RU2229770C2 - Устройство для защиты волоконных линий от разрушения под действием лазерного излучения - Google Patents
Устройство для защиты волоконных линий от разрушения под действием лазерного излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2229770C2 RU2229770C2 RU2002118838/28A RU2002118838A RU2229770C2 RU 2229770 C2 RU2229770 C2 RU 2229770C2 RU 2002118838/28 A RU2002118838/28 A RU 2002118838/28A RU 2002118838 A RU2002118838 A RU 2002118838A RU 2229770 C2 RU2229770 C2 RU 2229770C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- optical
- diameter
- core
- length
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/04—Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
- C03C13/045—Silica-containing oxide glass compositions
- C03C13/046—Multicomponent glass compositions
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/36—Mechanical coupling means
- G02B6/38—Mechanical coupling means having fibre to fibre mating means
- G02B6/3807—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs
- G02B6/381—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs of the ferrule type, e.g. fibre ends embedded in ferrules, connecting a pair of fibres
- G02B6/3813—Dismountable connectors, i.e. comprising plugs of the ferrule type, e.g. fibre ends embedded in ferrules, connecting a pair of fibres for transmission of high energy beam
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
- Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области лазерной техники и волоконной оптики. Устройство содержит отрезок волоконного световода, сердцевина которого имеет неизменный диаметр по всей длине указанного отрезка. Оболочка отрезка волоконного световода, по меньшей мере, на одном участке длиной L≥10D указанного отрезка световода имеет уменьшенный диаметр d поперечного сечения, находящийся в диапазоне D<d≤min(4D, 40 мкм), где D - диаметр поля моды. При распространении волны оптического разряда по световоду, в области сердцевины возникает плазма с давлением порядка 104 атмосфер, под действием которого происходит разрушение кварцевой оболочки световода в области уменьшения диаметра и остановка процесса разрушения. В волоконных линиях устанавливают, по меньшей мере, один отрезок световода с уменьшенной толщиной кварцевой оболочки, при этом сердцевина световода не деформируется. Устройство обеспечивает остановку процесса разрушения и при увеличении мощности лазерного излучения, не внося дополнительных потерь в волоконную линию. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к области лазерной техники и волоконной оптики и промышленно применимо в системах волоконно-оптической связи, в лазерно-волоконных устройствах для обработки материалов, а также в медицине и других областях, где используется передача по волоконным световодам оптического излучения мощностью порядка одного ватта и выше.
В настоящее время происходит процесс резкого увеличения скорости передачи информации в системах волоконно-оптической связи.
Увеличение скорости передачи информации по волоконным световодам делает необходимым передачу большого количества отдельных каналов по одному световоду, используя метод спектрального уплотнения каналов (в иностранной литературе данный метод обозначается как WDM-wavelength division multiplexing). Кроме того, становится необходимым применение оптических усилителей в волоконных линиях связи.
Возрастание числа передаваемых каналов по одному световоду, применение оптических усилителей (как эрбиевых волоконных усилителей с высокой выходной мощностью, так и рамановских волоконных усилителей), введение в световод излучения накачки оптических усилителей уже сейчас приводит к возрастанию средней мощности оптического излучения в световоде до уровня порядка одного ватта.
При таких уровнях мощности может иметь место явление разрушения волоконных световодов под действием оптического излучения. В зарубежной технической литературе данное явление в световодах на основе кварцевого стекла (а именно такие световоды составляют основу современных волоконных линий связи) обозначается как “catastrophic damage” (катастрофическое разрушение) или “fuse effect” (эффект плавления, эффект бикфордова шнура). Действительно, разрушение световода под действием лазерного излучения напоминает горение огнепроводного шнура.
В рамках настоящего описания мы будем ссылаться на это явление как на распространение дозвуковой (т.е. распространяющейся с дозвуковой скоростью) волны оптического разряда по световоду, что отражает физическую природу происходящих процессов, или, для краткости, как на распространение волны оптического разряда.
Впервые сообщение о разрушении одномодовых световодов под действием оптического излучения было опубликовано в 1987 г. (см. Raman Kashyap. Self-propelled self-focusing damage in optical fibers// Proc.Conf.Lasers'87, Lake Tahoe, Nevada, 1987, Dec.7-11, p.859-866 - {Самодвижущееся разрушение в оптических волоконных световодах возникающее как результат самофокусировки}).
