RU2002709C1 - Способ изготовлени волоконно-оптического светоделител и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Использование: в волоконной оптике. Сущность: в способе, включающем смещение не менее двух волокон, нагрев с одновременным выт гиванием и скручиванием при обеспечении посто нного контрол  параметров изготавливаемого светоделител , нагрев волокон осуществл ют путем сканировани  вдоль зоны взаимодействи  между волокнами лазерным излучением, сфокусированным равномерно вокруг нее. 2 сп.ф-лы, 2 ид

Description

vc

§

Ы

О

о ь -J

о

VO

о

Изобретение относитс  к волоконной птике. Известен способ изготовлени  вооконно-оптического светоделител , вклюающий закрепление используемых птических волокон, сн тие части оболочи посредством полировани  при посто ном контроле качества обрабатываемой оверхности и ее рассто ние до середины волокна, совмещение двух таких поверхнотей и настройки их взаимного положени  о получени  требуемых параметров волоконно-оптического светоделител  и склеивание волокон.

Известно устройство дл  изготовлени  волоконно-оптического светоделит , содержащее держатель, в котором располагаютс  стекл нные блоки с обработанными вместе с ними оптическими волокнами, установленными в каналах на этих блоках, дно которых представл ет собой выпуклую кривую с определенным радиусом, два микрометрических винта и пружинные опоры, позвол ющие настраивать взаимное положение волокон и фиксировать это положение во врем  склеивани .

Недостатками известных решений  вл ютс  технологическа  трудность обработки оптических волокон и настраивани  их взаимного положени , а также наличие кле  в зоне взаимодействи  между оптическими волокнами, оптические параметры которого нестабильны во времени и мен ютс  под воздействием внешних факторов.

Известен способ изготовлени  волоконно-оптического светоделител , выбранный в качестве прототипа, включающий совмещение не менее двух волокон, их нагрев в зоне соприкосновени  с одновременным выт гиванием и скручиванием, при обеспечении посто нного контрол  параметров изготавливаемого светоделител .

Известно устройство дл  изготовлени  волоконно-оптического светоделител , выбранное в качестве прототипа, содержащее расположенные на одной оси каналы дл  закреплени  оптических волокон, установленных с возможностью синхронного перемещени  в противоположные стороны параллельно указанной оси и поворота вокруг нее, блок плавлени , состо щий из горелок , установленных между каналами, блок контрол  параметров изготавливаемого волоконно-оптического светоделител , соединенные с блоком управлени .

Недостатком известных решений  вл ютс  невозможность вли ть на параметры изготавливаемого светоделител  путем моделировани  формы зоны взаимодействи  между оптическими волокнами в процессе изготовлени , необходимость мен ть параметры нагревател  при изменении размера зоны плавлени .

Целью изобретени   вл ютс  повышение качества изготавливаемого светоделител  за счет моделировани  формы зоны взаимодействи , получаемой после плавлени , выт гивани  и скручивани  волокон с одновременным повышением технологичности ,

Это достигаетс  тем, что в способе изготовлени  волоконно-оптического светоделител , включающем совмещение не менее двух волокон, нагрев с одновременным выт гиванием и скручиванием при обеспечении посто нного контрол  параметров изготавливаемого светоделител , нагрев волокон осуществл ют путем сканировани  вдоль зоны взаимодействи  между волокна- Ми лазерным излучением, сфокусированным в виде кольца равномерно вокруг нее. В устройстве изготовлени  светоделител , содержащем расположенные по одной оси механизмы закреплени  волокон, установленные с возможностью синхронного

перемещени  в противоположные стороны параллельно указанной оси и поворота вокруг нее, средство нагрева волокон, размещенное между механизмами закреплени , и блок контрол  параметров изготавливаемого светоделител , средство нагрева волокон выполнено в виде лазера и оптической системы , жестко закрепленной на каретке, установленной с возможностью перемещени  вдоль оси, соедин ющей механизмы закреплени , и выполненной в виде оптически св занных расположенного под углом 45° к оптической оси по ходу излучени  первого зеркала с центральным отверстием, зеркального конуса с углом при направленной

в сторону зеркала вершине 90° и установленного соосно внутри первого полого усеченного зеркального конуса с вершиной направленной в противоположную сторону, второго зеркала с центральным отверстием,

расположенного по ходу излучени  за первым зеркалом и перпендикул рно его плоскости , зеркального объектива с центральным отверстием и второго усеченного конуса с центральным отверстием и

углом при направленной в сторону второго зеркала вершине 135°С и расположенного по оптической оси, совмещенной на участке между зеркальным объективом и вторым полым усеченным конусом с осью размещени 

механизмов закреплени  волокон.

