SU1091731A1 - Волоконно-оптический ответвитель - Google Patents

Abstract

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ , солержащий волоконный световсл с сердцевиной и светоотрающей оболочкой, имеющий пер.вый пр молинейный участок, участок с изгибом, выполненным по заданному радиусу, второй пр молинейный участок и переходные области, в лоторых радиус кривизны световода монотонно возрастает от .заданного радиуса к бескоТйечности , соедин ющие указанный участок с изгибом с соответствующими пр молинейными участками, элемент дл  приема ответвленного оптического излучени , расположенный на .против участка световода с изгибом, и диэлектрическую среду г выполненную из прозрачного дл  этого излучени  материала и наход щуюс  в контакте с элементом дл  приема ответвленного оптического излучени  и участком световода с изгибом, от личающ и и с   тем, что, с целью снижени  потерь в ответвитеЛе и повышени  его коэффициента направленности, соотношение длины переходной области, соедин ющей участок с изгибом и первый пр молинейный участок, и радиуса изгиба характеризуетс  отношением Г/Р iir-2arcsin g3- - AJ где 1 - длина переходной области; R - радиус изгиба; А - апертура излучени  внутри световода; р г радиус сердцевины световода, при этом второй пр молинейный учас;ток световода выполнен под углом 9 (Л iк первому пр молинейному участку, определ емым из услови  v R п Q 2arcsin- -- ) KT- П. а элемент дл  приема ответвленного оптического излучени  расположе на оси первого пр молинейного участка при п или в секторе между углами 1,25 IT и к оси первого пр моI линейного участка световода при , ч1 (,, или в секторе между глом (Г и СО осью второго пр молинейного участ ка свет-свода при , где п и п показатели преломлени материала диэлектрической среды и светоотражающей оболочки соответственно.

Description

Изобретение относитс  к радиоэлектронике и может найти применение в технике св зи с использованием волоконных световодов.

Известен волоконно-оптический ответвитель, содержащий волоконный световод с сердцевиной и светоотражающей оболочкой, имеющий первый пр молинейный участок, участок с из гибом, выполненным по заданному радиусу, и второй пр молинейный участок, и элемент дл  приема ответвленного оптического излучени , расположенный напротив участка с изгибом . Элементом дл  приема ответвленного оптического излучени  служит фотодетектор, перед которым расположена линза, собирающа  рассе нное излучение, выход щее из световода и фокусирующа  его на фотодетекторе .

Недостатками этого ответвител   вл ютс  большие потери (Z 5-7 дБ) и низкий коэффициент направленности ( 210 дБ), св занные с тем, что расёе нное оптическое излучение выходит в воздух практически во все стороны и не может быть полностью собрано линзой. По этой же причине прохожДение излучени  по световоду с изгибом в обратном направлении вызовет засветку фотодетектора. Кроме того, поскольку изгиб находитс  в.воздухе, из него не может быть ответвлена существенна  дол  излучени , распростран юща с  по его сердцевине. Такой ответвитель обеспечивает ответвление не более 10% мощности излуче- ни .

Наиболее близким к изобретению  вй етс  волоконно-оптический ответвитель , содержащий волоконный световод с сердцевиной и светоотражающей оболочкой, имеющий первый пр молинай ный участок, участок с изгибом, выполненным по заданному радиусу, второй пр молинейный участок, элемент дл  приема ответвленного оптического излучени , расположенный напротив участка с изгибом, и диэлектрическую среду, выполненную из прозрачного дл  этого излучени  материала и наход щуюс  э контакте с элементом дл  приема ответвленного оптического излучени  и участком световода с изгибом .

Наличие диэлектрической среды, соедин ющей участок световода с изги1

1

бом и элемент дл  приема ответвленного излучени , позволило существенно уменьшить потери в ответвителе и повысить коэффициент его направленности . Однако по указанным основным параметрам он значительно уступает другим известным конструкци м ответвителей , вследствие чего он не нашел широкого применени  несмотр  на относительную простоту его изготовлени .

Целью изобретени   вл етс  снижение потерь в ответвителе и повышение его коэффициента направленности.