В данной работе фактически было продемонстрировано, что если по световоду распространяется лазерное излучение мощностью порядка 1 ватта, то возможно возникновение волны оптического разряда, см. фиг.1, где 1 - световод, 2 - область свечения плазмы в волне оптического разряда, стрелка 3 показывает направление ввода лазерного излучения в световод и стрелка 4 показывает направление движения волны оптического разряда по световоду. Хотя авторы данной работы трактовали это явление иначе, внешне это выглядит как движение области яркого белого или голубоватого свечения (в виде маленькой “звездочки”) по сердцевине световода, которое распространяется навстречу лазерному излучению со скоростью порядка 1 м/с. Область яркого свечения представляет собой область низкотемпературной плазмы. Температура “звездочки” оценивалась по спектру ее свечения (см. D.P.Hand, P.St.J.Russel. Solitary thermal shock waves and optical damage in optical fibers: the fiber fuse.// Optics Letters, 1988, vol.13, № 9, p.767-769 - {Солитонные тепловые ударные волны и оптические повреждения в оптических волоконных световодах: эффект волоконного бикфордова (огнепроводного) шнура}) и оказалась порядка 5400 К.
Но этот процесс не возникает спонтанно при введении в световод указанной выше мощности. Для инициирования процесса необходимо при наличии в световоде излучения мощностью порядка ватта создать в этом световоде область повышенного поглощения лазерного излучения, например, путем нагрева участка световода до ~1000°С (в электрической дуге или с помощью горелки), нанесения на торец световода, поглощающего лазерное излучение вещества, изгиба световода с достаточно малым радиусом. В частности, процесс распространения волны оптического разряда может быть инициирован при прикосновении выходного торца световода (торца, из которого выходит лазерное излучение) к поглощающей свет поверхности (в том числе к металлической).
Фактически при инициировании процесса в сердцевине световода образуется плотная плазма, которая, с одной стороны, поглощает излучение, распространяющееся по световоду, а с другой стороны, за счет теплопроводности передает окружающим холодным слоям материала тепловую энергию. Нагреваемые таким образом области сердцевины, находящиеся в поле лазерного излучения, начинают в свою очередь поглощать излучение. В этом и заключается механизм распространения оптического разряда по сердцевине световода, который аналогичен механизму распространения фронта медленного химического горения в газах и твердых телах (Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. Гидродинамика, М.: Наука, 1986, гл. XIV, §128 Медленное горение, с. 662-670). Здесь слово “медленный” означает “распространяющийся с дозвуковой скоростью”.
После распространения волны разряда в сердцевине световода в большинстве случаев образуются полости (или пузыри) размерами порядка нескольких микрон, причем полости могут формировать периодическую структуру вдоль сердцевины световода (см. фиг.2.). Формирование таких полостей полностью нарушает световедущие свойства волоконного световода.
Известен способ защиты волоконных линий связи от полного разрушения при возникновении волны оптического разряда в световоде (см. D.P.Hand, T.A.Birks. Single-mode tapers as 'fibre fuse' damage circuit-breakers - {Одномодовые фоконы как сетевые предохранители от повреждений (световодов) из-за эффекта волоконного бикфордова шнура}// Electronics Letters, 1989, vol.25, № 1, p.33-34).
Способ заключается в создании и использовании своеобразных предохранителей от распространения волны оптического разряда по волоконным световодам. Известно, что процесс разрушения световода под действием излучения существенно зависит от интенсивности лазерного излучения в световоде. Для снижения интенсивности лазерного излучения, хотя бы на некотором участке волоконной линии связи, авторы предложили вводить в волоконную линию отрезок световода с перетяжкой, см. фиг.3, где 5 - область перетяжки световода, 6 - отражающая оболочка световода, преимущественно кварцевая, заштрихована на фиг.3, 7 - сердцевина световода, 8 - пунктирная линия, показывающая границы поля моды лазерного излучения в световоде и его изменение с изменением диаметра сердцевины, 9 - осевая линия световода. Как можно видеть из фиг.3, отрезок световода с перетяжкой является отрезком световода, на некотором участке которого диаметр поперечного сечения световода имеет меньшую величину, причем пропорционально уменьшены и все другие размеры, описывающие структуру поперечного сечения световода, например диаметр сердцевины световода. Перетяжку на фиг.3 можно рассматривать как совокупность двух последовательно соединенных фоконов. При прохождении света через область перетяжки изменяется (увеличивается) диаметр поля моды в световоде, что приводит к снижению интенсивности излучения и, при благоприятных обстоятельствах, к остановке процесса распространения оптического разряда. (Под диаметром поля моды (часто обозначаемую как MFD-mode field diameter) в световоде мы подразумеваем обычно используемую в волоконной оптике величину, характеризующую поперечный размер пространственной области, занятой полем излучения в одномодовом световоде, как она определяется, например, в книге G.Keiser. Optical Fiber Communications. (Third edition) McGraw Hill, 2000, p.63-64, and referencies in it).
