RU2669098C1 - Demultiplexer with spectral separation of channels - Google Patents

Demultiplexer with spectral separation of channels Download PDF

Info

Publication number
RU2669098C1
RU2669098C1 RU2017144324A RU2017144324A RU2669098C1 RU 2669098 C1 RU2669098 C1 RU 2669098C1 RU 2017144324 A RU2017144324 A RU 2017144324A RU 2017144324 A RU2017144324 A RU 2017144324A RU 2669098 C1 RU2669098 C1 RU 2669098C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
truncated
signal
cylinder
demultiplexer
end surface
Prior art date
Application number
RU2017144324A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Сергеевич Коренной
Михаил Юрьевич Знаменский
Александр Фридрихович Скочилов
Наиля Махмутовна Шигапова
Эдуард Ренатович Муслимов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО")
Priority to RU2017144324A priority Critical patent/RU2669098C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2669098C1 publication Critical patent/RU2669098C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00Optical multiplex systems

Abstract

FIELD: optics.SUBSTANCE: invention relates to optics, namely to demultiplexers separating the incoming signal over wavelengths and can be used primarily as an optical element in telecommunications systems for spectral channel separation. In a demultiplexer with spectral division of channels comprising successively located optical fibers for transmitting an incoming undivided signal, a collimating objective, a dispersing element made of two truncated cylinders, joined together coaxially by end surfaces, while on one of the connecting end surfaces of the truncated cylinders, a transmissive volume-phase hologram diffraction grating is made and a group of optical fibers for transmitting the output of the separated signal, according to the invention, the front end face of the first truncated cylinder and the rear end face of the second truncated cylinder disposed on the side of the respective secant planes, and also the connected end face of one of the truncated cylinders are made convex, and the connected end surface of the other cylinder is concave.EFFECT: technical result consists in increasing the transmission level of the signal, correcting astigmatism for the selected central wavelength with increased signal input efficiency.3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к оптике, а именно к демультиплексорам, разделяющим входящий сигнал по длинам волн, и может быть использовано преимущественно в качестве оптического элемента в системах телекоммуникаций для спектрального разделения каналов.The invention relates to optics, namely to demultiplexers that separate the incoming signal by wavelengths, and can be used primarily as an optical element in telecommunication systems for spectral separation of channels.

Известен демультиплексор со спектральным разделением каналов, содержащий диспергирующий элемент в виде призмы (статья в журнале Optical Engineering 44(2), 025006 (February 2005), p. 1-8; «Design and fabrication of a dense wavelength division demultiplexer with grism structure»; Jyh-Rou Sze, Mao-Hong Lu).Known demultiplexer with spectral separation of channels containing a dispersing element in the form of a prism (journal article Optical Engineering 44 (2), 025006 (February 2005), p. 1-8; "Design and fabrication of a dense wavelength division demultiplexer with grism structure" ; Jyh-Rou Sze, Mao-Hong Lu).

Основным недостатком аналога является низкое качество изображения, обусловленное тем, что в качестве диспергирующего элемента используется призма, на одну из сторон которой нанесена решетка методом алмазного точения, из-за чего возникают, так называемые, «духи Лаймана» и «духи Роуланда», существенно снижающие качество изображения.The main disadvantage of the analogue is the low image quality, due to the fact that a prism is used as a dispersing element, on one side of which a lattice is deposited by diamond turning, which causes the so-called “Lyman spirits” and “Rowland spirits” reducing image quality.

Также недостатком известного демультиплексора является повышенный уровень рассеянного света из-за дифракционной решетки, изготовленной методом алмазного точения, что приводит к снижению эффективности передачи сигнала.Another disadvantage of the known demultiplexer is the increased level of scattered light due to the diffraction grating made by diamond turning, which leads to a decrease in the signal transmission efficiency.

Прототипом является демультиплексор со спектральным разделением каналов, содержащий последовательно расположенные оптоволокно для передачи входящего неразделенного сигнала, коллимирующий объектив, диспергирующий элемент, выполненный из двух усеченных цилиндров, соединенных между собой соосно торцевыми поверхностями, при этом на соединяемой торцевой поверхности второго усеченного цилиндра выполнена пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка, фокусирующий объектив и плоскость изображения, которая принимает выходящий разделенный сигнал («Особенности разработки дисперсионных оптических элементов (призм) для систем телекоммуникаций», Белокопытов А.А., Коренной К.С, Шигапова Н.М. Сборник работ конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях», 2014, УДК 681.7-1/-9, с. 146, рис. 2).The prototype is a demultiplexer with spectral separation of channels, containing sequentially located optical fiber for transmitting an incoming undivided signal, a collimating lens, a dispersing element made of two truncated cylinders, interconnected coaxially by the end surfaces, while a transmissive volumetric cylinder is made on the end face of the second truncated cylinder phase hologram diffraction grating, focusing lens and image plane, which takes outgoing split signal (“Features of the development of dispersive optical elements (prisms) for telecommunications systems”, Belokopytov A.A., Korennoy K.S., Shigapova N.M. Work collection of the conference “Optical technologies in telecommunications”, 2014, UDC 681.7-1 / -9, p. 146, Fig. 2).

