RU2638095C1 - Monostastic optical transceiver - Google Patents
Monostastic optical transceiver Download PDFInfo
- Publication number
- RU2638095C1 RU2638095C1 RU2016124903A RU2016124903A RU2638095C1 RU 2638095 C1 RU2638095 C1 RU 2638095C1 RU 2016124903 A RU2016124903 A RU 2016124903A RU 2016124903 A RU2016124903 A RU 2016124903A RU 2638095 C1 RU2638095 C1 RU 2638095C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- fiber
- radiation
- transmitting
- monostatic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/1073—Beam splitting or combining systems characterized by manufacturing or alignment methods
-
- 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
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/125—Bends, branchings or intersections
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в фотоэлектрических устройствах по преобразованию оптической информации в электрический сигнал и обратно, в частности в системах беспроводной оптической связи, оптических локаторах и других устройствах.The invention relates to optical instrumentation and can be used in photovoltaic devices for converting optical information into an electrical signal and vice versa, in particular in wireless optical communication systems, optical locators and other devices.
Во многих оптических приборах для реализации их функций по назначению в состав системы должны входить источник и приемник оптического излучения. К таким приборам относятся, например, системы оптической связи, лазерные дальномеры, лидары и т.п. С целью уменьшения габаритов и улучшения стабильности оптических осей такие устройства стараются делать моностатическими. Это означает, что по крайней мере по части оптической системы встречные пучки излучения передачи и приема распространяются по одному и тому же оптическому пути. При этом возникают эффекты влияния излучения передатчика на собственный приемник, а также дополнительные потери света на устройствах, обеспечивающих совмещение встречных пучков, - оптических дуплексерах. Особенно остро эти вопросы стоят в системах оптической связи, где передатчик и приемник должны работать одновременно для получения полнодуплексного режима работы оборудования. Настоящее изобретение направлено на решение вопросов по улучшению разделения каналов передачи и приема в моностатической оптической системе и снижению потерь в оптическом тракте.In many optical devices, to implement their functions as intended, the system must include an optical radiation source and receiver. Such devices include, for example, optical communication systems, laser rangefinders, lidars, etc. In order to reduce the dimensions and improve the stability of the optical axes, such devices are trying to make monostatic. This means that, at least in part of the optical system, the opposing beams of the transmit and receive radiation propagate along the same optical path. In this case, the effects of the radiation of the transmitter on its own receiver arise, as well as additional light losses on devices that provide the combination of oncoming beams, optical duplexers. These issues are especially acute in optical communication systems, where the transmitter and receiver must work simultaneously to obtain full-duplex operation of equipment. The present invention is directed to solving problems of improving the separation of transmission and reception channels in a monostatic optical system and reducing losses in the optical path.
Из уровня техники известно приемопередающее устройство оптической атмосферной линии связи, выполненное в виде внешнего и внутреннего блоков и содержащее интерфейс, источник оптического излучения, приемник оптического излучения, фокусирующую систему, оптический волоконный объединитель каналов и волоконный световод, один конец которого закреплен на внешнем блоке, так что торец его расположен в фокусе фокусирующей системы, а другой конец волоконного световода через оптический волоконный объединитель каналов оптически соединен с источником оптического излучения и приемником оптического излучения, причем внешний блок выполнен во всепогодном исполнении и в нем расположена фокусирующая система (см. патент РФ №2239285, с приоритетом от 31.10.2001, МПК 7 Н04В 10/10, опубликованный 27.10.2004 г. "Приемопередающее устройство оптической атмосферной линии связи"). Волоконный объединитель каналов в устройстве выполнен в виде оптического спектрального мультиплексора/демультиплексора. Очевидно, что в качестве волоконного объединителя могут использоваться и другие известные решения: оптические циркуляторы на основе эффекта Фарадея, различные виды волоконных разветвителей, широко применяемых в волоконно-оптических сетях (см. Листвин В.Н., Трещиков В.Н. «DWDM системы»: Научное издание. - М.: Издательский дом «Наука», 2013. - С. 143-144).From the prior art it is known a transceiver device of an optical atmospheric communication line, made in the form of external and internal blocks and containing an interface, an optical radiation source, an optical radiation receiver, a focusing system, an optical fiber channel combiner and a fiber light guide, one end of which is fixed to the external unit, that its end is located in the focus of the focusing system, and the other end of the fiber is connected optically to the source through an optical fiber channel combiner by an optical radiation receiver and an optical radiation receiver, wherein the external unit is weatherproof and has a focusing system in it (see RF patent No. 2239285, priority date 10/31/2001, IPC 7 Н04В 10/10, published on 10/27/2004 " Optical atmospheric communication line transceiver "). The fiber channel combiner in the device is made in the form of an optical spectral multiplexer / demultiplexer. Obviously, other well-known solutions can be used as a fiber combiner: optical circulators based on the Faraday effect, various types of fiber splitters widely used in fiber-optic networks (see Listvin VN, Treshchikov VN “DWDM systems ": Scientific publication. - M.: Publishing House" Science ", 2013. - S. 143-144).