Как можно видеть на графике фиг.5, где представлена зависимость, полученная экспериментально, путем измерения зависимости минимально необходимой мощности лазерного излучения в сердцевине световода для поддержания распространения волны оптического разряда для световодов различных типов: для германатных (т.е. сердцевина которых содержит в основном SiO2 и GeO2) и фосфорного световода (т.е. сердцевина которого содержит в основном SiO2 и Р2O5). Цифры у экспериментальных точек указывают тип световода: 1-фосфоросиликатный световод, 2-7 - германосиликатные световоды. При увеличении диаметра поля моды в световоде пороговое значение мощности для поддержания распространения оптического разряда возрастает. На этом основано действие наиближайшего аналога.
В результате повреждается не вся волоконная линия, а только отрезок между точкой инициирования и точкой остановки волны разряда. Подчеркнем, что данный метод, реализованный в устройстве, применим только для одномодовых световодов, так как только в таких световодах снижается интенсивность излучения при включении в линию перетяжки. Таким образом, с помощью описанного метода осуществляется остановка нежелательных процессов, и защищается от разрушения та часть линии связи, которая лежит между указанным отрезком волокна и источником лазерного излучения.
Основными недостатками данного устройства для защиты волоконных линий связи являются:
а) в предложенном устройстве имеет место изменение параметров сердцевины световода, что может привести к дополнительным потерям и искажению полезного сигнала, например, из-за частичного его отражения;
б) при увеличении мощности интенсивность излучения в сердцевине световода возрастает, в том числе и в области перетяжки, что приведет к прохождению волны оптического разряда через область перетяжки без остановки. Таким образом, при увеличении мощности излучения устройство теряет свою эффективность.
К недостаткам данного устройства также относится технологическая сложность его изготовления, заключающаяся в необходимости плавления световода и прецезионного его растяжения.
В рамках указанного описания авторы вводят ряд определений, касающихся параметров оптического волокна для однозначного понимания существа заявленного технического решения. Авторы вводят понятие параметра d поперечного сечения световода. Определим этот параметр d поперечного сечения рассматриваемого отрезка световода как диаметр оболочки из плавленого кварца световода в рассматриваемом сечении, если световод обладает цилиндрической симметрией относительно оси, и определим параметр d как удвоенное минимальное расстояние от геометрического центра сечения сердцевины световода до границы кварцевой оболочки, если форма световода не обладает цилиндрической симметрией (в случае цилиндрического световода определение этого параметра совпадает с определением d, данным выше как диаметра оболочки световода).
В соответствии с вышеизложенным, задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства для защиты волоконных линий от разрушения волной оптического разряда, распространяющегося по световоду под действием лазерного излучения, которое при увеличении мощности лазерного излучения в световоде сохраняло бы свою эффективность, не внося при этом дополнительных оптических потерь в волоконную линию связи.
Указанный результат достигается за счет обеспечения устройства для защиты волоконной линии от разрушения под действием лазерного излучения, содержащего отрезок волоконного световода, сердцевина которого имеет неизменный диаметр по всей длине указанного отрезка, а оболочка отрезка волоконного световода, по меньшей мере, на одном участке длиной L≥10D указанного отрезка световода имеет параметр поперечного сечения, находящийся в диапазоне D<d≤min(4D, 40 мкм), где D - диаметр поля моды.
При этом оболочка световода выполнена из стекла на основе плавленого кварца.
Кроме того, указанный отрезок световода сформирован непосредственно в защищаемой волоконной линии.
При этом указанный отрезок волоконного световода дополнительно вводится в состав защищаемой волоконной линии, например, с помощью сварки или соединений с помощью оптических разъемов.
Кроме того, указанный отрезок волоконного световода может быть выполнен цилиндрическим, сердцевина которого имеет неизменный диаметр по всей длине указанного отрезка, а диаметр оболочки отрезка волоконного световода, по меньшей мере, на одном участке длиной L≥10D указанного отрезка световода находится в диапазоне D<d≤min(4D, 40 мкм), где D - диаметр поля моды.
При этом указанный отрезок световода цилиндрической формы может быть сформирован непосредственно в защищаемой волоконной линии, и может дополнительно вводится в состав защищаемой волоконной линии, например, с помощью сварки или соединений с помощью оптических разъемов.
В указанном устройстве реализуется совершенно другой физический механизм остановки распространения волны оптического разряда, а именно за счет снижения коэффициента поглощения лазерного излучения в плазме оптического разряда, распространяющегося по сердцевине световода, при снижении плотности этой плазмы.
Авторами было обнаружено явление деформации и даже полного разрушения кварцевой оболочки волоконного световода под действием механического и теплового воздействия плазмы оптического разряда, распространяющегося по световоду под действием лазерного излучения.
