RU163504U1

RU163504U1 - Fusion Optical Splitter

Info

Publication number: RU163504U1
Application number: RU2016104953/28U
Authority: RU
Inventors: Марина Всеволодовна Глумова; Евгений Яковлевич Николаев; Кирилл Евгеньевич Николаев
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2016-07-20

Abstract

Сплавной волоконно-оптический разветвитель, включающий три отрезка многомодового волокна, имеющих прозрачную сердцевину с показателем преломления nи светоотражающую оболочку с показателем преломления n, меньшим n, область сплавления оптических волокон, причем торцы окончаний двух волокон расположены на одной линии соосно с осью третьего волокна, торец третьего оптического волокна представляет собой гладкую поверхность, перпендикулярную оси и расположен по отношению к паре волокон соосно, отличающийся тем, что окончания трех отрезков оптического волокна с одной стороны имеют участки с удаленным полимерным покрытием на длине ~15 мм, на удаленном от полимера участке на длине 5-7 мм пара отрезков оптических волокон имеют протравленные участки до толщины оболочки ~3 мкм, одно из входных волокон содержит коническое сужение с длиной 1-2 мм и конечным диаметром 35-46 мкм, окончания пары волокон расположены бок о бок под углом ~2° друг к другу в одной плоскости.An alloy fiber optic splitter comprising three segments of a multimode fiber having a transparent core with a refractive index n and a reflective sheath with a refractive index n less than n, the fusion region of the optical fibers, and the ends of the ends of the two fibers are aligned with the axis of the third fiber, the end the third optical fiber is a smooth surface perpendicular to the axis and is located coaxially with respect to the pair of fibers, characterized in that the ends of the three segments optical fibers on one side have regions with a removed polymer coating over a length of ~ 15 mm, in a region remote from the polymer over a length of 5-7 mm a pair of segments of optical fibers have etched sections up to a shell thickness of ~ 3 μm, one of the input fibers contains a conical narrowing with 1-2 mm long and with a final diameter of 35-46 microns, the ends of a pair of fibers are located side by side at an angle of ~ 2 ° to each other in the same plane.

Description

Техническое решение относится к области волоконной оптике, конкретно к элементной базе волоконно-оптических линий связи и может использоваться для дуплексной связи на многомодовом волокне.The technical solution relates to the field of fiber optics, specifically to the element base of fiber-optic communication lines and can be used for duplex communication on multimode fiber.

Известна конструкция сплавного направленного разветвителя X типа (патент РСТ WO 01/65286 A1 KIM, Byoung-Yoon: Method of fabricating a fused-type mode-selective directional coupler), которая содержит два отрезка оптических волокон и область их сплавления, представляющая собой биконическое сужение. Такая конструкция может содержать как многомодовые, так и одномодовые оптические волокна. Принцип работы разветвителей X типа основан на селекции мод, распространяющихся в биконической области сужения.A known design of an X-type alloy directional splitter (PCT patent WO 01/65286 A1 KIM, Byoung-Yoon: Method of fabricating a fused-type mode-selective directional coupler), which contains two segments of optical fibers and their fusion region, which is a biconical narrowing . Such a design may contain both multimode and single-mode optical fibers. The principle of operation of type X splitters is based on the selection of modes propagating in the biconical region of narrowing.

Недостатком устройства является отсутствие возможности объединять оптическое излучение в одно волокно.The disadvantage of this device is the inability to combine optical radiation into a single fiber.

Известна конфигурация ответвителя, которая позволяет объединять лучи при низких вносимых потерях (объединение лучей между одно- и многомодовыми волокнами в сплавленном ответвителе. Liu Chunyu, Yu Youlong, Gao Hingjun. Guangxue xuebao = Acta opt. sin. 2005. 25, №6, c. 743-745, 4 ил. Библ. 10. Кит.; рез. англ). Конструкция состоит из двух отрезков одно- и многомодовых волокон и области их сплавления, представляющая собой также биконическое сужение. Устройство обеспечивает объединение 2-х лучей. Коэффициент ответвления каждого плеча >90%. В качестве объединителя с низкими вносимыми потерями устройство может быть использовано в оптических системах связи и для волоконных лазеров.A known configuration of a coupler that allows combining beams at low insertion loss (combining beams between single and multimode fibers in a fused coupler. Liu Chunyu, Yu Youlong, Gao Hingjun. Guangxue xuebao = Acta opt. Sin. 2005. 25, No. 6, c 743-745, 4 ill. Bibl. 10. Whale; res. Eng.). The design consists of two segments of single and multimode fibers and their fusion region, which is also a biconical narrowing. The device provides a combination of 2 rays. The branch ratio of each arm is> 90%. As a combiner with low insertion loss, the device can be used in optical communication systems and for fiber lasers.

