, which results in the possibility of power leakage from the core in which there was a signal to the second core due to the formation of supermods. Thereby, there is a transition from propagation in the isolated-core mode to operation in the conjugate mode. Depending on the length of the constriction, the individual wavelengths may be distributed among the individual cores in any ratio. For a neck length (specific zone) preferably 6 mm, a wavelength of 1550 nm will propagate only in the core to which a single-core optical fiber has been welded, and a wavelength of 1310 nm will propagate only in the adjacent core. For a constriction (specific zone) extended by 8 m m, other wavelengths can be effectively split between the cores, in this embodiment 1550 nm and 980 nm. Having the possibility of extending the fiber, we can vary the length of the necking, thus causing different configurations of the wavelength separation, for given wavelengths there is a length of the necking that allows the separation of two wavelengths into individual communication channels. Such an application of the invention implements the concept of a WDM coupler (Wavelength Division Multiplexing).

Przewężone odcinki (b, c) mają wymiary: b = 3 mm i c = 6 mm, stopień przewężenia wynosi: 30%, a parametry wykorzystanego w przykładzie światłowodu dwurdzeniowego są następujące:The narrowed sections (b, c) have the following dimensions: b = 3 mm and c = 6 mm, the degree of narrowing is: 30%, and the parameters of the dual-core optical fiber used in the example are as follows:

Średnica rdzenia d5 = 6,6 gmCore diameter d5 = 6.6 gm

Średnica płaszcza d6 = 125 gm Średnica otworów d7 = 6,6 gm Stała sieci Λ = 7,6 gmSheath diameter d6 = 125 gm Hole diameter d7 = 6.6 gm Network constant Λ = 7.6 gm

Claims

Patent claims

1. Optical fiber coupler comprising a multi-core optical fiber with insulated cores and a single-core input optical fiber (1a) connected to the core of a multi-core optical fiber with isolated cores, a single-core output optical fiber (1b) connected to another core of a multi-core optical fiber with insulated cores at its opposite end, characterized by multicore with insulated cores is a microstructured multicore optical fiber (2) with cores insulated with axial holes (6) arranged between them, while in the microstructural multicore optical fiber (2) the holes (6) are closed over a distance of 300 gm or more.

The fiber optic coupler according to claim 1, characterized in that the holes (6) on the insulating cores are filled with air.

The fiber optic coupler according to claim 1 or 2, characterized in that the optical fiber is narrowed over the section in which the openings are plugged.

4. The fiber optic coupler according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the insulation of the cores insulated with non-sealed holes has a value of less than or equal to -10 dB.

The optical fiber coupler according to claim 1 or 2 or 3 or 4, characterized in that it has at least two single-core input optical fibers (1a) and two single-core output optical fibers (1b).

6. The fiber optic coupler according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that the microstructured multicore optical fiber (2) has seven cores and the coupler is equipped with one single-core input optical fiber (1 a) and seven single-core output optical fibers (1b).

The fiber optic coupler according to claim 7; The method of claim 1, characterized in that the microstructured multicore optical fiber (2) has seven cores and the coupler is equipped with two single-core input optical fibers (1a) and seven single-core output optical fibers (1b).

PL 234 839 B1

8. The fiber optic coupler according to claim 8; The method of claim 1, characterized in that the microstructured multicore optical fiber (2) has seven cores and the coupler is equipped with seven single-core input optical fibers (1 a) and seven single-core output optical fibers (1b).

9. The fiber optic coupler according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that it is provided with one single-core input optical fiber (1a) and two single-core output optical fibers (1b).

10. The fiber optic coupler according to claim 3, wherein the degree of contraction is 0-95% of the transverse dimensions of the fiber.

A fiber optic coupler as claimed in any one of claims 1 to 11. The method according to 1 to 10, characterized in that the input (1a) and output (1b) optical fibers are standard single-core optical fibers etched or narrowed so that their cores fit into the cores of the microstructural multi-core optical fiber (2).

A coupler according to any of claims 5 to 11, characterized in that the single-core input optical fibers (1 a) are placed in the capillary.

A coupler according to any of claims 5 to 12, characterized in that the single-core output optical fibers (1b) are placed in the capillary.