Недостатком известного приемо-передающего устройства является низкий коэффициент разделения каналов приема и передачи. Для волоконно-оптических мультиплексоров коэффициент разделения каналов составляет 15 дБ для соседних полос и 30-35 дБ - для не смежных каналов. Использование для решения задачи волоконных разветвителей вносит большие потери в оптический тракт (для разветвителя 1×2 потери превышают 7 дБ). К недостаткам устройства при применении циркулятора можно отнести возможность работы только с одинаковыми волокнами и небольшой уровень изоляции (обратного отражения), который не превышает 36-38 дБ, а также ограниченный диапазон длин волн для одного устройства.A disadvantage of the known transceiver is the low separation factor of the transmission and reception channels. For fiber-optic multiplexers, the channel separation coefficient is 15 dB for adjacent bands and 30-35 dB for non-adjacent channels. The use of fiber splitters for solving the problem introduces large losses into the optical path (for a 1 × 2 splitter, the losses exceed 7 dB). The disadvantages of the device when using the circulator include the ability to work only with the same fibers and a small level of isolation (back reflection), which does not exceed 36-38 dB, as well as a limited wavelength range for one device.
Из уровня техники также известен приемопередатчик для оптического устройства связи, который выполнен в виде внешнего и внутреннего блоков, которые соединены между собой волоконным световодом (патент РФ №2311738, с приоритетом от 13.03.2006 г., МПК Н04В 10/10, опубликованный 27.11.2007 г. "Приемопередатчик для оптического устройства связи"). Внешний блок приемопередатчика выполнен во всепогодном исполнении и содержит фокусирующую систему, а внутренний блок выполнен для комнатных условий, и в нем установлены расположенные на одной подложке вплотную друг к другу излучатели, представляющие собой лазерные диоды или светодиоды, которые образуют источник оптического излучения, и фотоэлементы, которые образуют приемник оптического излучения. Излучатели и фотоэлементы, расположенные на одной подложке вплотную друг к другу, представляют собой матрицу, состыкованную с торцом волоконного световода и соразмерную его торцу. Матрица, состоящая из множественных излучателей и фотоэлементов, принимает и преобразует оптический сигнал, что позволяет исключить волоконно-оптические объединители-разветвители.The prior art also knows the transceiver for an optical communication device, which is made in the form of external and internal blocks that are interconnected by a fiber waveguide (RF patent No. 2311738, with priority dated 13.03.2006, IPC Н04В 10/10, published on 27.11. 2007 "Transceiver for an optical communication device"). The external unit of the transceiver is made in an all-weather design and contains a focusing system, and the internal unit is made for indoor conditions, and it contains emitters located on the same substrate adjacent to each other, which are laser diodes or LEDs that form the source of optical radiation, and photocells, which form an optical radiation receiver. Emitters and photocells, located on the same substrate close to each other, are a matrix that is docked with the end of the fiber and proportional to its end. The matrix, consisting of multiple emitters and photocells, receives and converts the optical signal, which eliminates fiber-optic combiners-splitters.