Устройство не обеспечивает прием излучения из многомодового плеча в одномодовое для обеспечения даже 10% излучения в выходном одномодовом оптическом волокне так как апертура приемного одномодового волокна не может принять это излучение ввиду малости диаметра сердцевины одномодового волокна.The device does not provide reception of radiation from the multimode arm to the single mode to provide even 10% of the radiation in the output single-mode optical fiber, since the aperture of the receiving single-mode fiber cannot receive this radiation due to the small diameter of the core of the single-mode fiber.

Известно устройство на основе многомодовых волокон, состоящее из трех отрезков многомодового волокна соединенных с помощью сплавления в конструкцию типа 1×2 с равномерным распределением излучения по выходным полюсам, (патент US №4,083,625 Marshall С. Hudson, Corning, N.Y., Optical Fiber Junction Device).A device based on multimode fibers is known, consisting of three segments of multimode fiber connected by fusion into a 1 × 2 type structure with a uniform distribution of radiation at the output poles, (US patent No. 4,083,625 Marshall C. Hudson, Corning, NY, Optical Fiber Junction Device) .

Недостатком этого устройства является невозможность ввода излучения в ответвляющие волокна с коэффициентом ввода более 90%, поскольку излучение распределяется поровну по полюсам.The disadvantage of this device is the impossibility of introducing radiation into the branch fibers with an input coefficient of more than 90%, since the radiation is distributed evenly across the poles.

В качестве прототипа выбран (патент РФ №150346) сплавной волоконно-оптический разветвитель конфигурации 1×2, выполненный из отрезков оптического волокна, имеющего прозрачную сердцевину с показателем преломления n_с и светоотражающую оболочку с показателем преломления по, меньшим n_с, входное оптическое волокно расположено вдоль оси стыковки отрезков выходных оптических волокон с поперечным сдвигом Δх=а, где 0≤a/R≤1, где R - радиус сердцевины оптического волокна.As a prototype (RF patent No. 150346), a 1 × 2 alloy fiber-optic splitter made of segments of an optical fiber having a transparent core with a refractive index n _s and a reflective sheath with a refractive index of less than n _s was selected, the input optical fiber is located along the joining axis of the segments of the output optical fibers with a transverse shift Δx = a, where 0≤a / R≤1, where R is the radius of the core of the optical fiber.

Недостатком этого устройства является ограниченный коэффициент ввода излучения в волокно с меньшим коэффициентом вывода и не превышает 10%, например, при коэффициенте деления излучения 10%/90%, т.е. в этот полюс можно вводить столько излучения, сколько и выводить.The disadvantage of this device is the limited coefficient of radiation input into the fiber with a lower coefficient of output and does not exceed 10%, for example, with a radiation fission factor of 10% / 90%, i.e. as much radiation as possible can be introduced into this pole.

В основу полезной модели поставлена задача, усовершенствовать сплавной многомодовый волоконно-оптический разветвитель для обеспечения расширения функциональных возможностей устройства за счет функции объединения не только обоих полюсов, но и с возможностью разветвления в оба полюса с нужным коэффициентом ввода/вывода.The utility model is based on the task of improving an alloyed multimode fiber-optic splitter to provide enhanced functionality of the device due to the function of combining not only both poles, but also with the possibility of branching into both poles with the desired input / output coefficient.

