RU2776092C1 - Optical splitter without loss on reverse reflection and with zero transmission and directivity coefficients for fiber-optic communication systems - Google Patents

Optical splitter without loss on reverse reflection and with zero transmission and directivity coefficients for fiber-optic communication systems Download PDF

Info

Publication number
RU2776092C1
RU2776092C1 RU2021128569A RU2021128569A RU2776092C1 RU 2776092 C1 RU2776092 C1 RU 2776092C1 RU 2021128569 A RU2021128569 A RU 2021128569A RU 2021128569 A RU2021128569 A RU 2021128569A RU 2776092 C1 RU2776092 C1 RU 2776092C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
quartz glass
optical splitter
sphere
reflective
Prior art date
Application number
RU2021128569A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Степанович Иванцев
Владимир Валерьевич Никулин
Сергей Васильевич Осипов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»
Application granted granted Critical
Publication of RU2776092C1 publication Critical patent/RU2776092C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: communication technology.
SUBSTANCE: invention relates to fiber-optic splitter devices and can be used in fiber-optic networks of information exchange. The claimed optical splitter without loss on reverse reflection and with zero transmission and directivity coefficients for fiber-optic communication systems contains fiber optical guides based on quartz glass and a reflective spherical coating. The optical splitter has a spherical shape and is made of quartz glass with a refractive index n = 1.46–1.49. It consists of two parts of a sphere with flat polished surfaces with a reflective coating applied to their outer spherical surface, while each part of the sphere includes reflective mirror screens with areas that prevent radiation from the input fiber guides from interacting directly with the output fiber guides. The polished flat parts of the sphere are connected using an adhesive having the same refractive index as quartz glass, and are completely covered after gluing with the same reflective coating as reflective mirror screens. The splitter is additionally covered with a protective polymer layer.
EFFECT: ability to accurately calculate the amount of energy losses at any input or output of the splitters and, thus, provide the required uniformity of incoming and outgoing light streams due to multiple reflection of input radiation in a spherical optical splitter made of quartz glass.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к волоконно-оптическим разветвительным устройствам и может быть использовано в волоконно-оптических сетях информационного обмена.SUBSTANCE: invention relates to fiber-optic splitters and can be used in fiber-optic information exchange networks.

Древовидный разветвитель осуществляет расщепление одного оптического сигнала на несколько выходных или выполняет обратную функцию объединения нескольких сигналов в один выходной. Обычно древовидные разветвители распределяют мощность в равной степени между всеми выходными полюсами. Конфигурация полюсов в древовидных разветвителях обозначается n х m, где n - число входных полюсов, m - число выходных полюсов. Для древовидных разветвителей n = 1. В применяемых в настоящее время древовидных разветвителях число m = 2 - 32. Большинство древовидных разветвителей двунаправленные, поэтому они могут выполнять функции объединения сигналов. Передаточные параметры для разных выходных полюсов разветвителя стремятся делать более близкими друг к другу.A tree splitter splits one optical signal into several outputs or performs the inverse function of combining several signals into one output. Typically, tree splitters distribute power equally to all output poles. The configuration of poles in tree splitters is denoted n x m, where n is the number of input poles, m is the number of output poles. For tree splitters, n = 1. In current tree splitters, the number m = 2 - 32. Most tree splitters are bidirectional, so they can perform signal combining functions. The transfer parameters for different output poles of the splitter tend to be closer to each other.

Звездообразный разветвитель имеет обычно одинаковое число входных и выходных полюсов. Оптический сигнал приходит на один из входных полюсов и в равной степени распределяется между всеми выходными полюсами. Самое большое распространение получили разветвители 2 x 2 и 4 x 4. Во избежание путаницы по входным и выходным полюсам принято обозначать входные полюсы латинскими буквами, а выходные цифрами. Звездообразные разветвители распределяют мощность оптического сигнала в равной степени между всеми оптическими полюсами.A star splitter usually has the same number of input and output poles. The optical signal arrives at one of the input poles and is equally distributed between all output poles. Splitters 2 x 2 and 4 x 4 are most widely used. In order to avoid confusion about the input and output poles, it is customary to designate the input poles in Latin letters, and the output numbers. Star splitters distribute the power of the optical signal equally between all optical poles.