Сущность изобретени  заключаетс  в следующем,

Диаметр выт гиваемого оптического волокна, расплавленного в зоне с определенным размером, измен етс  по параболическому закону и описываетс  формулой

D(Z) Dt(1 + yZ2),

где Z - текуща  координата профил ; Dt - диаметр минимального размера профил ; у- посто нна  дл  данного параболического профил , завис ща  от размера зоны плавлени  AZ и длины раст жени  I.

При заданных размерах зоны плавлени  Л7 и длины раст жени  I пэра- метр у измен етс  по определенному закону, в процессе раст жени  и при завершении этого процесса имеет определенную величину. Если в процессе выт гивани  оптического волокна есть возможность мен ть размер зоны плавлени  AZ, то и параметр у формируетс  с учетом этого изменени  и при завершении этого процесса получают форму профил , соответствующую полученному параметру профил  у.

Механизм формировани  профил  зоны взаимодействи  в волоконно-оптическом светоделителе аналогичен вышеуказанному . При выт гивании расплавленных в зоне соприкосновени  оптических волокон их сердцевины тер ют в большой степени свои провод щие свойства, а волокна - свою ин- дивидуальность. Полученна  таким образом , структура представл ет собой волновод сложной формы, сердцевина которого имеет показатель преломлени  оболочки используемых волокон, а оболочка имеет показатель преломлени  окружающей среды . Механизм перераспределени  оптических полей в этой структуре св зан с интерференцией мод, возбуждаемых в ней, и зависит от ее формы, котора  оказывает вли ние на качество изготавливаемого волоконно-оптического светоделител , а именно на потери и на температурную стабильность .

Формирование размера зоны плавлени  AZ и его изменение в процессе изготовлени  волоконно-оптического светоделител  осуществл етс  посредством сканировани  по зоне соприкосновени  оптических волокон зоной локального плавлени  с размером 5Z . Зона локального плавлени  6Z формируетс  лазерным излучением , фокусируемым оптической системой . Дл  обеспечени  равномерного нагрева расплавл емых волокон поперечное сечение лазерного пучка преобразуетс  посредством конусных зеркал в кольцо. При помощи двух плоских зеркал преобразованное таким образом лазерное излучение направл етс  на зеркальный объектив и при

помощи зеркального конуса пересекает оптическую ось, по которой проход т рэсплав- л емые волокна, формирует на их поверхности зону локального плавлени  и 5 фокусируетс  в виде кольца вокруг зоны соприкосновени  этих волокон. Изменение рассто ни  между зеркальным объектовом и зеркальным конусом, дает возможность измен ть размер зоны локального плэвле0 ни  и подобрать оптимальную дл  данного типа волокон плотность мощности лазерного излучени .

На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства дл  изготовлени  волоконно5 оптического светоделител ; на фиг. 2 - оптическа  система.

Устройство содержит механизмы 2 и 3 закреплени  волокон, расположенные на одной оси и установленные с возможностью

0 синхронного перемещени  в противоположные стороны параллельно указанной оси, осуществл емого с помощью винта с нарезанными на ней правой и левой резьбой , поворот вокруг этой оси осуществл ет5 с  с помощью редуктора и электродвигател , блок 3 контрол  параметров изготавливаемого светоделител , средство А нагрева волокон, выполненное в виде лазера 5 и оптической системы б, жестко

0 закрепленной на каретке, и блок 8 управлени  механизмами закреплени  и кареткой. Каретка 7 расположена между механизмами 1 и 2 и направление ее движени  совпадает с направлением оси, соедин ющей эти ме5 ханизмы. Направление излучени  лазера 6 совпадает с направлением оси. соедин ющей механизмы 1 и 2. Оптическа  система 6, жестко закрепленна  на каретке 4. выполнена в виде расположенных по ходу излуче0 ни  лазера 5, первого зеркала 9 с центральным отверстием, расположенного под углом 45° к оптической оси зеркального конуса 10 с углом при вершине 90°, а вершина направлена в сторону первого зеркала 9,

5 установленного внутри полого усеченного зеркального конуса 11 с углом при нершине 90° и соосно с ним, причем вершины конусов направлены и противоположные стороны , второе зеркало 12 с центральным

0 отверстием, расположенное под углом 45° к оптической оси и по ходу излучени  за первым зеркалом 9, зеркальный объектив 13 с центральным отверстием, усеченный зеркальный конус 14 с центральным отверстп5 ем с углом при вершине 135°, вершина которого направлена в сторону второго зеркала 12 и расположена на оптической оси, совмещенной на участке между зеркальным объективом 13 и зеркальным конусом 14 с

осью, на которой расположены механизмы 1 и 2.