Поставленная задача решается тем, что сплавной волоконно-оптический разветвитель включающий три отрезка многомодового волокна, имеющих прозрачную сердцевину с показателем преломления n_с и светоотражающую оболочку с показателем преломления n_о, меньшим n_с, область сплавления оптических волокон, причем торцы окончаний двух волокон расположены на одной линии соосно с осью третьего волокна, торец третьего оптического волокна представляет собой гладкую поверхность, перпендикулярную оси и расположен по отношению к паре волокон соосно, отличающийся тем, что окончания трех отрезков оптического волокна с одной стороны имеют участки с удаленным полимерным покрытием на длине ~15 мм, на удаленном от полимера участке на длине 5-7 мм пара отрезков оптических волокон имеют протравленные участки до толщины оболочки ~3 мкм, одно из входных волокон содержит коническое сужение с длиной 1-2 мм и конечным диаметром 35-46 мкм, окончания пары волокон расположены бок о бок под углом ~2° друг к другу в одной плоскости.The problem is solved in that an alloyed fiber optic splitter comprising three segments of multimode fiber having a transparent core with a refractive index n _s and a reflective sheath with a refractive index n _о less than n _s , the fusion region of the optical fibers, and the ends of the ends of the two fibers are located on one line coaxially with the axis of the third fiber, the end face of the third optical fiber is a smooth surface perpendicular to the axis and is located relative to the pair of fibers coaxially from characterized in that the ends of the three segments of the optical fiber on one side have sections with the polymer coating removed at a length of ~ 15 mm, at a distance remote from the polymer at a length of 5-7 mm, a pair of segments of optical fibers have etched sections to a shell thickness of ~ 3 μm, one of the input fibers contains a conical narrowing with a length of 1-2 mm and a final diameter of 35-46 μm, the ends of a pair of fibers are located side by side at an angle of ~ 2 ° to each other in the same plane.

Конструкция разветвителя обеспечивает дифференциацию каналов по апертуре в зависимости от длины волокна третьего канала. Апертура излучения одномодового волокна, вошедшее в многомодовое волокно с коническим сужением в области сплавления после объединения сигналов на протяженной линии может распространяться на достаточно большие расстояния (до 10 км), не претерпевая значительного увеличения. Это объясняется малостью апертуры входного излучения и позволяет произвести разделение каналов по апертуре и сохранять, таким образом, скрытную информацию на длине преобразования одномодового излучения в многомодовое (или апертуры излучения в стационарное распределение для многомодового волокна на длине ~10 км). При передаче, многомодовое излучение в другом полюсе будет служить в качестве защитного излучения (малоинформативного канала для переговоров), а одномодовое излучение для передачи скрытной информации. При этом емкость передающего канала увеличивается. Кроме того, при несанкционированном доступе в канал излучение с большей апертурой (многомодовое излучение) будет частично выходить из волокна в результате частичного изгиба волокна для несанкционированного считывания, поэтому общий сигнал будет падать, сигнализируя о несанкционированном проникновении. Снятая информация с многомодового волокна не несет секретной информации и не представляет особой угрозы. Для того, чтобы проникнуть в передающую среду с секретной информацией, нужно очень сильно произвести изгиб волокна, что может привести к разрушению, при этом почти все излучение многомодового волокна должно сильно затухнуть. Таким образом, эта конструкция разветвителя может использоваться в качестве смесителя/объединителя для канала с защитой от несанкционированного доступа в линию связи. Здесь канал 1-3 работает с двумя абонентами (не секретная информация), а сам канал 2 служит для ввода/вывода излучения (например, секретной информации на другой длине волны). Канал 1-3, на котором идет передача не секретной информации контролирует целостность канала, а изменение уровня сигнала контролирует попытку доступа к информации.The splitter design provides differentiation of the channels along the aperture depending on the fiber length of the third channel. The radiation aperture of a single-mode fiber included in a multimode fiber with a conical narrowing in the fusion region after combining the signals on an extended line can propagate over sufficiently large distances (up to 10 km) without undergoing a significant increase. This is explained by the small aperture of the input radiation and makes it possible to separate the channels along the aperture and, thus, store secret information on the length of the conversion of single-mode radiation into multimode (or radiation aperture into a stationary distribution for a multimode fiber over a length of ~ 10 km). When transmitting, multimode radiation at the other pole will serve as protective radiation (a low-informative channel for negotiations), and single-mode radiation for transmitting secret information. In this case, the capacity of the transmitting channel increases. In addition, with unauthorized access to the channel, radiation with a larger aperture (multimode radiation) will partially exit the fiber as a result of partial bending of the fiber for unauthorized reading, so the overall signal will fall, signaling unauthorized entry. The information taken from the multimode fiber does not carry classified information and does not pose a particular threat. In order to penetrate the transmission medium with classified information, it is necessary to bend the fiber very strongly, which can lead to destruction, while almost all the radiation of a multimode fiber should be strongly damped. Thus, this splitter design can be used as a mixer / combiner for a channel with protection against unauthorized access to the communication line. Here channel 1-3 works with two subscribers (non-secret information), and channel 2 itself serves for input / output of radiation (for example, secret information at a different wavelength). Channel 1-3, on which non-classified information is being transmitted, controls the integrity of the channel, and a change in signal level controls an attempt to access information.