Недостатком данного устройства является низкий уровень разделения каналов приема-передачи и высокий уровень потерь световой энергии. При излучении света излучателями часть его будет отражаться как от ближнего, так и от дальнего торца световода и попадать на фотоприемники, расположенные вплотную к излучателям. Потери света увеличиваются вследствие того, что площадь, занимаемая фотоприемниками, составляет значительно меньше 50% площади сердцевины световода, по которому распространяется свет, как из-за присутствия излучателей, расположенных на той же площадке, так и из-за наличия обязательных защитных барьеров между приемниками и излучателями.The disadvantage of this device is the low level of separation of the transmission channels and a high level of light energy loss. When light is emitted by emitters, part of it will be reflected both from the near and far ends of the fiber and get on photodetectors located close to the emitters. Light losses increase due to the fact that the area occupied by photodetectors is much less than 50% of the core area of the light guide through which the light propagates, both due to the presence of emitters located on the same site and due to the presence of mandatory protective barriers between the receivers and emitters.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство компактного моностатического приемопередатчика (патент США US20120154783 А1 от 9 ноября 2010, МПК G02B 6/32, «СОМРАСТ MONOSTATIC OPTICAL RECEIVER AND TRANSMITTER»), которое и выбрано в качестве прототипа.The closest in technical essence to the proposed solution is a compact monostatic transceiver device (US patent US20120154783 A1 dated November 9, 2010, IPC
Компактный моностатический приемопередатчик состоит из передающего волокна, соединенного с передатчиком, приемного волокна, соединенного с приемником, объединенных через волоконно-оптический дуплексер, торец выходного волокна которого находится в фокусе оптической моностатической системы. Дуплексер выполнен на основе волокна с двойной оболочкой (ВДО), при этом излучение передатчика распространяется через сердцевину ВДО, а принимаемое излучение сосредоточено во внутренней оболочке ВДО. Разделение каналов осуществляется за счет того, что ВДО сплавлено с многомодовым волокном так, чтобы обеспечить оптический контакт для перехода принимаемого излучения с внутренней оболочки волокна с двойной оболочкой в многомодовое волокно, которое является приемным и состыковано с приемником оптического излучения.A compact monostatic transceiver consists of a transmitting fiber connected to a transmitter, a receiving fiber connected to a receiver, connected through a fiber optic duplexer, the end of the output fiber of which is in the focus of the optical monostatic system. The duplexer is made on the basis of fiber with a double sheath (VDO), while the radiation of the transmitter propagates through the core of the VDO, and the received radiation is concentrated in the inner shell of the VDO. The separation of the channels is carried out due to the fact that the VDO is fused with a multimode fiber so as to provide optical contact for the transition of the received radiation from the inner sheath of the fiber with a double sheath into a multimode fiber, which is receiving and connected to the receiver of optical radiation.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции волокна с двумя оболочками, небольшой уровень изоляции между приемником и передатчиком (обратного отражения), потери для входного излучения (на серийных образцах эта величина достигает 3 дБ).The disadvantages of this device include the complexity of the design of the fiber with two shells, a small level of isolation between the receiver and the transmitter (back reflection), losses for input radiation (on serial samples, this value reaches 3 dB).
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства моностатического оптического приемопередатчика, а именно увеличение уровня изоляции, уменьшение потерь принимаемого излучения и возможность использования обычных, многомодовых и одномодовых оптических волокон с одной оболочкой.The technical result of the invention is to expand the functionality of the device monostatic optical transceiver, namely increasing the level of isolation, reducing the loss of received radiation and the possibility of using conventional, multimode and single-mode optical fibers with a single sheath.