При нагреве вещества сердцевины в волне оптического разряда до ~5000К при сохранении неизменным объема вещества давление в области плазмы достигает ~104 атм.
На поверхности кварцевой оболочки стандартного световода диаметром 125 мкм температура повышается лишь на 200-300 К после прохождения оптического разряда по сердцевине. Поверхность световода при этом находится при давлении 1 атм. Но, как известно из экспериментов, механическая прочность световодов на основе кварцевого стекла достаточно высока и не допускает разрушения оболочки световода при таких условиях, что в свою очередь создает условия для распространения волны оптического разряда по световоду.
Если же на некотором участке световода удалить часть кварцевой оболочки (например, путем локального уменьшения ее диаметра), так чтобы оставшаяся ее часть прогревалась плазмой волны оптического разряда до температуры, при которой под действием избыточного давления, создаваемого плазмой, стала возможна деформация (расширение, даже вплоть до полного механического разрушения) оболочки световода, приводящая к снижению плотности плазмы и, как следствие, к уменьшению поглощения в ней лазерного излучения и соответствующему снижению энерговыделения, то распространение волны оптического разряда прекратится.
Причем чем выше мощность лазерного излучения, тем выше давление и температура в плазме оптического разряда и тем быстрее произойдет разрушение световода с остановкой волны оптического разряда. Таким образом, при повышении мощности лазерного излучения надежность предлагаемого устройства только возрастает (в отличие от наиближайшего аналога). При уменьшении диаметра кварцевой оболочки сердцевина световода не изменяется, что обеспечивает малое возмущение параметров волноводного канала, опять же в отличие от наиближайшего аналога.
Размеры участка световода с уменьшенным диаметром оболочки из кварцевого стекла задаются из условия необходимой чувствительности устройства и максимально допустимой величины вносимых искажений в волноводные свойства световода.
Авторами были выполнены несколько серий экспериментов для определения возможности остановки распространения волны разряда по световоду. Эксперименты проводились следующим образом. Участок световода со стандартным диаметром оболочки из кварцевого стекла 125 мкм подвергался травлению в растворе плавиковой кислоты. В результате травления диаметр оболочки уменьшался, причем его конечное значение регулировалось временем травления. После этого в световод с одной стороны вводилось излучение непрерывного волоконного лазера волн различной мощности. У другого конца световода инициировалась волна оптического разряда, которая распространялась по световоду навстречу лазерному излучению и проходила через участок с травленой кварцевой оболочкой. В различных экспериментах использовались световоды с различными параметрами сердцевины, с различными значениями диаметра кварцевой оболочки в области травления и волоконные лазеры с различными длинами волн излучения (из ряда 1.06, 1.24 и 1.48 мкм). В каждом эксперименте волна оптического разряда или проходила через участок с уменьшенным диаметром внешней оболочки, или процесс распространения прерывался (см. фиг.8 и 9). На фиг.8 представлена фотография сработавшего устройства для защиты волоконных линий связи, реализующего описанный способ, где 11 - пузыри или пустоты, образующиеся в области сердцевины световода после прохождения волны оптического разряда, здесь они имеют форму, отличную от наблюдаемой на фиг.2; 12 - область разрушения кварцевой оболочки световода под действием давления плазмы в волне медленного оптического разряда. Масштаб указанной фотографии следующий: высота фиг.8 соответствует 65 мкм, ширина - 250 мкм. Лазерное излучение распространялось слева направо.
На фиг.9 изображена фотография устройства для защиты волоконных световодов в оптических линиях связи от разрушения под действием лазерного излучения согласно изобретению, где а - вид устройства до возбуждения волны оптического разряда в световоде, b - вид устройства после срабатывания - после остановки волны оптического разряда. Область остановки обведена кружком. Световод при срабатывании не разрушился, в отличие от представленного на фиг.8. Масштаб изображения на фиг.9: а и b - каждое деление шкалы соответствует 0.1 мм; с - увеличенное изображение области, приблизительно обозначенной окружностью на фиг.9 b. Масштаб: полная ширина кадра соответствует 1 мм. Лазерное излучение распространялось справа налево.
Несмотря на большое количество параметров, изменяющихся от опыта к опыту (концентрации различных примесей в сердцевине, диаметр сердцевины, разность показателей преломления между сердцевиной и оболочкой, длина волны излучения, диаметр оболочки световода в области травления, мощность излучения, введенного в световод), полученные результаты показали, что процесс остановки волны оптического разряда определяется диаметром поля моды излучения в световоде и диаметром оболочки световода в той области, где он уменьшен с помощью травления.