Ответвитель - обобщение древовидного разветвителя. Когда выходная мощность распределяется необязательно в равной пропорции между выходными полюсами. Конфигурации ответвителей бывают 1 x 2; 1 x 3; 1 x 4; 1 x 5; 1 x 6; 1 x 8; 1 x 16; 1 x 32. Выходные полюсы нумеруются в порядке убывания оптической мощности.A coupler is a generalization of a tree splitter. When the output power is not necessarily distributed equally between the output poles. Tap configurations are 1 x 2; 1 x 3; 1x4; 1x5; 1x6; 1x8; 1x16; 1 x 32. Output poles are numbered in descending order of optical power.

Разветвители характеризуются параметрами: коэффициент передачи или коэффициент вносимых потерь; коэффициент направленности или коэффициент однородности; потери на обратном рассеянии.Splitters are characterized by the following parameters: transmission coefficient or insertion loss coefficient; directivity factor or homogeneity factor; backscatter loss.

Коэффициент передачи или коэффициент вносимых потерь определяет потери мощности сигнала, который приходит на один из полюсов и выходит с одного из выходных полюсов. Коэффициент передачи определяют соотношением:The gain or insertion loss ratio determines the power loss of a signal that enters one of the poles and leaves one of the output poles. The transmission coefficient is determined by the ratio:

ainc(I, j) = -10 lg (pi,j/ pi); дБ.a inc (I, j) = -10 lg (p i,j / p i ); db.

Индексы I, j пробегают значения номеров входных и выходных полюсов соответственно, например i = a; j = 1Indexes I, j run through the values of the numbers of input and output poles, respectively, for example i = a; j = 1

Коэффициент направленности или однородности характеризует способность разветвителя равномерно передать мощность в выходные полюсы. Он показывает интенсивность нежелательного обратного сигнала, возникающего на другом полюсе из входной группы полюсов и подсчитывается по формуле:The directivity or uniformity coefficient characterizes the ability of the splitter to uniformly transfer power to the output poles. It shows the intensity of the unwanted feedback occurring at the other pole of the input pole group and is calculated using the formula:

bdir = 10 lg (pi,j/ pi); дБ.b dir = 10 lg (pi ,j / p i ); db.

Индексы i , g относятся к одной группе полюсов.Indexes i , g refer to one group of poles.

Потери на обратном рассеянии, есть выходная мощность, регистрируемая на полюсе i при условии подачи сигнала на этот же полюс. Этот коэффициент схож с коэффициентом обратных потерь в оптических соединителях. Потери на обратном рассеянии подсчитываются по формуле: Backscatter loss is the output power recorded at pole i, provided that a signal is applied to the same pole. This coefficient is similar to the return loss coefficient in optical connectors. Backscatter loss is calculated using the formula:

bbs (i)= 10 lg (pi,j/ pi); дБ.b bs (i)= 10 lg (p i,j / p i ); db.

Для представления параметров разветвителей всех типов строится матрица потерь. На диагонали матрицы стоят коэффициенты потерь на обратном рассеянии, где в качестве входного сигнала последовательно выбираются полюсы от a до 4. Для разветвителя n x n экспериментально все коэффициенты строится матрица размером 2n x 2n.To represent the parameters of splitters of all types, a loss matrix is constructed. On the diagonal of the matrix are the backscatter loss coefficients, where the poles from a to 4 are sequentially selected as the input signal. For an n x n splitter, all coefficients are experimentally constructed in a 2n x 2n matrix.

Среди пассивных элементов волоконно-оптических систем особое место занимают разветвители, разделяющиеся по категориям на древовидные, звездообразные и ответвители. Принципы работы разветвителей описаны в работах: Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. ЭКО-ТРЕНДЗ, - М.: Радио и связь, 2001, 266 С.; Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, наротехнологии. - М.: Физматлит, 2007, 416 с.Among the passive elements of fiber-optic systems, a special place is occupied by splitters, divided into categories into tree-like, star-shaped and couplers. The principles of operation of the splitters are described in the works: Ubaidullaev R.R. Fiber-optic networks. ECO-TRENDS, - M.: Radio and communication, 2001, 266 S.; Gusev A.I. Nanomaterials, nanostructures, nanotechnologies. - M.: Fizmatlit, 2007, 416 p.