Технический результат достигается тем, что моностатический оптический приемопередатчик, содержащий передающее оптическое волокно, соединенное с передатчиком, приемное оптическое волокно, соединенное с приемником, объединенные через волоконно-оптический дуплексер, торец выходного волокна которого размещен вблизи фокальной плоскости моностатической оптической системы, отличается тем, что:The technical result is achieved in that a monostatic optical transceiver containing a transmitting optical fiber connected to a transmitter, a receiving optical fiber connected to a receiver, combined through a fiber optic duplexer, the end of the output fiber of which is located near the focal plane of the monostatic optical system, characterized in that :
передающее оптическое волокно выполнено в виде световода с одной оболочкой, имеющего числовую апертуру NA1, диаметр сердцевины D1 и показатель преломления сердцевины n1,the transmitting optical fiber is made in the form of a fiber with one cladding having a numerical aperture NA1, the diameter of the core D1 and the refractive index of the core n1,
приемное и выходное оптическое волокно выполнено в виде единого световода с одной оболочкой, имеющего числовую апертуру NA2, диаметр сердцевины D2 и показатель преломления сердцевины n2,the receiving and output optical fiber is made in the form of a single fiber with one cladding having a numerical aperture NA2, core diameter D2 and core refractive index n2,
дуплексер выполнен в виде углового оптического соединения передающего и приемного волокна так, чтобы выполнялось соотношениеthe duplexer is made in the form of an angular optical connection of the transmitting and receiving fibers so that the ratio
, ,
где α - угол между геометрическими осями приемного и передающего волокна, отсчитываемый от конца волокна, соединенного с фотоприемником,where α is the angle between the geometric axes of the receiving and transmitting fibers, counted from the end of the fiber connected to the photodetector,
торец выходного волокна дуплексера шлифован под углом (90°-β) к геометрической оси выходного волокна при условии, что угол β лежит в диапазонеthe end face of the output fiber of the duplexer is ground at an angle (90 ° -β) to the geometric axis of the output fiber, provided that the angle β lies in the range
, ,
а также при условии, что NA2/n2>NA1/n1 и D2>D1.and also provided that NA2 / n2> NA1 / n1 and D2> D1.
Угловое оптическое соединение передающего и приемного волокон выполняется путем сплавного изготовления X-разветвителя из двух волокон, причем оставшийся свободный конец волокна, соединенного с передатчиком, обрабатывается под углом β, или выполняется в виде шаровой поверхности с радиусом, значительно большим, чем диаметр сердцевины, или наматывается на катушку с радиусом изгиба, меньшим критического.The angular optical connection of the transmitting and receiving fibers is carried out by alloying the manufacture of an X-splitter of two fibers, the remaining free end of the fiber connected to the transmitter being processed at an angle β, or in the form of a spherical surface with a radius significantly larger than the diameter of the core, or wound on a coil with a bending radius less than critical.
Работа предлагаемого устройства поясняется Фиг. 1, где изображено устройство моностатического оптического приемопередатчика. Цифрами на чертеже обозначено:The operation of the proposed device is illustrated in FIG. 1, which shows a device of a monostatic optical transceiver. The numbers in the drawing indicate:
1 - фотоприемник;1 - photodetector;
2 - оптическое волокно, присоединенное к фотоприемнику;2 - optical fiber attached to a photodetector;
3 - источник излучения;3 - radiation source;
4 - оптическое волокно, присоединенное к источнику излучения;4 - optical fiber connected to a radiation source;
5 - дуплексер;5 - duplexer;
6 - выходное оптическое волокно;6 - output optical fiber;
7 - приемопередающая моностатическая оптическая система;7 - transceiver monostatic optical system;
8 - передаваемое излучение;8 - transmitted radiation;
9 - принимаемое излучение.9 - received radiation.
Устройство моностатического оптического приемопередатчика содержит: фотоприемник 1, присоединенный к оптическому волокну 2; источник излучения 3, соединенный с оптическим волокном 4; дуплексер 5, соединенный оптическими волокнами 2 и 4 с фотоприемником 1 и источником излучения 3 соответственно, а торец выходного волокна 6 дуплексера 5 размещен в фокусе моностатической оптической системы 7.The device monostatic optical transceiver contains: a
Дуплексер 5 обеспечивает разделение передаваемого 8 и принимаемого 9 излучений за счет сварного соединения приемного волокна 2, имеющего диаметр сердцевины D2, числовую апертуру NA2 и показатель преломления сердцевины n2, и оптического волокна 4, соединенного с передатчиком и имеющего диаметр сердцевины D1, числовую апертуру NA1 и показатель преломления сердцевины n1, при этом NA2/n2>NA1/n1 и D2>D1. Оптическое волокно 4 оптически соединено с боковой поверхностью оптического волокна 2 под углом α, отсчитываемым со стороны конца оптического волокна 2, соединенного с фотоприемником 1, таким образом, чтобы выполнялось условие
. .