А именно, выполненные авторами эксперименты показали, что остановка волны оптического разряда при ее распространении по световоду с уменьшенным диаметром оболочки (определим этот диаметр как параметр d поперечного сечения рассматриваемого отрезка световода) происходит в том случае, если параметр d оболочки световода не превышает наименьшей из величин (4D)и (40 мкм), т.е. если d≤min(4D, 40 мкм), где D - диаметр поля моды в одномодовом волоконном световоде, по которому распространяется лазерное излучение (до уменьшения размеров оболочки). (В уровне техники по волоконной оптике данная величина часто обозначается как MFD-mode field diameter). С другой стороны, для ограничения различного рода искажений, которые может вносить такое сужение в канал передачи излучения, наименьшее значение параметра d должно быть больше D (см. фиг.4).
Кроме того, те же эксперименты показывают (см., например, фиг.9), что для остановки процесса распространения волны оптического разряда необходимо, чтобы длина участка световода L с уменьшенным значением параметра d была не менее 10D, то есть L≥10D.
Для остановки волны оптического разряда можно использовать и другие формы поперечного сечения (отличные от круговой) световода с уменьшенными размерами оболочки. В таком случае параметр d определим как удвоенное минимальное расстояние от геометрического центра сечения сердцевины световода до границы кварцевой оболочки (в случае цилиндрического световода определение этого параметра совпадает с определением d, данным выше как диаметра оболочки световода в области сужения). Но поскольку изготовление аксиально-симметричных (или почти аксиально-симметричных) волоконных элементов значительно проще по технологии, то в качестве примеров рассматриваются только такие конструкции.
Таким образом, предлагаемое устройство для защиты волоконных световодов от разрушения волной оптического разряда представляет собой отрезок волоконного световода, на некотором участке которого длиной L уменьшен параметр d световода до величин, указанных на фиг.4 как заштрихованная область. При этом сердцевина световода остается практически неизмененной, а вносимые изменения в волноводные свойства волоконного световода минимальными.
В итоге защита волоконной линии достигается тем, что в ней размещают, по меньшей мере, один отрезок световода с измененной формой поперечного сечения, или изменяют форму поперечного сечения некоторого участка световода в защищаемой линии таким образом, чтобы
а) диаметр сердцевины световода оставался неизмененным, б) параметр d световода в области измененного поперечного сечения составлял d≤min(4D, 40 мкм) при длине такой области L≥10D.
Изобретение поясняется на примере предпочтительного варианта его осуществления со ссылками на сопроводительные чертежи, при этом одинаковые элементы на чертежах обозначены одними и теми же позициями.
На фиг.1 представлена схема распространения волны оптического разряда по световоду согласно известному уровню техники.
На фиг.2 представлена фотография периодической структуры пузырей в сердцевине световода (световод LEAF, Corning), образованной под действием излучения Nd:YAG лазера с длиной волны 1.06 мкм и мощностью 4.2 Вт. Излучение распространялось слева направо. Масштаб: каждое деление шкалы - 10 мкм.
На фиг.3 представлена cхема, иллюстрирующая реализацию способа защиты световода от разрушения под действием лазерного излучения согласно известному уровню техники.
На фиг.4 представлены графики, иллюстрирующие значения диаметра оболочки d из стекла на основе плавленого кварца, которые обеспечивают функционирование защитных элементов согласно изобретению в зависимости от диаметра поля моды световода (заштрихованная область).
На фиг.5 представлена зависимость, полученная экспериментально, путем измерения зависимости минимально необходимой мощности лазерного излучения в сердцевине световода для поддержания распространения волны оптического разряда для световодов различных типов: для германатных (т.е. сердцевина которых содержит в основном SiO2 и GeO2) и фосфорного световода.
На фиг.6 представлена схема, иллюстрирующая предлагаемое устройство для защиты световода от разрушения под действием лазерного излучения согласно настоящему изобретению.
На фиг.7 представлено поперечное сечение предлагаемого устройства по линии А-А (см. фиг.6).
На фиг.8 представлена фотография сработавшего устройства для защиты волоконных линий связи, реализующего предлагаемый способ, соответствует 65 мкм, ширина - 250 мкм. Лазерное излучение распространялось слева направо.
На фиг.9 представлена фотография устройства для защиты волоконных световодов в оптических линиях связи от разрушения под действием лазерного излучения согласно изобретению, где а - вид устройства до возбуждения волны оптического разряда в световоде, b - вид устройства после срабатывания - после остановки волны оптического разряда, с - увеличенное изображение области, приблизительно обозначенной окружностью на фиг.9, b.
При инициировании оптического разряда в световоде он движется навстречу лазерному излучению (см. фиг.1), и при отсутствии препятствий на его пути разряд пройдет все расстояние по световоду до источника излучения. После прохождения оптического разряда оптическое волокно теряет свои волноводные свойства из-за нарушения структуры сердцевины световода (см. фиг.2).