В прототипе, за счет использования пропускающей объемно-фазовой голограммной дифракционной решетки, отсутствуют так называемые «духи Лаймана» и «духи Роуланда», а уровень рассеянного света является минимальным.In the prototype, through the use of a transmissive volume-phase hologram diffraction grating, there are no so-called “Lyman spirits” and “Rowland spirits”, and the level of scattered light is minimal.

Основным недостатком прототипа является существенное уменьшение уровня пропускания сигнала из-за наличия плоских торцевых поверхностей в усеченных цилиндрах диспергирующего элемента, что в конечном итоге приводит к необходимости применения фокусирующего объектива.The main disadvantage of the prototype is a significant reduction in signal transmission due to the presence of flat end surfaces in the truncated cylinders of the dispersing element, which ultimately leads to the need for a focusing lens.

Также недостатками прототипа являются высокое значение астигматизма для выбранной центральной длины волны из-за штрихов дифракционной решетки, выполненных прямолинейными и равноотстоящими друг от друга, что приводит к увеличению пятна рассеяния, а также низкая эффективность ввода сигнала из-за неоптимизированных параметров угла между секущей плоскостью и боковой поверхностью первого усеченного цилиндра, принимающего входящий сигнал, и угла между секущей плоскостью и боковой поверхностью второго усеченного цилиндра, фокусирующего выходной сигнал.The disadvantages of the prototype are the high value of astigmatism for the selected central wavelength due to the strokes of the diffraction grating made straight and equally spaced from each other, which leads to an increase in the scattering spot, as well as low signal input efficiency due to non-optimized angle parameters between the cutting plane and the lateral surface of the first truncated cylinder receiving the incoming signal and the angle between the secant plane and the lateral surface of the second truncated focusing cylinder yhodnoy signal.

Задачей изобретения является разработка конструкции демультиплексора со спектральным разделением каналов, в котором устранены недостатки аналога и прототипа.The objective of the invention is to develop the design of a demultiplexer with spectral separation of channels, in which the disadvantages of the analogue and prototype are eliminated.

Основным техническим результатом изобретения является повышение уровня пропускания сигнала за счет исключения фокусирующего объектива и выполнения диспергирующего элемента в виде фокусирующе-диспергирующего элемента.The main technical result of the invention is to increase the transmission level of the signal by eliminating the focusing lens and the implementation of the dispersing element in the form of a focusing-dispersing element.

Также техническим результатом является исправление астигматизма для выбранной центральной длины волны с повышенной эффективностью ввода сигнала.Also, the technical result is the correction of astigmatism for the selected central wavelength with increased signal input efficiency.

Основной технический результат достигается тем, что в демультиплексоре со спектральным разделением каналов, содержащем последовательно расположенные оптоволокно для передачи входящего неразделенного сигнала, коллимирующий объектив, диспергирующий элемент, выполненный из двух усеченных цилиндров, соединенных между собой соосно торцевыми поверхностями, при этом на одной из соединяемых торцевых поверхностей усеченных цилиндров выполнена пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка, и группу оптоволокон для передачи выходящего разделенного сигнала, согласно изобретению фронтальная торцевая поверхность первого усеченного цилиндра и тыльная торцевая поверхность второго усеченного цилиндра, расположенные со стороны соответствующих секущих плоскостей, а также соединяемая торцевая поверхность одного из усеченных цилиндров выполнены выпуклыми, а соединяемая торцевая поверхность другого цилиндра выполнена вогнутой.The main technical result is achieved by the fact that in a demultiplexer with spectral separation of channels, containing sequentially located optical fiber for transmitting an incoming undivided signal, a collimating lens, a dispersing element made of two truncated cylinders, interconnected by coaxial end surfaces, while on one of the connected end truncated cylinder surfaces, a transmissive volume-phase hologram holographic diffraction grating, and a group of optical fibers for Aci effluent divided signal, according to the invention the front end surface of the first cylinder and a truncated rear end surface of the second truncated cylinder disposed from respective intersecting planes, and also connects one end face of the truncated cylinder are convex and mated end surface of the other cylinder is concave.

Технический результат достигается также тем, что пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка имеет штрихи, которые выполнены криволинейными и неравноотстоящими друг от друга.The technical result is also achieved by the fact that the transmissive volume-phase hologram diffraction grating has strokes that are made curved and unequally spaced from each other.