Принцип работы предлагаемых разветвителей основывается на действии интегрирующей сферы, описанной в работах: М.М. Гуторов. Основы светотехники и источники света. М., Энергоатомиздат, 1983, 384 с. М.М.Епанешников. Электрическое освещение, М., Энергия,1973, 352С.The principle of operation of the proposed splitters is based on the action of the integrating sphere, described in the works: M.M. Gutorov. Fundamentals of lighting engineering and light sources. M., Energoatomizdat, 1983, 384 p. M.M. Epaneshnikov. Electric lighting, M., Energy, 1973, 352C.

Общим недостатком известных разветвителей является то, что они характеризуются энергетическими потерями, определяемыми такими параметрами, как коэффициенты передачи или коэффициенты вносимых потерь, как коэффициенты направленности или коэффициенты однородности, а также потери на обратном рассеянии Недостатком прототипов является то, что разветвители имеет низкую надежность за счет больших оптических потерь.A common disadvantage of known splitters is that they are characterized by energy losses determined by such parameters as transmission coefficients or insertion loss factors, as directivity or uniformity coefficients, as well as backscatter losses. The disadvantage of the prototypes is that the splitters have low reliability due to large optical losses.

Известен оптический разветвитель, содержащий по крайней мере один пучок кварц-полимерных световодов, состыкованных в торец с оптическим смесительным стержнем (RU 128354, МПК G02B 6/28, опубл. 20.05.2013).Known optical splitter containing at least one bundle of quartz-polymer fibers, docked at the end with an optical mixing rod (RU 128354, IPC G02B 6/28, publ. 20.05.2013).

Недостатком прототипа является то, что оптический разветвитель имеет низкую надежность за счет больших энергетических потерь.The disadvantage of the prototype is that the optical splitter has low reliability due to high energy losses.

Технический результат заключается в том, что позволяет четко рассчитывать величину энергетических потерь на любом входе или выходе разветвителей и, таким образом, обеспечивать требуемые равномерности входящих и выходящих световых потоков, за счет многократного отражения входных излучений в оптическом разветвителе сферической формы, изготовленном из кварцевого стекла.The technical result lies in the fact that it allows you to clearly calculate the amount of energy loss at any input or output of the splitters and, thus, ensure the required uniformity of incoming and outgoing light fluxes, due to the multiple reflection of input radiation in a spherical optical splitter made of quartz glass.

Сущность изобретения заключается в том, что оптический разветвитель без потерь на обратном отражении и с нулевыми коэффициентами передачи и направленности для волоконно-оптических систем связи содержит волоконные световоды на основе кварцевого стекла и отражающее сферическое покрытие. Оптический разветвитель имеет сферическую форму и изготовлен из кварцевого стекла с показателем преломления n = 1,46 - 1,49. Он состоит из двух частей сферы с плоскими полированными поверхностями и с нанесенной на их внешнюю сферическую поверхность отражающим покрытием, при этом каждая часть сферы включает отражающие зеркальные экраны, площадями, не позволяющими излучению от входных волоконных световодов напрямую взаимодействовать с выходными волоконными световодами. Полированные плоские части сферы соединены с помощью клея, имеющим такой же показатель преломления, что и кварцевое стекло и полностью покрытым после склеивания таким же отражающим покрытием, что и отражающие зеркальные экраны, и дополнительно покрытый защитным полимерным слоем.The essence of the invention lies in the fact that an optical splitter without reverse reflection loss and with zero transmission coefficients and directivity for fiber optic communication systems contains fiber light guides based on quartz glass and a reflective spherical coating. The optical splitter has a spherical shape and is made of quartz glass with a refractive index n = 1.46 - 1.49. It consists of two parts of a sphere with flat polished surfaces and with a reflective coating applied to their outer spherical surface, while each part of the sphere includes reflective mirror screens with areas that do not allow radiation from the input optical fibers to directly interact with the output optical fibers. The polished flat parts of the sphere are connected with an adhesive having the same refractive index as quartz glass and fully coated after gluing with the same reflective coating as reflective mirror screens, and additionally coated with a protective polymer layer.

На чертеже представлена схема оптического разветвителя.The drawing shows a diagram of an optical splitter.