На фиг.6 представлен возможный вариант схемы устройства для защиты световода от разрушения под действием лазерного излучения согласно настоящему изобретению. Устройство для защиты световода представляет собой отрезок световода согласно фиг.6, где 7 - сердцевина световода, 6 - оболочка световода, 8 - пунктирные линии, показывающие положение поля моды в световоде, расстояние между ними равно диаметру D поля моды лазерного излучения в световоде, 10 - участок волоконного световода с уменьшенным диаметром отражающей оболочки. Сечение по линии А-А показано на фиг.7.
Устройство включается, например, с помощью сварки, в состав защищаемой волоконной линии и функционирует следующим образом. При распространении волны оптического разряда по световоду, как описано выше, в области сердцевины 7 из-за высокой температуры возникают давления порядка 104 атмосфер. Эта величина близка к пределу разрушения материала световода, нагретого из-за теплопроводности и излучения из области плазмы до температур в несколько сот градусов, поэтому при достаточно тонкой оболочке световода такое давление приводит к разрушению световода, падению давления в области сердцевины, резкому снижению плотности поглощающей лазерное излучение плазмы, соответствующему снижению поглощения излучения и, как следствие, остановке волны оптического разряда.
Таким образом, в волоконных линиях устанавливают, по меньшей мере, один отрезок световода с уменьшенной толщиной кварцевой оболочки 6, при этом совершенно не деформируя сердцевину 7 согласно фиг.6. Данная операция, с одной стороны, не вносит существенных искажений в канал распространения сигнала (сердцевина не деформируется), а с другой - способ изготовления таких устройств предохранения прост: можно простым химическим травлением уменьшить диаметр оболочки световода.
Реализованный вариант устройства для защиты волоконных световодов от разрушения под действием лазерного излучения представлен на фотографии фиг.9. Устройство представляет собой отрезок волоконного световода с диаметром поля моды 8.9 мкм, внешний диаметр которого на некотором отрезке (в данном случае длиной около 1 мм) уменьшен путем травления этого отрезка в растворе кислоты HF. Лазерное излучение распространялось справа налево. На фиг.9а показано устройство до момента срабатывания. Излучение мощностью до 5 Вт проходило по нему беспрепятственно. На фиг.9b представлен вид того же устройства, после того как вне его была инициирована волна оптического разряда, которая распространялась слева направо по световоду. После того как волна достигла точки световода с диаметром оболочки около 30 мкм, ее распространение прекратилось. Минимальный диаметр световода в устройстве на фиг.9 составлял 20 мкм.
Слева от точки остановки (на фиг.9b обозначена кружком) наблюдается тот же характер разрушения световода, как и световода с нормальным диаметром кварцевой оболочки - периодическая последовательность пустот в сердцевине световода. Незадолго до точки остановки размеры пустот увеличиваются, и процесс распространения оптического разряда прекращается. Причем остановка распространения разряда сопровождается или расширением участка световода (фиг.9b, с), или разрушением световода в точке остановки (фиг.8).
Устройство для защиты волоконных световодов может быть также выполнено путем формирования отрезка световода с уменьшенным диаметром кварцевой оболочки непосредственно на световоде волоконной линии, защиту которой необходимо осуществить, а не на специальном отрезке световода, который затем вваривается в защищаемую волоконную линию. В этом случае отпадает необходимость проводить дополнительную сварку световодов, что приводит к дополнительным потерям излучения в линии, но подразумевает изготовление соответствующих сужений световодов фактически в полевых условиях, что имеет свои отрицательные стороны.
Для защиты протяженных телекоммуникационных линий необходимо располагать такие защитные устройства периодически вдоль линии, чтобы в случае непредвиденного возникновения волны оптического разряда в телекоммуникационной сети был выведен из строя только один промежуток.
Предлагаемое устройство может использоваться в телекоммуникационных линиях связи, а конкретнее для защиты световодов от разрушения под действием лазерного излучения. Кроме того, устройства согласно изобретения могут использоваться в процессах лазерной обработки материалов, в лазерной хирургии и других медицинских лазерных установках для защиты излучающего лазера.