Угол между секущей плоскостью и боковой поверхностью первого усеченного цилиндра, принимающего входящий сигнал, лежит в диапазоне 80°-86°, а угол между секущей плоскостью и боковой поверхностью второго усеченного цилиндра, фокусирующего выходной сигнал, лежит в диапазоне 78°-83°.The angle between the secant plane and the side surface of the first truncated cylinder receiving the input signal lies in the range of 80 ° -86 °, and the angle between the secant plane and the side surface of the second truncated cylinder that focuses the output signal lies in the range of 78 ° -83 °.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен предлагаемый демультиплексор со спектральным разделением каналов, на фиг. 2 - составные части диспергирующего элемента, на фиг. 3 - штрихи пропускающей объемно-фазовой голограммной дифракционной решетки, на фиг. 4 - диаграмма пятна рассеяния для центральной длины волны демультиплексора со спектральным разделением каналов, полученная в программе ZEMAX, на фиг. 5 - геометрический анализ изображения, характеризующий эффективность ввода сигнала в группу оптоволокон, передающих разделенный сигнал, полученный в программе ZEMAX.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the proposed demultiplexer with spectral separation of channels, FIG. 2 - components of the dispersing element, in FIG. 3 shows the strokes of a transmissive volume-phase hologram diffraction grating; FIG. 4 is a scatter plot diagram for a central wavelength of a spectral-division multiplexed demultiplexer obtained in the ZEMAX program; FIG. 5 is a geometric image analysis characterizing the efficiency of inputting a signal into a group of optical fibers transmitting a divided signal obtained in the ZEMAX program.

На фиг. 1, 2, 3 элементы и узлы демультиплексора со спектральным разделением каналов обозначены следующими позициями:In FIG. 1, 2, 3 elements and nodes of the demultiplexer with spectral separation of channels are indicated by the following positions:

1 - оптоволокно, передающее входящий неразделенный сигнал,1 - optical fiber transmitting an incoming undivided signal,

2 - коллимирующий объектив,2 - collimating lens

3 - диспергирующий элемент,3 - dispersing element,

4 - группа оптоволокон, передающая разделенный сигнал,4 - a group of optical fibers transmitting a split signal,

5 - первый усеченный цилиндр,5 - the first truncated cylinder,

6 - пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка,6 - transmitting volume-phase hologram diffraction grating,

7 - второй усеченный цилиндр,7 - the second truncated cylinder,

8 - оправа,8 - frame

9 - фронтальная торцевая поверхность первого усеченного цилиндра (принимающая входящий сигнал),9 - frontal end surface of the first truncated cylinder (receiving the incoming signal),

10 - соединяемая торцевая поверхность первого усеченного цилиндра (вторая),10 - connected end surface of the first truncated cylinder (second),

11 - боковая поверхность первого усеченного цилиндра,11 - side surface of the first truncated cylinder,

12 - соединяемая торцевая поверхность второго усеченного цилиндра (на которой выполнена пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка),12 - connected end surface of the second truncated cylinder (on which a transmissive volume-phase hologram diffraction grating is made),

13 - тыльная торцевая поверхность второго усеченного цилиндра (фокусирующая выходящий сигнал),13 - the rear end surface of the second truncated cylinder (focusing the output signal),

14 - боковая поверхность второго усеченного цилиндра,14 - side surface of the second truncated cylinder,

15 - штрихи пропускающей объемно-фазовой голограммной дифракционной решетки.15 - strokes of a transmissive volume-phase hologram diffraction grating.

Демультиплексор со спектральным разделением каналов содержит последовательно расположенные оптоволокно 1 для передачи входящего неразделенного сигнала, коллимирующий объектив 2, диспергирующий элемент 3, выполненный из двух усеченных цилиндров 5 и 7, соединенных между собой соосно торцевыми поверхностями 10 и 12, при этом на одной из соединяемых торцевых поверхностей усеченных цилиндров, например на соединяемой торцевой поверхности 12 второго усеченного цилиндра 7, выполнена пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка 6, и группу оптоволокон 4 для передачи выходящего разделенного сигнала.The demultiplexer with spectral separation of channels contains sequentially located optical fiber 1 for transmitting an incoming undivided signal, a collimating lens 2, a dispersing element 3, made of two truncated cylinders 5 and 7, interconnected coaxially by the end surfaces 10 and 12, while on one of the connected end surfaces of truncated cylinders, for example, on the connected end surface 12 of the second truncated cylinder 7, a transmissive volume-phase hologram diffraction sieve is made and 6 and group 4 of optical fibers for transmitting exiting divided signal.