Торец выходного конца 6 дуплексера 5, оптически соединенный с приемопередающей моностатической оптической системой 7, шлифован под углом (90-β) к оси выходного волокна при условии, чтоThe end face of the
. .
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности "новизна".Technical solutions that match the totality of the essential features of the claimed invention have not been identified, which allows us to conclude that the claimed invention meets the condition of patentability "novelty".
Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности, как "изобретательский уровень".The claimed essential features that predetermine the receipt of the specified technical result, do not explicitly follow from the prior art, which allows us to conclude that the claimed invention meets such a patentability condition as "inventive step".
Моностатический оптический приемопередатчик работает следующим образом.Monostatic optical transceiver operates as follows.
Лазерное излучение от лазера или после оптического усилителя, создаваемое источником излучения 3, направляется в оптическое волокно 4 (например, кварцевое одномодовое с NA1=0.12, D1=8 мкм, n1=1.485). Затем излучение по этому волокну входит в дуплексер 5, который образован сваркой волокна 4 и оптического волокна 2 (например, кварцевого многомодового с NA2=0.27, D2=62.5 мкм, n2=1.485) под углом α.Laser radiation from a laser or after an optical amplifier created by a
В соответствии с законами оптики внутри оптического волокна могут распространяться моды оптического излучения только с углами, обеспечивающими полное внутреннее отражение. Данное излучение, выходящее из волокна, характеризуется числовой апертурой NA, которая равна NA=Sin(γ), где γ - половинный угол расходимости излучения, вышедшего из оптического волокна в воздух. Соответственно числовая апертура излучения внутри волокна равна , где n - показатель преломления сердцевины оптического волокна. Поэтому при вводе излучения из одного волокна в другое угол ввода входящего излучения должен создать условия, при которых угловые параметры вводимого излучения обеспечили бы полное внутреннее отражение при распространении данного излучения в другом волокне. Вывод условий для такого согласования показан на Фиг. 2. На Фиг. 2 введены обозначения:In accordance with the laws of optics, optical radiation modes can propagate inside the optical fiber only with angles that provide total internal reflection. This radiation emerging from the fiber is characterized by a numerical aperture NA, which is equal to NA = Sin (γ), where γ is the half angle of divergence of the radiation emerging from the optical fiber into the air. Accordingly, the numerical aperture of radiation inside the fiber is where n is the refractive index of the core of the optical fiber. Therefore, when introducing radiation from one fiber into another, the angle of input of incoming radiation should create conditions under which the angular parameters of the input radiation would provide complete internal reflection during the propagation of this radiation in another fiber. The derivation of conditions for such matching is shown in FIG. 2. In FIG. 2 designations introduced:
1 - оптическая ось вводимого излучения;1 - optical axis of the input radiation;
2 - оптическая ось многомодового оптического волокна;2 - optical axis of a multimode optical fiber;
3 - многомодовое волокно;3 - multimode fiber;
α - угол между оптической осью вводимого излучения и оптической осью многомодового волокна;α is the angle between the optical axis of the input radiation and the optical axis of the multimode fiber;
θ1 - угол расходимости вводимого излучения, соответствующий числовой апертуре оптического волокна 4;θ1 is the angle of divergence of the input radiation corresponding to the numerical aperture of the
θ2 - угол расходимости излучения, соответствующий числовой апертуре многомодового оптического волокна 2.θ2 is the angle of divergence of radiation corresponding to the numerical aperture of a multimode
Углы θ1 и θ2 связаны соотношениями с числовыми апертурами оптических волокон следующими выражениями:The angles θ1 and θ2 are related by the relations with the numerical apertures of the optical fibers by the following expressions:
Поскольку должно выполняться условие полного внутреннего отражения, то из Фиг. 2 следует, что угол между оптической осью вводимого излучения и оптической осью многомодового волокна должен соответствовать условию, чтобы конус оптического вводимого излучения находился внутри конуса допустимых углов распространения излучения в многомодовом волокне. Исходя из Фиг. 2 это сводится к условиюSince the condition of total internal reflection must be fulfilled, from FIG. 2 it follows that the angle between the optical axis of the input radiation and the optical axis of the multimode fiber must meet the condition that the cone of the optical input radiation is inside the cone of permissible angles of propagation of radiation in the multimode fiber. Based on FIG. 2 it comes down to the condition
α<θ2-θ1 или .α <θ2-θ1 or .