Claims (7)
1. Устройство для защиты волоконной линии от разрушения под действием лазерного излучения, содержащее отрезок волоконного световода, сердцевина которого имеет неизменный диаметр по всей длине указанного отрезка, а оболочка отрезка волоконного световода, по меньшей мере, на одном участке длиной L≥10·D указанного отрезка световода имеет параметр d поперечного сечения, находящийся в диапазоне D<d≤min(4D, 40 мкм), где D - диаметр поля моды.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оболочка световода выполнена из стекла на основе плавленого кварца.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный отрезок световода сформирован непосредственно в защищаемой волоконной линии.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный отрезок волоконного световода дополнительно вводится в состав защищаемой волоконной линии, например, с помощью сварки или соединений с помощью оптических разъемов.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный отрезок волоконного световода выполнен цилиндрическим, сердцевина которого имеет неизменный диаметр по всей длине указанного отрезка, а диаметр d оболочки отрезка волоконного световода, по меньшей мере, на одном участке длиной L≥10·D указанного отрезка световода находится в диапазоне D<d≤min(4D, 40 мкм), где D - диаметр поля моды.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что указанный отрезок световода сформирован непосредственно в защищаемой волоконной линии.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что указанный отрезок волоконного световода дополнительно вводится в состав защищаемой волоконной линии, например, с помощью сварки или соединений с помощью оптических разъемов.
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002118838/28A RU2229770C2 (ru) | 2002-07-12 | 2002-07-12 | Устройство для защиты волоконных линий от разрушения под действием лазерного излучения |
| AU2002368065A AU2002368065A1 (en) | 2002-07-12 | 2002-12-26 | Device for protecting fibre lines against destruction by laser radiation |
| EP02807601A EP1528696B1 (en) | 2002-07-12 | 2002-12-26 | Device for protecting fibre lines against destruction by laser radiation |
| PCT/RU2002/000561 WO2004008665A1 (fr) | 2002-07-12 | 2002-12-26 | Dispositif pour proteger les lignes a fibres de la destruction sous l'effet du rayonnement laser |
| KR1020057000599A KR20050034714A (ko) | 2002-07-12 | 2002-12-26 | 레이저 조사로 인한 섬유선 파손 방지장치 |
| CNB02829310XA CN1330117C (zh) | 2002-07-12 | 2002-12-26 | 保护光纤线路免受激光辐射损坏的装置 |
| DE60231841T DE60231841D1 (de) | 2002-07-12 | 2002-12-26 | Vorrichtung zum schutz von faserstrecken gegen zerstörung durch laserstrahlung |
| JP2004521325A JP4273075B2 (ja) | 2002-07-12 | 2002-12-26 | レーザー放射線による破壊からファイバーラインを保護するためのデバイス |
| US10/519,249 US20050249469A1 (en) | 2002-07-12 | 2002-12-26 | Device for protecting fibre lines against destruction by laser radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002118838/28A RU2229770C2 (ru) | 2002-07-12 | 2002-07-12 | Устройство для защиты волоконных линий от разрушения под действием лазерного излучения |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002118838A RU2002118838A (ru) | 2004-03-10 |
| RU2229770C2 true RU2229770C2 (ru) | 2004-05-27 |
Family
ID=30113472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002118838/28A RU2229770C2 (ru) | 2002-07-12 | 2002-07-12 | Устройство для защиты волоконных линий от разрушения под действием лазерного излучения |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20050249469A1 (ru) |
| EP (1) | EP1528696B1 (ru) |
| JP (1) | JP4273075B2 (ru) |
| KR (1) | KR20050034714A (ru) |
| CN (1) | CN1330117C (ru) |
| AU (1) | AU2002368065A1 (ru) |
| DE (1) | DE60231841D1 (ru) |
| RU (1) | RU2229770C2 (ru) |
| WO (1) | WO2004008665A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2561766C2 (ru) * | 2013-12-20 | 2015-09-10 | Илья Александрович Зайцев | Устройство для защиты волоконно-оптических компонент от разрушения лазерным излучением (варианты) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007139857A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Fujikura Ltd | シングルモード光ファイバ及びファイバレーザ |
| EP2128647A4 (en) * | 2007-01-23 | 2010-01-27 | Mitsubishi Electric Corp | EMBLEM |
| JP5952764B2 (ja) * | 2013-03-25 | 2016-07-13 | 日本電信電話株式会社 | ファイバヒューズストッパ、光コネクタ、及び光伝送システム |
| CN107907936A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-04-13 | 华中科技大学鄂州工业技术研究院 | 基于减少光纤包层厚度的光纤熔断抑制方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8722200D0 (en) * | 1987-09-21 | 1987-10-28 | British Telecomm | Modifying optical waveguide |
| JPH04371911A (ja) * | 1991-06-21 | 1992-12-24 | Hitachi Ltd | 光アイソレータおよび希土類添加ファイバ光増幅装置 |