Отличием предлагаемого демультиплексора со спектральным разделением каналов является то, что фронтальная поверхность 9 первого усеченного цилиндра 5 и тыльная поверхность 13 второго усеченного цилиндра 7, расположенные со стороны соответствующих секущих плоскостей, а также соединяемая торцевая поверхность одного из усеченных цилиндров выполнены выпуклыми, а соединяемая торцевая поверхность другого цилиндра выполнена вогнутой.The difference of the proposed demultiplexer with spectral separation of channels is that the front surface 9 of the first truncated cylinder 5 and the rear surface 13 of the second truncated cylinder 7 located on the side of the corresponding secant planes, as well as the connected end surface of one of the truncated cylinders are convex, and the connected end surface another cylinder is made concave.

Пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка 6 имеет штрихи 15, которые выполнены криволинейными и неравноотстоящими друг от друга.The transmitting volume-phase hologram diffraction grating 6 has strokes 15, which are made curved and unequally spaced from each other.

Угол α между секущей плоскостью и боковой поверхностью 11 первого усеченного цилиндра, принимающего входящий сигнал, лежит в диапазоне 80°-86°, а угол β между секущей плоскостью и боковой поверхностью 14 второго усеченного цилиндра, фокусирующего выходной сигнал, лежит в диапазоне 78°-83°.The angle α between the secant plane and the lateral surface 11 of the first truncated cylinder receiving the input signal lies in the range 80 ° -86 °, and the angle β between the secant plane and the lateral surface 14 of the second truncated cylinder focusing the output signal lies in the range 78 ° - 83 °.

Указанные выше оптимальные диапазоны углов α и β определены в результате компьютерного моделирования.The above optimal ranges of angles α and β are determined by computer simulation.

Пример конкретного выполненияConcrete example

Демультиплексор со спектральным разделением каналов содержит оптоволокно 1 для передачи входящего неразделенного сигнала, коллимирующий объектив 2, диспергирующий элемент 3 и группу оптоволокон 4 для передачи выходящего разделенного сигнала (фиг. 1).A demultiplexer with spectral division of channels contains optical fiber 1 for transmitting an incoming undivided signal, a collimating lens 2, a dispersing element 3 and a group of optical fibers 4 for transmitting an output split signal (Fig. 1).

К оптоволокну 1 (например, волокно ММ(105/125)0,15, ООО «Специальные Системы. Фотоника») присоединен через SMA разъем коллимирующий объектив 2 для создания коллимированного излучения.Fiber optic 1 (for example, MM (105/125) 0.15 fiber, Special Systems. Photonics LLC) is connected via a SMA connector to a collimating lens 2 to create collimated radiation.

Оптоволокно 1 имеет следующие характеристики:Fiber optic 1 has the following characteristics:

1) рабочий спектральный диапазон: 800-1750 нм;1) operating spectral range: 800-1750 nm;

2) числовая апертура: 0,13-0,17;2) numerical aperture: 0.13-0.17;

3) диаметр сердцевины: 105 мкм;3) core diameter: 105 microns;

4) затухание:≤20 дБ/км.4) attenuation: ≤20 dB / km.

Коллимирующий объектив 2 имеет следующие характеристики:The collimating lens 2 has the following characteristics:

1) рабочий спектральный диапазон: 1050-1620 нм;1) operating spectral range: 1050-1620 nm;

2) фокусное расстояние 75 мм;2) focal length 75 mm;

3) числовая апертура: 0,16.3) numerical aperture: 0.16.

Рабочий спектральный диапазон диспергирующего элемента 3 составляет от 1471 нм до 1611 нм. Диспергирующий элемент 3 выполнен в виде склейки двух элементов: первого усеченного цилиндра 5, секущая плоскость которого по отношению к боковой поверхности 11 цилиндра расположена под углом α, выбираемым в диапазоне 80°-86°, и второго усеченного цилиндра 7, секущая плоскость которого по отношению к боковой поверхности 14 цилиндра расположена под углом β, выбираемым в диапазоне 78°-83°, при этом на соединяемой торцевой поверхности 12 второго усеченного цилиндра 7 выполнена пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка 6. Каждый из усеченных цилиндров 5 и 7 диспергирующего элемента 3 выполнен из сорта стекла TF-7 фирмы ЛЗОС. Фронтальная торцевая поверхность 9 первого усеченного цилиндра 5, принимающая входящий сигнал, и тыльная торцевая поверхность 13 второго усеченного цилиндра 7, фокусирующая выходящий сигнал, имеют просветляющее покрытие для выбранного диапазона длин волн, которое обеспечивает уменьшение коэффициента отражения торцевых поверхностей 9 и 13.The operating spectral range of the dispersing element 3 is from 1471 nm to 1611 nm. The dispersing element 3 is made in the form of gluing two elements: the first truncated cylinder 5, the secant plane of which with respect to the side surface 11 of the cylinder is located at an angle α, selected in the range 80 ° -86 °, and the second truncated cylinder 7, the secant plane of which is relative to to the side surface 14 of the cylinder is located at an angle β, selectable in the range of 78 ° -83 °, while a transmissive volume-phase hologram diffraction grating 6 is made on the connected end surface 12 of the second truncated cylinder 7. Each The first of the truncated cylinders 5 and 7 of the dispersing element 3 is made of TF-7 glass from the LZOS company. The front end surface 9 of the first truncated cylinder 5 receiving the input signal and the rear end surface 13 of the second truncated cylinder 7 focusing the output signal have an antireflection coating for the selected wavelength range, which reduces the reflection coefficient of the end surfaces 9 and 13.