Способ осуществл етс  следующим образом .

Оптические волокна, используемые дл  изготовлени  волоконно-оптического светоделител , закрепл ютс  в механизмы 1 и 2 таким образом, чтобы между ними формировалась зона соприкосновени , совпадающа  с осью, на которой они расположены. Излучение лазера 5,поперечное сечение которого преобразовано зеркальными конуса- ми 10 и 11 в кольцо, напраел етс  посредством зеркал 9 и 12 на зеркальный объектив 13, который с помощью зеркального конуса 14 формирует на поверхности этой зоны зону локального плавлени , фокусирует ее вокруг зоны соприкосновени  волокон .

Перемещение зоны локального плавлени  по зоне взаимного соприкосновени  во- локон, осуществл емое посредством сканировани  оптической системой 6, жестко закрепленной на каретке 7 вдоль оси, соедин ющей механизмы 1 и 2, выт гивание расплавл емых волокон посредством синхронного перемещени  в противоположные стороны механизмов 1 и 2 вдоль соедин ющей их оси и последующее скручивание расплавл емых волокон посредством синхронного поворота каналов 1 и 2 в противоположные стороны вокруг соедин ющей их оси позвол ют получить предвариФормула изобретени 

1.Способ изготовлени  волоконно-оптического светоделител , включающий совмещение не менее двух волокон, нагрев с одновременным выт гиванием и скручиванием при обеспечении посто нного контрол  параметров изготавливаемого светоделител , отличающийс  тем, что на- грев волокон осуществл ют путем скани- ровани  вдоль зоны взаимодействи  между волокнами лазерным излучением, сфокусированным в виде кольца равномерно вокруг нее.

2.Устройство изготовлени  волоконно- оптического светоделител , содержащее расположенные по одной оси механизмы закреплени  волокон, установленные с возможностью синхронного перемещени 

в противоположные стороны параллельно указанной оси и поворота вокруг нее, средство нагрева волокон, размещенное между механизмами закреплени , и блок

тельно заданную форму зоны взаимодействи  между волокнами. Параметры сканировани , выт гивани  и скручивани  задаютс  блоком 8 управлени  и контролируютс  им.

Измерение параметров изготавливаемого волоконно-оптического светоделител  контролируетс  блоком 3 и полученные данные поступают в блок 8 управлени .

При формировании профил  зоны взаимодействи  между волокнами существенное значение имеет скорость выт жки и скручивани . Скорость сканировани  определ ет нагревзоны плавлени  и ее величина зависит от типа используемых волокон.

Таким образом, описываемый способ изготовлени  волоконно-оптического светоделител  позвол ет задавать различные размеры зоны плавлени , не мен   при этом параметры элементов устройства, что повышает технологичность способа и качество изготавливаемых волокон. (56) R.A. Bergh, G. Kotler, H.J. Shaw. Sinle mode fibre optic directional coupler Electronocs Letters 1980, 16, p.260

M.Digonnet, H.J.Shaw Anglisis of

atunable single mode optical fibre coupler IEEE Journal of Quantum Electronics, 1982, 4, p.746.

I.Yokohama, J. Noda Fibrecoupler

fabrication with automatic fusion elongation processes for low exess and high conpllng ratio accuracy. Journal of Lightwate thecnobogy, 1987, 7, p.910.

контрол  параметров изготавливаемого светоделител , отличающеес  тем, что средство нагрева волокон выполнено в виде лазера и оптической системы, жестко закрепленной на каретке, установленной с возможностью перемещени  вдоль оси, соедин ющей механизмы закреплени , и выполненной в виде оптически св занных расположенного под углом 45 к оптической оси по ходу излучени  первого зеркала с центральным отверстием, зеркального конуса с углом при направленной в сторону зеркала вершине 90 и установленного соосно внутри первого полого усеченного зеркального конуса с вершиной, направ- ленной в противоположную сторону, вто- рого зеркала с центральным отверстием, расположенного по ходу излучени  за первым зеркалом и перпендикул рно к его плоскости, зеркального объектива с центральным отверстием и второго усеченного конуса с центральным отверстием и углом при направленной в сторону второго зеркала вершине 135 и расположенного на

оптической оси, совмещенной на участке между зеркальным объективом и вторым

полым усеченным конусом с осью размещени  механизмов закреплени  волокон.

Уч

ХЧ

§5

1

Щ

10 11

Фиг. 2.