Например, для указанных выше параметров волокна 4 и волокна 2 это условие выполняется при Sin(α)<0,101 или α<5,8°. Если угол α не будет выполнять это условие, то часть вводимого излучения выйдет из многомодового волокна, и это приведет к потерям на излучение. Следует также отметить, что еще одним дополнительным условием работы дуплексера является соотношение NA2/n2>NA1/n1. Это связано с тем, что при уменьшении разницы величин NA2/n2-NA1/n1 угол α стремится к нулю. Для одинаковых оптических волокон (например, в оптоволоконных разветвителях) при равенстве указанных величин возникает оптическая передача из одного волокна в другое с использованием оптического «туннельного» перехода оптического излучения, которое зависит от длины волны излучения и длины оптического контакта. Это обеспечивает работу разветвителя для целей разделения исходного излучения по разным каналам, но приводит к большим потерям как на ввод, так и на прием излучения (суммарно более 7 дБ) в случае его использования в качестве дуплексера, который по своей сути является оптическим циркулятором.For example, for the above parameters of
После ввода оптического излучения через дуплексер 5 в многомодовое волокно 2 это излучение без потерь, но с измененным пространственным распределением достигнет торца выходного волокна 6, оба волокна на практике составляют единое целое. Для исключения обратного отражения излучения 8 от торца оптического волокна 6 торец шлифован под углом 90°-β к оси оптического волокна 6. Данный угол должен соответствовать условию, чтобы излучение 8 распространяющееся внутри волокна с максимально допустимым углом, соответствующим числовой апертуре NA2/n2, при отражении от полированного торца на двойной угол β не лежало внутри конуса с углом, соответствующим числовой апертуре NA2/n2. Данное требование выполняется при условии, чтоAfter the optical radiation is introduced through the
. .
С другой стороны, угол β не должен превышать угла полного внутреннего отражения для всех мод в многомодовом волокне, что выполняется при условииOn the other hand, the angle β should not exceed the angle of total internal reflection for all modes in a multimode fiber, which is satisfied under the condition
. .
Таким образом, на угол β накладывается условиеThus, the condition β is imposed on the angle β
. .
Так, например, для многомодового волокна 6 с указанными ранее параметрами 0,492>Sin(β)>0,183 или 29,4°>β>10,5°.So, for example, for
При исключении отраженного излучения остается еще рассеянный свет. Для оптически полированных поверхностей доля рассеянного света составляет 0,1-0,01% от мощности падающего на поверхность излучения. Если принять, что излучение рассеивается во все стороны, то только та доля рассеянного излучения, которая попадает в телесный угол, соответствующий числовой апертуре NA2/n2, возвращается назад. Таким образом, доля Р излучения 8 Р0, которая может вернуться назад, определяется выражениемWith the exclusion of reflected radiation, scattered light remains. For optically polished surfaces, the fraction of scattered light is 0.1-0.01% of the power of radiation incident on the surface. If we assume that the radiation is scattered in all directions, then only that fraction of the scattered radiation that falls into the solid angle corresponding to the numerical aperture NA2 / n2 returns back. Thus, the fraction P of radiation 8 P 0 , which can go back, is determined by the expression
, ,
или коэффициент изоляции I в децибелахor isolation coefficient I in decibels
, ,
где K - коэффициент рассеяния. Для приведенных ранее параметров многомодового волокна расчетный коэффициент изоляции должен составлять минус 51-61 дБ.where K is the scattering coefficient. For the above multimode fiber parameters, the calculated insulation coefficient should be minus 51-61 dB.