Торцевые поверхности 9, 10, 13 выполнены выпуклыми, а соединяемая торцевая поверхность 12 второго усеченного цилиндра 7, на которой выполнена пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка 6, выполнена вогнутой.The end surfaces 9, 10, 13 are convex, and the connected end surface 12 of the second truncated cylinder 7, on which a transmissive space-phase hologram diffraction grating 6 is made, is concave.

Фронтальная торцевая поверхность 9 первого усеченного цилиндра 5 (принимающая входящий сигнал) и тыльная торцевая поверхность 13 второго усеченного цилиндра 7 (фокусирующая выходящий сигнал) имеют асферическую форму. На соединяемую торцевую поверхность 12 второго усеченного цилиндра 7 нанесен слой бихромированной желатины пропускающей объемно-фазовой голограммной дифракционной решетки 6. Первый усеченный цилиндр 5 соединяется со вторым усеченным цилиндром 7, на соединяемой торцевой поверхности 12 которого выполнена пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка 6, при помощи специального оптического клея ОК-50. Склеиваемые торцевые поверхности 10 и 12 имеют сферическую форму, при этом склеиваемая поверхность 10 первого усеченного цилиндра имеет выпуклую форму, а склеиваемая поверхность 12 второго усеченного цилиндра - вогнутую. Радиус кривизны склеиваемых торцевых поверхностей 10 и 12 усеченных цилиндров равен 500 мм.The front end surface 9 of the first truncated cylinder 5 (receiving the input signal) and the rear end surface 13 of the second truncated cylinder 7 (focusing the output signal) are aspherical. A layer of bichromated gelatin of a transmissive volume-phase hologram diffraction grating 6 is applied to the joined end surface 12 of the second truncated cylinder 7. The first truncated cylinder 5 is connected to the second truncated cylinder 7, on the connecting end surface 12 of which a transmissive volume-phase hologram diffraction grating 6 is made, at using special optical glue OK-50. The glued end surfaces 10 and 12 have a spherical shape, while the glued surface 10 of the first truncated cylinder has a convex shape, and the glued surface 12 of the second truncated cylinder is concave. The radius of curvature of the glued end surfaces 10 and 12 of the truncated cylinders is 500 mm.

Оба усеченных цилиндра 5 и 7 имеют толщину «d», равную 15 мм, высоту «h», равную 30 мм, при этом угол α равен 84°, а угол β равен 80°.Both truncated cylinders 5 and 7 have a thickness "d" of 15 mm, a height of "h" of 30 mm, and the angle α is 84 ° and the angle β is 80 °.

На склеиваемую торцевую поверхность 12 второго усеченного цилиндра 7 был нанесен фоточувствительный слой бихромированной желатины, на которую, с помощью лазера, записывается интерференционная картина. Пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка 6 записана с помощью двух когерентных источников, лучи которых имеют сферический волновой фронт, при этом один из них располагается в центре кривизны поверхности решетки, а второй - в произвольном месте записи интерференционной картины от двух когерентных источников со сферическим волновым фронтом (более подробна технология записи дифракционных решеток изложена в книге: Лебедева В.В. Техника оптической спектроскопии. - М.: Изд-во Моск. ун-та. 1977. - 384 с).A photosensitive layer of bichromated gelatin was deposited onto the glued end surface 12 of the second truncated cylinder 7, onto which, using a laser, an interference pattern was recorded. The transmitting volume-phase hologram diffraction grating 6 was recorded using two coherent sources, the rays of which have a spherical wavefront, one of them being located at the center of curvature of the grating surface, and the second at an arbitrary place of recording the interference pattern from two coherent sources with a spherical wave front (a more detailed technology for recording diffraction gratings is described in the book: Lebedeva VV Technique of optical spectroscopy. - M.: Publishing house of Moscow University. 1977. - 384 s).

Пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка 6 является объемной, а не рельефной, поскольку рельефную решетку нельзя склеивать.The transmissive volume-phase hologram diffraction grating 6 is three-dimensional and not embossed, since the embossed grating cannot be glued.