На фиг. 1 представлено расположение выходных волокон (травление в р-ре HF до толщины оболочки в несколько микрон 2-3 мкм.) по отношению к входному волокну перед сплавлением.In FIG. 1 shows the location of the output fibers (etching in the HF solution to a shell thickness of several microns 2-3 microns.) With respect to the input fiber before fusion.

На Фиг. 2 представлено расположение волокон (травление в р-ре HF до толщины оболочки в несколько микрон 2-3 мкм.) по отношению к входному волокну после сплавления.In FIG. 2 shows the location of the fibers (etching in the HF solution to a shell thickness of several microns 2-3 microns.) With respect to the input fiber after fusion.

Устройство содержит (фиг. 1) три отрезка оптических волокон 1, 2, 3, торцы окончаний двух волокон расположены на одной линии соосно с осью третьего волокна, торец третьего оптического волокна представляет собой гладкую поверхность, перпендикулярную оси и расположен по отношению к паре волокон соосно.The device contains (Fig. 1) three segments of optical fibers 1, 2, 3, the ends of the ends of two fibers are aligned with the axis of the third fiber, the end of the third optical fiber is a smooth surface perpendicular to the axis and is located relative to the pair of fibers coaxially .

Устройство содержит область сплавления 4 (фиг. 2). Окончания трех сплавляемых отрезков оптического волокна с одной стороны имеют участки с удаленным полимерным покрытием на длине ~15 мм, а на длине 5-7 мм имеют протравленные участки кварцевой оболочки до толщины оболочки ~3 мкм, кроме того, один из протравленных окончаний дополнительно имеет участок перетяжки в виде конического сужения с длиной 1-2 мм и конечным диаметром 35-46 мкм, окончания пары волокон расположены бок о бок под углом ~2° друг к другу в одной плоскости.The device contains a fusion region 4 (Fig. 2). The ends of the three fusion segments of the optical fiber on one side have regions with a removed polymer coating over a length of ~ 15 mm, and over a length of 5-7 mm have etched sections of a quartz shell to a shell thickness of ~ 3 μm, in addition, one of the etched ends additionally has a section constriction constrictions with a length of 1-2 mm and a final diameter of 35-46 μm, the ends of a pair of fibers are located side by side at an angle of ~ 2 ° to each other in the same plane.

Разветвитель подготавливают следующим образом.The splitter is prepared as follows.

Удаляют полимерную оболочку с окончаний трех отрезков многомодовых ОВ, затем на паре окончаний травлением удаляют кварцевую оболочку до толщины 2-3 мкм. Окончание одного из них подвергают нагреву и растяжке до диаметра 35-46 мкм. Далее, окончания пары выходных волокон располагают параллельно друг к другу бок о бок и стыкуют с третьим волокном, ось которого расположена параллельно паре выходных волокон. Поперечное смещение оси входного волокна в сторону волокна с меньшим диаметром окончания позволяет задавать коэффициент ответвления-объединения до величины более 90%. Все три окончания сплавлены вместе, образуя ступенчатую структуру.The polymer shell is removed from the ends of three segments of multimode OM; then, on a pair of ends, the quartz shell is removed by etching to a thickness of 2-3 μm. The end of one of them is subjected to heating and stretching to a diameter of 35-46 microns. Further, the ends of the pair of output fibers are arranged parallel to each other side by side and are joined to the third fiber, the axis of which is parallel to the pair of output fibers. The transverse displacement of the axis of the input fiber towards the fiber with a smaller diameter of the end allows you to set the coefficient of branching-Association up to more than 90%. All three endings are fused together, forming a stepped structure.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Ввод излучения осуществляется в одиночное волокно 3 справа (фиг. 2)The input of radiation is carried out in a single fiber 3 on the right (Fig. 2)