Оптический разветвитель 1 имеет сферическую форму. Он изготовлен из кварцевого стекла с показателем преломления n = 1,46 - 1,49 и содержит входные волоконные световоды 2 и выходные волоконные световоды 3 на основе кварцевого стекла. Оптический разветвитель 1 состоит из двух частей сферы 4 и 5, с плоскими полированными поверхностями и с нанесенным на их внешнюю сферическую поверхность отражающим покрытием 6. На каждой плоской части сферы 4 и 5 имеются отражающие зеркальные экраны 7, площадями, не позволяющими излучению от входных волоконных световодов 2 напрямую взаимодействовать с выходными волоконными световодами 3. Полированные плоские части сферы 4 и 5 соединены клеем, имеющим такой же показатель преломления, что и кварцевое стекло и полностью покрыты после склеивания таким же отражающим покрытием 6, что и отражающие зеркальные экраны 7 . Дополнительно оптический разветвитель 1 покрыт защитным полимерным слоем 8.The optical splitter 1 has a spherical shape. It is made of quartz glass with a refractive index n = 1.46 - 1.49 and contains input optical fibers 2 and output optical fibers 3 based on quartz glass. The optical splitter 1 consists of two parts of the sphere 4 and 5, with flat polished surfaces and with a reflective coating 6 applied to their outer spherical surface. Each flat part of the sphere 4 and 5 has reflective mirror screens 7 with areas that do not allow radiation from the input light guides 2 directly interact with the output fiber light guides 3. The polished flat parts of the sphere 4 and 5 are connected with glue having the same refractive index as quartz glass and are completely covered after gluing with the same reflective coating 6 as the reflective mirror screens 7. Additionally, the optical splitter 1 is covered with a protective polymer layer 8.

Устройство работает следующим образом. Световые потоки из входных волоконных световодов 2 попадают на отражающие зеркальные экраны 7 в первой части сферы 4, что вызывает многократные отражения в обеих частях 4, 5 сферы и выходят через выходные волоконные световоды 3 к потребителю.The device works as follows. The light fluxes from the input optical fibers 2 fall on the reflective mirror screens 7 in the first part of the sphere 4, which causes multiple reflections in both parts 4, 5 of the sphere and exit through the output optical fibers 3 to the consumer.

Зная значение светового потока Фе, введенного в разветвитель 1 , можно подсчитывать световые потоки, выводимые из разветвителя Фе 1, определяемые площадью выходного отверстия по формуле:Knowing the value of the luminous flux Fe introduced into the splitter 1, it is possible to calculate the luminous fluxes output from the splitter Ф e 1 , determined by the area of the outlet according to the formula:

Фе 1= Фе (1-ρ) So / Sш ρ, гдеФ e 1 = Fe (1-ρ) So / Sш ρ, where

Sш - площадь поверхности зеркального покрытия;Ssh - surface area of the mirror coating;

ρ - коэффициент отражения зеркального покрытия;ρ is the reflection coefficient of the mirror coating;

So- площадь выходного отверстия.So is the area of the outlet.

Уменьшаются энергетические потери за счет многократного отражения входных излучений в оптическом разветвителе сферической формы, изготовленном из кварцевого стекла.Energy losses are reduced due to multiple reflections of input radiation in a spherical optical splitter made of quartz glass.

Предлагаемые конструкции оптического разветвителя, для которых коэффициенты передачи (коэффициенты вносимых потерь), коэффициенты направленности (коэффициенты однородности), потери на обратном рассеянии теряют смысл. Входные 2 и выходные 3 волоконные световоды встраиваются в оптический разветвитель любым способом терминирования оптических волокон перед полировкой поверхностей на каждом сферическом элементе.The proposed designs of the optical splitter, for which the transmission coefficients (insertion loss coefficients), directivity coefficients (uniformity coefficients), backscatter losses lose their meaning. Input 2 and output 3 fibers are built into the optical splitter by any method of terminating optical fibers before polishing the surfaces on each spherical element.

По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет четко рассчитывать величину энергетических потерь на любом входе или выходе разветвителей и, таким образом, обеспечивать требуемые равномерности входящих и выходящих световых потоков, уменьшает энергетические потери за счет многократного отражения входных излучений в оптическом разветвителе сферической формы, изготовленном из кварцевого стеклаCompared with the known solution, the proposed solution allows you to clearly calculate the amount of energy losses at any input or output of the splitters and, thus, ensure the required uniformity of incoming and outgoing light fluxes, reduces energy losses due to multiple reflections of input radiation in a spherical optical splitter made of quartz glass

Claims (1)