Полученная пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка 6 имеет штрихи 15, которые являются криволинейными и неравноотстоящими друг от друга, причем шаг штрихов и радиус кривизны штрихов решетки определяют по следующим формулам:The resulting transmissive space-phase hologram diffraction grating 6 has strokes 15, which are curved and unequally spaced from each other, and the step of the strokes and the radius of curvature of the grating strokes are determined by the following formulas:

е=e0×(m×y+n×y2+k×y3) и r=r0+p×y,e = e 0 × (m × y + n × y 2 + k × y 3 ) and r = r 0 + p × y,

где е - шаг штрихов, мкм;where e is the step of strokes, microns;

е0 - шаг штрихов в центре решетки, мкм;e 0 is the stroke pitch in the center of the lattice, microns;

m, n, k - коэффициенты неравномерности шага штрихов;m, n, k are the coefficients of the unevenness of the stroke pitch;

y - координата решетки;y is the lattice coordinate;

r - радиус кривизны штрихов решетки, мм;r is the radius of curvature of the strokes of the lattice, mm;

r0 - радиус кривизны штрихов в вершине решетки, мм;r 0 is the radius of curvature of the strokes at the top of the lattice, mm;

p - коэффициент, характеризующий изменения радиуса кривизны штрихов решетки.p is a coefficient characterizing changes in the radius of curvature of the strokes of the lattice.

В примере конкретного исполнения:In the example of a specific implementation:

1) e0=0,028645 мкм,1) e 0 = 0.028645 μm,

2) m=0,436776,2) m = 0.436776,

n=0,186545,n = 0.186545,

k=0,080256,k = 0.080256,

3) r0=2,228 мм,3) r 0 = 2.228 mm,

4) p=0,9667.4) p = 0.9667.

Демультиплексор со спектральным разделением каналов позволяет значительно увеличить уровень пропускания сигнала за счет того, что диспергирующий элемент 3 является фокусирующе-диспергирующим элементом. Диспергирующий элемент 3 юстируется и закрепляется при помощи пластиковой оправы 8, при этом, по сравнению с прототипом, благодаря исключению фокусирующего объектива и соединению оптоволокна 1 с коллимирующим объективом 2 достигается упрощение юстировки. Демультиплексор со спектральным разделением каналов имеет характеристики, которые показаны на фиг. 4, 5.A demultiplexer with spectral separation of channels can significantly increase the level of signal transmission due to the fact that the dispersing element 3 is a focusing-dispersing element. The dispersing element 3 is aligned and secured using a plastic frame 8, while, compared with the prototype, due to the exclusion of the focusing lens and the connection of the optical fiber 1 with the collimating lens 2, simplification of alignment is achieved. A spectral-division multiplexed demultiplexer has the characteristics shown in FIG. 4, 5.

На фиг. 4 показана диаграмма пятна рассеяния для центральной длины волны 1,551 мкм. В результате анализа диаграммы пятна рассеяния можно сделать вывод, что предлагаемый демультиплексор со спектральным разделением каналов имеет исправленный астигматизм для центральной длины волны по сравнению с прототипом.In FIG. 4 is a scatter plot diagram for a central wavelength of 1.551 μm. As a result of the analysis of the scatter spot diagram, we can conclude that the proposed demultiplexer with spectral separation of channels has corrected astigmatism for the central wavelength in comparison with the prototype.

На фиг. 5 показан геометрический анализ изображения, характеризующий эффективность ввода сигнала в группу оптоволокон 4, передающих разделенный сигнал. Демультиплексор со спектральным разделением каналов с параметрами, указанными выше, имеет эффективность ввода сигнала 88%.In FIG. 5 shows a geometric image analysis characterizing the efficiency of signal input to a group of optical fibers 4 transmitting a divided signal. A demultiplexer with spectral division of channels with the parameters indicated above has a signal input efficiency of 88%.

Демультиплексор со спектральным разделением каналов работает следующим образом.Demultiplexer with spectral separation of channels works as follows.

На фронтальную торцевую поверхность 9, принимающую входящий сигнал, содержащий в себе несколько длин волн, падает сигнал от оптоволокна 1, который коллимируется при помощи коллимирующего объектива 2. Коллимированный сигнал, попадая на фронтальную торцевую поверхность 9, принимающую входящий сигнал, первого усеченного цилиндра 5, преломляется в зависимости от длины волны за счет дисперсии оптического материала.The signal from the optical fiber 1, which is collimated by a collimating lens 2, is incident on the frontal end surface 9, which receives an incoming signal containing several wavelengths, and the collimated signal, falling on the frontal end surface 9, which receives the incoming signal, is the first truncated cylinder 5, refracted depending on the wavelength due to the dispersion of the optical material.