Затем выходное излучение 8 выходит через торец волокна 6 в пространство и поступает в оптически сопряженную моностатическую оптическую систему. Оптическая система может быть линзовой, зеркальной или зеркально-линзовой. Данная система формирует требуемый в зависимости от применения пучок излучения 8 необходимой расходимости и направляет его в открытое пространство. В случае лидара это излучение отражается от цели и возвращается назад, а в случае систем беспроводной оптической связи на вход моностатической оптической системы поступает излучение от удаленного терминала.Then, the
Принимаемое излучение 9 (фиг. 1) фокусируется на торце волокна и попадает в сердцевину волокна 6, где оно канализируется в пределах его числовой апертуры. По условиям работы оптических приборов пространственное, амплитудное и фазовое распределение параметров света на приеме никогда не соответствует аналогичным параметрам при его излучении. Поэтому при распространении принимаемого излучения через дуплексер 5 в нем создается совершенно другое модовое состояние излучения. При прохождении этого нового состава пространственного распределения излучения через сечение ввода излучения передатчика, часть излучения может перетекать в волокно 4, приводя к потерям излучения. Эти потери пропорциональны площади контакта волокон 2 и 4, которая зависит от угла сварки волокон α, от отношения квадрата числовых апертур этих волокон, а также от модового состава излучения, возбуждаемого в волокне принимаемым сигналам. Проведенные оценки для указанных выше параметров волокон показывают, что потери от перетекания излучения в волокно 4 могут составлять от 0,6 до 25% в зависимости от угла сварки. Практическое измерение потерь при возбуждении волокна принимаемым сигналом с углом сходимости, соответствующим 0,8*NA2, показало величину потерь в пределах 10%.The received radiation 9 (Fig. 1) focuses on the fiber end and enters the core of the
Условие патентоспособности "промышленная применимость" подтверждено на примере конкретного осуществления заявляемого приемопередатчика для оптического беспроводного устройства связи.The patentability condition "industrial applicability" is confirmed by the example of a specific implementation of the inventive transceiver for an optical wireless communication device.
При практической реализации заявляемого решения дуплексор каналов изготавливался на основе сплавного (сварного) X-разветвителя. Для его изготовления были использованы стандартные кварцевые волокна для телекоммуникаций: одномодовые 9/125, соответствующие стандартам G.652C и IEC 60793-2-50 Туре В 1.3, и многомодовые 62,5/125 по стандарту IEC 60793-2-10 Type A 1.b. Технология сплавления волокон позволяла получить их оптическое соединение с углом α в пределах 1,5-3 градуса. Для исключения обратного отражения от свободного 4-го конца одномодового волокна его торец обрабатывался под сферу с радиусом 2 мм путем нанесения капли компаунда с близким к 1,485 значением коэффициента преломления. Выходное волокно дуплексера полировалось в плоскость с оптическим качеством под углом β=13 градусов. В качестве моностатической оптической системы для приемопередатчика использовался трехлинзовый объектив дифракционного качества с фокусным расстоянием 200 мм. В качестве передатчика использовался лазер с длиной волны 1550 нм, а в качестве приемника - PIN фотодиод.In the practical implementation of the proposed solution, the channel duplexer was made on the basis of an alloyed (welded) X-splitter. For its manufacture, standard quartz fibers were used for telecommunications: single-mode 9/125, conforming to G.652C and IEC 60793-2-50 Ture B 1.3 standards, and multi-mode 62.5 / 125 according to IEC 60793-2-10
Измерение параметров моностатического оптического приемопередатчика продемонстрировало следующие результаты: потери излучения на передачу - до 10%, потери излучения на прием - до 15%, изоляция каналов составила 62÷64 дБ.Measurement of the parameters of a monostatic optical transceiver showed the following results: transmission radiation loss - up to 10%, reception radiation loss - up to 15%, channel isolation was 62 ÷ 64 dB.