Оптический разветвитель без потерь на обратном отражении и с нулевыми коэффициентами передачи и направленности для волоконно-оптических систем связи, содержащий волоконные световоды на основе кварцевого стекла и отражающее сферическое покрытие, отличающийся тем, что оптический разветвитель, имеющий сферическую форму, изготовлен из кварцевого стекла с показателем преломления n=1,46–1,49, состоящий из двух частей сферы с плоскими полированными поверхностями и с нанесенной на их внешнюю сферическую поверхность отражающим покрытием, при этом каждая часть сферы включает отражающие зеркальные экраны с площадями, не позволяющими излучению от входных волоконных световодов напрямую взаимодействовать с выходными волоконными световодами, полированные плоские части сферы соединены с помощью клея, имеющего такой же показатель преломления, что и кварцевое стекло, и полностью покрыты после склеивания таким же отражающим покрытием, что и отражающие зеркальные экраны, и дополнительно покрытый защитным полимерным слоем.An optical splitter with no back reflection loss and with zero transmission coefficients and directivity for fiber optic communication systems, containing fiber light guides based on quartz glass and a reflective spherical coating, characterized in that the optical splitter, having a spherical shape, is made of quartz glass with an indicator refraction n = 1.46–1.49, consisting of two parts of a sphere with flat polished surfaces and with a reflective coating applied to their outer spherical surface, while each part of the sphere includes reflective mirror screens with areas that do not allow radiation from the input optical fibers directly interact with the output fibers, the polished flat parts of the sphere are connected with an adhesive having the same refractive index as quartz glass, and completely coated after gluing with the same reflective coating as reflective mirror screens, and additionally coated with a protective m polymer layer.
RU2021128569A 2021-09-30 Optical splitter without loss on reverse reflection and with zero transmission and directivity coefficients for fiber-optic communication systems RU2776092C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2776092C1 true RU2776092C1 (en) 2022-07-13

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1531049A1 (en) * 1986-06-16 1989-12-23 Могилевское отделение Института физики АН БССР Fibre-optics decoupler
RU128354U1 (en) * 2012-11-12 2013-05-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" OPTICAL BRANCH
US20170038534A1 (en) * 2015-08-05 2017-02-09 Playhard, Inc. Systems and methods for a stellate beam splitter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1531049A1 (en) * 1986-06-16 1989-12-23 Могилевское отделение Института физики АН БССР Fibre-optics decoupler
RU128354U1 (en) * 2012-11-12 2013-05-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" OPTICAL BRANCH
US20170038534A1 (en) * 2015-08-05 2017-02-09 Playhard, Inc. Systems and methods for a stellate beam splitter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. ЭКО-ТРЕНДЗ, - М.: Радио и связь, 2001, 266 с. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11428868B2 (en) Optical fiber and waveguide devices having expanded beam coupling
Klaus et al. Free-space coupling optics for multicore fibers
Doerr et al. Silicon photonic integrated circuit for coupling to a ring-core multimode fiber for space-division multiplexing
GB2119121A (en) Optical coupling devices
JPH03138606A (en) Light branching device
DK156496B (en) OPTICAL BRANCH
CN105319648A (en) Combined splitter, optical isolator and spot-size converter
Lee et al. Multi-core fiber technology for optical-access and short-range links
Tottori et al. Integrated optical connection module for 7-core multi-core fiber and 7 single mode fibers
RU2776092C1 (en) Optical splitter without loss on reverse reflection and with zero transmission and directivity coefficients for fiber-optic communication systems
US20050226563A1 (en) Optical fiber component
CN212905793U (en) Integrated optical circulator
RU2801081C1 (en) Tree-like optical splitter with zero return loss and zero gain and directivity for fibre optic communication systems
CN202956503U (en) Variable optical attenuator with wavelength dependent loss compensation function
CN208283594U (en) A kind of optical splitter
CN206292416U (en) Optical fiber circuit device and the joints of optical fibre
JPH10282350A (en) Optical splitter
US4747651A (en) Three-way start splitter for optical wave guides
US6760085B2 (en) Wavelength selecting module and wavelength selecting apparatus
US6697561B2 (en) Variable optical attenuation collimator
Kiriyama et al. Free-Space Coupling Type Fan-in/Fan-out Device for 4-Core Fiber with Low Insertion Loss
Tottori et al. Improved return loss of fan-in/fan-out device for circular core array multi-core fiber using free space optics
OGUCHI et al. Design and fabrication of highly-dense optical components for in-service fiber testing and monitoring in subscriber loops
CN208737040U (en) A kind of photoswitch of 1 × N-port
CN108089266B (en) Optical fiber attenuator with low wavelength-dependent insertion loss