Оптический путь сигнала, проходящего через первый усеченный цилиндр 5, зависит от вида оптического материала усеченного цилиндра 5 демультиплексора, радиуса кривизны фронтальной торцевой поверхности 9, принимающей входящий сигнал и т.д.The optical path of the signal passing through the first truncated cylinder 5 depends on the type of optical material of the truncated demultiplexer cylinder 5, the radius of curvature of the front end surface 9 receiving the incoming signal, etc.

После прохождения сигнала через первый усеченный цилиндр 5 демультиплексора, он попадает на границу раздела «первый усеченный цилиндр 5 - пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка 6». Сигнал испытывает преломление и, попадая на пропускающую объемно-фазовую голограммную дифракционную решетку 6, разлагается на несколько сигналов по длинам волн. После прохождения этих сигналов через пропускающую объемно-фазовую голограммную дифракционную решетку 6, они приходят во второй усеченный цилиндр 7 диспергирующего элемента 3 и снова преломляются. Далее сигналы, пройдя через второй усеченный цилиндр 7 демультиплексора, фокусируются на группе оптоволокон 4, передающих разделенный сигнал, причем положения фокусов, аберрационные характеристики, размеры пятен рассеяния зависят от параметров усеченных цилиндров 5 и 7 диспергирующего элемента 3 и пропускающей объемно-фазовой голограммной дифракционной решетки 6, таких как радиусы кривизны и формы торцевых поверхностей 9, 10, 12 и 13 усеченных цилиндров 5 и 7, материалы усеченных цилиндров 5, 7 и пропускающей объемно-фазовой голограммной дифракционной решетки 6, параметр криволинейности и коэффициент шага штрихов 15 пропускающей объемно-фазовой голограммной дифракционной решетки 6, углов α и β усеченных цилиндров, соответственно, 5 и 7.After the signal passes through the first truncated cylinder 5 of the demultiplexer, it falls on the interface of the "first truncated cylinder 5 - transmitting volume-phase hologram diffraction grating 6". The signal is refracted and, falling on a transmitting volume-phase hologram diffraction grating 6, decomposes into several signals at wavelengths. After these signals pass through a transmissive space-phase hologram diffraction grating 6, they arrive at the second truncated cylinder 7 of the dispersing element 3 and are refracted again. Further, the signals passing through the second truncated cylinder 7 of the demultiplexer are focused on a group of optical fibers 4 transmitting a divided signal, and the positions of the foci, aberration characteristics, and the sizes of scattering spots depend on the parameters of the truncated cylinders 5 and 7 of the dispersing element 3 and the transmitting volume-phase hologram diffraction grating 6, such as the radii of curvature and the shape of the end surfaces 9, 10, 12 and 13 of the truncated cylinders 5 and 7, the materials of the truncated cylinders 5, 7 and the transmission of the volume-phase hologram diffraction of the lattice 6, the curvilinearity parameter and the stroke pitch coefficient 15 of the transmitting volume-phase hologram diffraction grating 6, the angles α and β of the truncated cylinders, 5 and 7, respectively.

Использование предлагаемого демультиплексора со спектральным разделением каналов позволит значительно увеличить уровень пропускания сигнала, а также исправить астигматизм для выбранной центральной длины волны, повысить эффективность ввода сигнала, а также упростить юстировку всей системы за счет предлагаемой совокупности отличительных признаков изобретения.Using the proposed demultiplexer with spectral separation of channels will significantly increase the level of signal transmission, as well as correct astigmatism for the selected central wavelength, increase the efficiency of signal input, and also simplify the adjustment of the entire system due to the proposed combination of distinguishing features of the invention.

Claims (3)