Таким образом, суммарные потери в приемопередатчике (передача плюс прием) составляют не более 1 дБ, а измеренная величина изоляции каналов оказалась даже лучше расчетной величины. Это можно объяснить тем, что рассеяние на полированном торце волокна имеет не всенаправленный характер, как это было принято в расчетной модели, а более вытянутую вперед индикатрису, что соответствует закону рассеяния Ми.Thus, the total losses in the transceiver (transmission plus reception) are not more than 1 dB, and the measured value of the channel isolation turned out to be even better than the calculated value. This can be explained by the fact that the scattering at the polished fiber end is not omnidirectional in nature, as was accepted in the calculation model, but a more elongated indicatrix, which corresponds to the Mie scattering law.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016124903A RU2638095C1 (en) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | Monostastic optical transceiver |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016124903A RU2638095C1 (en) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | Monostastic optical transceiver |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2638095C1 true RU2638095C1 (en) | 2017-12-11 |
Family
ID=60718654
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016124903A RU2638095C1 (en) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | Monostastic optical transceiver |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2638095C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11929783B2 (en) | 2021-12-07 | 2024-03-12 | Raytheon Company | Monostatic optical terminal supporting multiple independent transmit and receive channels |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4540237A (en) * | 1981-09-30 | 1985-09-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Coupling element for coupling light into and out of an optical fiber |
US4768853A (en) * | 1986-08-08 | 1988-09-06 | Corning Glass Works | Optical fiber dispersion transformer |
RU2311738C1 (en) * | 2006-03-13 | 2007-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Лазерные приборы" (ООО НПФ "ЛАЗЕРНЫЕ ПРИБОРЫ") | Receiver-transmitter for optical communication device |
JP5478888B2 (en) * | 2005-11-10 | 2014-04-23 | オプテイカル・エア・データ・システムズ,エルエルシー | Transceiver consisting of a single aperture, multiple optical waveguide |
US8730456B2 (en) * | 2010-11-09 | 2014-05-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Compact monostatic optical receiver and transmitter |
-
2016
- 2016-06-21 RU RU2016124903A patent/RU2638095C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4540237A (en) * | 1981-09-30 | 1985-09-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Coupling element for coupling light into and out of an optical fiber |
US4768853A (en) * | 1986-08-08 | 1988-09-06 | Corning Glass Works | Optical fiber dispersion transformer |
JP5478888B2 (en) * | 2005-11-10 | 2014-04-23 | オプテイカル・エア・データ・システムズ,エルエルシー | Transceiver consisting of a single aperture, multiple optical waveguide |
RU2311738C1 (en) * | 2006-03-13 | 2007-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Лазерные приборы" (ООО НПФ "ЛАЗЕРНЫЕ ПРИБОРЫ") | Receiver-transmitter for optical communication device |
US8730456B2 (en) * | 2010-11-09 | 2014-05-20 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Compact monostatic optical receiver and transmitter |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11929783B2 (en) | 2021-12-07 | 2024-03-12 | Raytheon Company | Monostatic optical terminal supporting multiple independent transmit and receive channels |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2006336215B2 (en) | Single aperture multiple optical waveguide transceiver | |
CN108663758B (en) | A kind of free space laser coupled to single mode optical fiber device and method | |
CN100378481C (en) | Fiber collimating lenses and method | |
US6424765B1 (en) | Optical device and method of making the same | |
KR20130012634A (en) | Optical transceiver module integrated wdm-coupler and bi-directional optical sub-assembly | |
EP1020742A2 (en) | Optical fiber connector | |
EP3239749B1 (en) | Photo coupler and method for optically coupling grin lens-attached optical fibers | |
EP1820053A1 (en) | Point-to-point optical fibre link | |
CN110794529A (en) | Optical assembly and system thereof | |
US6122422A (en) | Article comprising a dispersive waveguide tap | |
RU2638095C1 (en) | Monostastic optical transceiver | |
JPS63249118A (en) | Method and connector plug for accessing optical fiber line | |
JP4971331B2 (en) | High bit rate transmission over multimode fiber | |
CN208506305U (en) | A kind of multi-wavelength multiplex optical module | |
US20220368421A1 (en) | Concentric-core fibers and system using same | |
JP6540310B2 (en) | Fiber optic terminal | |
CN211528767U (en) | Optical assembly and system thereof | |
Jung et al. | All-fiber optical interconnection for dissimilar multicore fibers with low insertion loss | |
US9188745B2 (en) | Multi-channel, multi-port optical tap coupler | |
JP2005062704A (en) | Optical module, optical attenuator, optical transmitting/receiving module, and optical waveguide member | |
Takahata et al. | Compact tap-isolator module using multicore fibre with practically low loss and small loss-variation | |
CN115343690B (en) | Optical transceiver module and laser radar apparatus | |
Ke | Spatial Optical-Fiber Coupling Technology in Optical-Wireless Communication | |
Kragl | Grinded polymer fiber couplers | |
CN115657215A (en) | Polarization-dependent isolation device and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180622 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20201001 |