Дл  этого в волоконно-оптическом ответвителе, содержащем волоконный световод с сердцевиной и светоотражающей оболочкой, имею1ций пе|рвый пр молинейный участок, участок с изгибом, выполненным по заданному радиусу, и второй пр молинейный участок, элемент дл  приема ответвленного оптического излучени , расположенный напротив участка световода с изгибом, и диэлектрическую среду, выполненную из прозрачного дл  этого излучени  материала и наход щуюс  в контакте с элементом дл  приема ответвленного оптического излучени  и участка световода с изгибом , соотношение длины переходной области, соедин ющей участок с изгибом и первый пр молинейный участок , и радиуса изгиба, характеризуетс  отношением

.l/E t-2arcsin5|---A,

где 1 - длина переходной области/ R - радиус изгиба; А - апертура излучени  внутри

световода/

|) - радиус сердцевины световода ,

при этом второй пр молинейный участок световода выполнен под углом б к первому пр молинейному участку, определ емым и  услови  f в

R

2 a.rcsin --- , а элемент дл  приеК Л}

ма ответвленного оптического излучени  расположен на оси первого пр молинейного участка при п Пд или в секторе между углами ,7.( и 1 к оси первого пр молинейного участка световода при п п, или в секторе между углом и осью второго пр молинейного участка световода при. 5 n Пр, где n и n - показатели преломлени  материала диэлектрической среды и светообразующей оболочки со ответственно. На фиг. 1 представлена схема ответвител ; на фиг. 2 показан ответвитель , преимущественно, дл  систем двухсторонней св зи. Ответвитель содержит волоконный световод 1 с сердцевиной 2, имеющей радиус р , и светоотражающей оболочкой 3, имеющей внешний радиус г. Сердцевина световода 1 может быть выполне на из кварца, легированного фосфором и германием, с максимальным показателем преломлени  п 2 1,75 светоотражающа  оболочка 3 может быть выполнена из чистого кварца, п казатель прело.млени  которого По 1,58. Световод 1 имеет первый пр молинейный участок k, участок 5 с изгибом, вьгполненным по заданному радиусу R, и второй пр молинейный участок 6, выполненный под угпом к первому пр молинейному участку А. Участок 5 с изгибом соединен с пер вым пр молинейным участком переход ной -областью 7. Ответвитель содержи также элемент дл  приема ответвлен ного оптического излучени , выполненный в данном варианте в виде фотодетектора 8 и расположенный напро :тив участка 5 с изгибом, и диэлектр ческую среду 9, наход щуюс  в контак те с фотодетектором В и участком 5 с изгибом световода 1. Диэлектрическа  среда 9 выполнена из прозрачного материала с показателем преломлени  п, заданным относительно показател  преломлени  Пд материала све тоотражающей оболочки 3 световода 1, В частности, в. качестве такого мате (эиала может быть использована смесь глицерина с водой с показателем преломлени  п 1,58, т.е. равным Пр. В таком случае фотодетектор 8 расположен на оси первого пр молинейного участка k световода 1. Диэлектрическа  среда 9 заключена в  чейке 10 с прорез ми дл  пр молинейных участков и 6 световодов 1 и дл  фотодетектора 8. Световод 1 и фотодетектор 8 закреплены на подложке 11 клеем 12. Конкретную оеличйну радиуса R из гиба выбирают в зависимости от того, какую долю оптического излучени  необходимо вывести из световода 1. 31 Чем меньше величина R, тем больша  дол  излучени  выходит из световода 1 на участке 5 с изгибом. ; Дл  практического применени  требуютс  ответ вители, обеспечивающие ответвление от 10 до 90 мощности излучени , распростран ющегос  по основному каналу. В соответствии с этим радиус R изгиба световода 1 выбираетс  больше, чем (20-150) Р дл  световодов с плавным изменением профил  показател  преломлени  и (10-70)/ дл  световодов со ступенчатым профилем показател  преломлени  Ответвитель, показанный на фиг.2, отличаетс  от описанного выше тем, что элемент дл  приема ответвленного оптического излучени  выполнен в виде волоконного световода 13. Поперечное сечение его может быть равным или больше поперечного сечени  световода 1. Диэлектрическа  среда 9 в этом варианте выполнена из оптически прозрачного кле  на основе эпоксидной смолы с показателем преломлени  п ir 1 ,,6. При использовании в качестве материала светоотражающей , оболочки 3 световода 1 чистого кварца (п 1,458) , следовательно, световод 13 должен быть расположен в секторе, ограниченном углами Т и 1,25 Т к оси первого пр молинейного участка Ц световода 1 (максимальное значение 1,25 Т соответствует положению пучка , выход щего на изгибе световода при п 2,5, т.