1. Демультиплексор со спектральным разделением каналов, содержащий последовательно расположенные оптоволокно для передачи входящего неразделенного сигнала, коллимирующий объектив, диспергирующий элемент, выполненный из двух усеченных цилиндров, соединенных между собой соосно торцевыми поверхностями, при этом на одной из соединяемых торцевых поверхностей усеченных цилиндров выполнена пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка, и группу оптоволокон для передачи выходящего разделенного сигнала, отличающийся тем, что фронтальная торцевая поверхность первого усеченного цилиндра и тыльная торцевая поверхность второго усеченного цилиндра, расположенные со стороны соответствующих секущих плоскостей, а также соединяемая торцевая поверхность одного из усеченных цилиндров выполнены выпуклыми, а соединяемая торцевая поверхность другого цилиндра выполнена вогнутой.1. A demultiplexer with spectral separation of channels, comprising sequentially arranged optical fiber for transmitting an incoming undivided signal, a collimating lens, a dispersing element made of two truncated cylinders interconnected coaxially by the end surfaces, while one of the connected end surfaces of the truncated cylinders is made passing volumetrically -phase hologram diffraction grating, and a group of optical fibers for transmitting an output split signal, characterized by m, that the front end surface of the first truncated cylinder and the rear end surface of the second truncated cylinder located on the side of the corresponding secant planes, as well as the connected end surface of one of the truncated cylinders are made convex, and the connected end surface of the other cylinder is made concave. 2. Демультиплексор по п. 1, отличающийся тем, что пропускающая объемно-фазовая голограммная дифракционная решетка имеет штрихи, которые выполнены криволинейными и неравноотстоящими друг от друга.2. The demultiplexer according to claim 1, characterized in that the transmissive volume-phase hologram diffraction grating has strokes that are made curved and unequally spaced from each other. 3. Демультиплексор по п. 1, отличающийся тем, что угол между секущей плоскостью и боковой поверхностью первого усеченного цилиндра, принимающего входящий сигнал, лежит в диапазоне 80°-86°, а угол между секущей плоскостью и боковой поверхностью второго усеченного цилиндра, фокусирующего выходной сигнал, лежит в диапазоне 78°-83°.3. The demultiplexer according to claim 1, characterized in that the angle between the secant plane and the side surface of the first truncated cylinder receiving the incoming signal lies in the range 80 ° -86 °, and the angle between the secant plane and the side surface of the second truncated cylinder focusing the output signal lies in the range of 78 ° -83 °.
RU2017144324A 2017-12-18 2017-12-18 Demultiplexer with spectral separation of channels RU2669098C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017144324A RU2669098C1 (en) 2017-12-18 2017-12-18 Demultiplexer with spectral separation of channels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017144324A RU2669098C1 (en) 2017-12-18 2017-12-18 Demultiplexer with spectral separation of channels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2669098C1 true RU2669098C1 (en) 2018-10-08

Family

ID=63798281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017144324A RU2669098C1 (en) 2017-12-18 2017-12-18 Demultiplexer with spectral separation of channels

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2669098C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5621829A (en) * 1996-04-02 1997-04-15 Lucent Technologies Inc. Fiber optic switching device and method using free space scanning
WO2001063351A1 (en) * 2000-02-22 2001-08-30 Light Management Group Inc. Acousto-optical switch for fiber optic lines
RU2251131C2 (en) * 2003-04-01 2005-04-27 Нарвер Валерий Наумович Multichannel optical commutator for optical communication lines
RU2506568C2 (en) * 2011-08-01 2014-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") Device to measure index of refraction

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5621829A (en) * 1996-04-02 1997-04-15 Lucent Technologies Inc. Fiber optic switching device and method using free space scanning
WO2001063351A1 (en) * 2000-02-22 2001-08-30 Light Management Group Inc. Acousto-optical switch for fiber optic lines
RU2251131C2 (en) * 2003-04-01 2005-04-27 Нарвер Валерий Наумович Multichannel optical commutator for optical communication lines
RU2506568C2 (en) * 2011-08-01 2014-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") Device to measure index of refraction

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4643519A (en) Wavelength division optical multiplexer/demultiplexer
US6275630B1 (en) Compact double-pass wavelength multiplexer-demultiplexer
US5493393A (en) Planar waveguide spectrograph
CN104977720B (en) A kind of beam spread collimation optical system and preparation method thereof
CN112229516A (en) Spectroscopic imaging system for snapshot type imaging spectrometer and imaging method thereof
US6243513B1 (en) Wavelength division multiplexing/demultiplexing devices using diffractive optic lenses
US6577786B1 (en) Device and method for optical performance monitoring in an optical communications network
US6236780B1 (en) Wavelength division multiplexing/demultiplexing devices using dual diffractive optic lenses
US9618708B2 (en) Multiplexer/demultiplexer based on diffractive optical elements
RU180123U1 (en) DEMULTIPLEXOR WITH SPECTRAL DIVISION OF CHANNELS
JPS5822725B2 (en) optical demultiplexer
RU2669098C1 (en) Demultiplexer with spectral separation of channels
RU2689780C1 (en) Demultiplexer with spectral division of channels
RU188439U1 (en) DEMULTIPLEXOR WITH SPECTRAL SEPARATION OF CHANNELS
US11933944B2 (en) Microlens provided with opposite sides thereof each having aspheric-surface shape
KR102531857B1 (en) Micro lens array with one side aspherical surfaces
JP2004271743A (en) Optical device
RU204540U1 (en) LENS
US6859317B1 (en) Diffraction grating for wavelength division multiplexing/demultiplexing devices
CN218896255U (en) Parallel light generator with variable light spot size
CN213274578U (en) Spectroscopic imaging system for snapshot type imaging spectrometer
TWI394395B (en) Hybrid dwdm and method for fabricating the same
TW499581B (en) Planar waveguide diffractive beam splitter/beam coupler
WO2001037014A1 (en) Volume or stacked holographic diffraction gratings for wavelength division multiplexing and spectroscopy
EP1399768A2 (en) System and method for controlling spectral passband profile