При попадании оптического излучения, выходящего из входного оптического многомодового волокна с числовой апертурой NA≈0,2 на расширяющейся части конической области сплавления выходных оптических волокон излучение распределяется пропорционально площадям выходных волокон. Причем около 90% излучения попадает в волокно с большим диаметром (соотношение диаметров определяется исходными параметрами пары окончаний подготовленных волокон перед сплавлением), а остальное излучение в волокно с меньшим диаметром.When optical radiation enters from an input optical multimode fiber with a numerical aperture of NA≈0.2 on an expanding part of the conical region of fusion of the output optical fibers, the radiation is distributed proportionally to the areas of the output fibers. Moreover, about 90% of the radiation enters the fiber with a large diameter (the ratio of the diameters is determined by the initial parameters of the pair of ends of the prepared fibers before fusion), and the rest of the radiation into the fiber with a smaller diameter.

При вводе одномодового излучения в порт 2, где диаметр окончания уменьшен предварительной растяжкой, более 90% излучения попадает в порт 3 за счет малой апертуры излучения возбуждающего одномодового волокна/лазера. В это излучение можно поместить основную секретную информацию. При этом излучение от одномодового волокна будет попадать в порт 3, и распределено ближе к оси выходного многомодового волокна.When single-mode radiation is introduced into port 2, where the end diameter is reduced by preliminary stretching, more than 90% of the radiation falls into port 3 due to the small aperture of the radiation of the exciting single-mode fiber / laser. The basic secret information can be placed in this radiation. In this case, radiation from a single-mode fiber will go to port 3, and is distributed closer to the axis of the output multimode fiber.

При вводе многомодового излучения в порт 1 более 90% многомодового излучения попадет в порт 3 симметрично, т.к. первоначально был задано соотношение излучения на выходных полюсах 10/90.When multimode radiation is input to port 1, more than 90% of the multimode radiation will get to port 3 symmetrically, because The radiation ratio at the output poles was 10/90.

Конструкция разветвителя позволяет обойти существующие методы несанкционированного доступа благодаря использованию внешнего контрольного излучения с большей апертурой, и которая не несет ценной информации.The splitter design allows you to bypass existing unauthorized access methods by using an external control radiation with a larger aperture, and which does not carry valuable information.

Эта конструкция разветвителя может быть использована также в линиях связи для спектрального уплотнения каналов, когда абоненты могут обмениваться пакетами с разными длинами волн (спектральное уплотнение канала).This splitter design can also be used in communication lines for spectral multiplexing of channels, when subscribers can exchange packets with different wavelengths (spectral multiplexing of a channel).

Claims

An alloy fiber optic splitter comprising three segments of a multimode fiber having a transparent core with a refractive index n _c and a reflective sheath with a refractive index n _o less than n _c , the fusion region of the optical fibers, and the ends of the ends of the two fibers are aligned with the axis the third fiber, the end face of the third optical fiber is a smooth surface perpendicular to the axis and is located coaxially with respect to the pair of fibers, characterized in that the ends of the three On one side of the optical fiber, there are regions with a removed polymer coating over a length of ~ 15 mm, at a region remote from the polymer over a length of 5-7 mm, a pair of segments of optical fibers have etched sections up to a shell thickness of ~ 3 μm, one of the input fibers contains a conical narrowing with a length of 1-2 mm and a final diameter of 35-46 μm, the ends of a pair of fibers are located side by side at an angle of ~ 2 ° to each other in the same plane.