| WO1995010868A1 (en) * | 1993-10-13 | 1995-04-20 | Italtel Società Italiana Telecomunicazioni S.P.A. | A high power optical fiber amplifier pumped by a multi-mode laser source |
| US5479546A (en) * | 1994-05-16 | 1995-12-26 | Litton Systems, Inc. | Optimized non-linear effect tapered optical fiber interferometer/switch device |
| GB2356262A (en) * | 1999-11-11 | 2001-05-16 | Schweizer Kashyap Hannah Usha | Gap or lens located bewteen two optic fibres to prevent heat spot damage |
| EP1146669B1 (en) * | 2000-03-24 | 2007-04-18 | BRITISH TELECOMMUNICATIONS public limited company | Optical communications system and method of protecting an optical route |
| US6608951B1 (en) * | 2000-11-28 | 2003-08-19 | Lew Goldberg | Optical fiber amplifiers and lasers and optical pumping device therefor |
| US6526192B2 (en) * | 2000-12-22 | 2003-02-25 | Nortel Networks Limited | Fiber fuse protection |
-
2002
- 2002-07-12 RU RU2002118838/28A patent/RU2229770C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2002-12-26 DE DE60231841T patent/DE60231841D1/de not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-26 EP EP02807601A patent/EP1528696B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-26 AU AU2002368065A patent/AU2002368065A1/en not_active Abandoned
- 2002-12-26 JP JP2004521325A patent/JP4273075B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-26 US US10/519,249 patent/US20050249469A1/en not_active Abandoned
- 2002-12-26 WO PCT/RU2002/000561 patent/WO2004008665A1/ru active Application Filing
- 2002-12-26 CN CNB02829310XA patent/CN1330117C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-26 KR KR1020057000599A patent/KR20050034714A/ko active IP Right Grant
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2561766C2 (ru) * | 2013-12-20 | 2015-09-10 | Илья Александрович Зайцев | Устройство для защиты волоконно-оптических компонент от разрушения лазерным излучением (варианты) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1640023A (zh) | 2005-07-13 |
| KR20050034714A (ko) | 2005-04-14 |
| EP1528696B1 (en) | 2009-04-01 |
| EP1528696A1 (en) | 2005-05-04 |
| JP2005533276A (ja) | 2005-11-04 |
| AU2002368065A1 (en) | 2004-02-02 |
| WO2004008665A8 (fr) | 2004-12-23 |
| JP4273075B2 (ja) | 2009-06-03 |
| US20050249469A1 (en) | 2005-11-10 |
| RU2002118838A (ru) | 2004-03-10 |
| EP1528696A4 (en) | 2006-11-02 |
| WO2004008665A1 (fr) | 2004-01-22 |
| CN1330117C (zh) | 2007-08-01 |
| DE60231841D1 (de) | 2009-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8885993B2 (en) | Dual-index optical pump stripper assembly | |
| JP6298160B2 (ja) | 空間変調クラッドモードストリッパおよびこれを備える光ファイバ | |
| US20140363125A1 (en) | Cladding mode stripper | |
| RU2444770C2 (ru) | Разграничитель плавления волокна, волоконный лазер и оптическая линия передачи | |
| KR20200003186A (ko) | 중공 코어 광결정 섬유 및 그 제조 방법 | |
| US7916991B2 (en) | Optical fiber having cladding scattering centers | |
| GB2540432A (en) | Apparatus for combining optical radiation | |
| US10274671B2 (en) | Fiber structural body and light source device | |
| WO2008053922A1 (fr) | Fibre à bande interdite photonique | |
| US20210367391A1 (en) | Pump reflectors for cladding-pumped optical fiber systems | |
| US10833470B2 (en) | Optical fiber and fiber laser | |
| CA2810351C (en) | Dual-index optical pump stripper assembly | |
| EP1543593B1 (en) | Polarisation-dependent optical fibre amplifier | |
| RU2229770C2 (ru) | Устройство для защиты волоконных линий от разрушения под действием лазерного излучения | |
| CA2339345C (en) | Optical communications system and method of protecting an optical route | |
| Harrington | Overview of power delivery and laser damage in fibers | |
| RU2561766C2 (ru) | Устройство для защиты волоконно-оптических компонент от разрушения лазерным излучением (варианты) | |
| WO2020139705A1 (en) | Optical fiber devices for directing stimulated raman scattering (srs) light out of a fiber | |
| US20190348811A1 (en) | Control of Heating in Active Doped Optical Fiber | |
| US20230231355A1 (en) | Active optical fiber with variable cross-section area, method of production the same (variants) and an optical signal amplifier based on it | |
| EP1146669B1 (en) | Optical communications system and method of protecting an optical route | |
| Bufetov et al. | Joint scientific session of the Physical Sciences Division of the Russian Academy of Sciences and the Joint Physical Society of the Russian Federation (29 September 2004) | |
| Groothoff et al. | Bragg gratings in large diameter air-clad optical fibre written with a femtosecond laser | |
| Papashvili et al. | Tapered metal-coated optical fibers for high-energy laser pulses delivery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150713 |