е. максимальномзначении дл  известных оптических клеев). Оптимальное положение световода 13 относительно первого пр молинейного участка Ц световода 1 подбираетс  с- помощью его юстировки при сборке ответвител  и контролируетс  по максимуму излучени  на выходе световода 13. Данный вариант ответвител  содержит дополнительный . элемент дл  приема оптического излучени , в частности , фотодетектор 1ч, наход щийс  в контакте с диэлектрической средой 9 и закрепленный на подложке 11 клеем 12. Фотодетектор 14 располоен напротив участка 5 с изгибом световода 1 в секторе, ограниченном угами 0,751Г + Э и iT + 0 к оси первого пр молинейного участка k свето- . вода 1. Оптимальное положение его подбираетс  также с помощью юстировки . 1 , 1 Исследовани  показали, что существенно уменьшить потери ответвител  и повысить коэффициент его направленности можно при наличии только одного - первого пучка, выход щего на изгибе световода. Такие услови  могут быть созданы, если расположить пр молинейные участки световода под углом 0 друг к другу, равным или большим угла между направлением второго пучка излучени , выход щего на изгибе световода, и его пр молинейным участком, из которого выводитс  излучение. Этот угол равен удвоенному углу падени  осевого луча, распростран ющегос  по сердцевине пр мо линейного участка на поверхность раз дела сердцевина-светоотражающа  оболочка световода, т.е. равен 2arcsin ---- . Следовательно угол 9 следует вь1бирать в интервале: bZarcsirt . К р Исследовани  ответвител  показали также, что при формировании изгиба световода между участком с заданным радиусом изгиба и пр молинё йными участками светойода практически всегда образуютс  переходные области , где радиус изгиба увеличивает с  от заданной величины до бесконемностио При большой длине переходной С1бласти, соедин ющей пр молинейный участок, из которого выводитс  излучение , и участок с изгибом, выполнен ным по заданному радиусу, излучение выходит из световода в виде веера в широком секторе, ограниченном углом (в радианах), равным отношений 1/R, где 1 - длина переходной области. Пр некоторой величине 1 этот угол ста л- R новитс  равным и- 2arcsin(r---), в результате чего первый и второй пучк излучени , выход щего на изгибе световода , наложатс  друг на друга. Перекрытие этих пучков наступает, когда 1/R равно - 2arcsiTi(g|--)-AJ где А апертура излучени  внутри световода. Ответвитель работает следующим образом. Оптическое излучение поступившее в Первый пр молинейный участок k световода 1, распростран етс  по нему внутри сердцевины 2 на основе  влени  полного внутреннего отражени . На участке 5 с изгибом вследствие изменени  условий распространени  часть этого излучени  выходит в оболочку 3 световода и далее в диэлектрическую среду 9- Дол  вышедшего из световода 1 излучени  зависит , как описано выше, от радиуса R изгиба. Поскольку в данном варианте ответвител  показатель преломлени  п диэлектрической среды 9 равен показателю преломлени  п материала оболочки 3 световода 1, излучение выходит из световода 1 вдоль оси первого пр молинейного участка k. При . этом излучение выходит в виде одного узконаправленного пучка. Ответвленное таким образом излучение регистрируетс  фотодетектором 8, а оставшеес  в световоде 1 излучение распростран етс  по второму пр молинейному участку 6. Ответвитель, показанный на фиг.2, целесообразно использовать в-системах двухсторонней св зи по одному каналу или в рефлектометрах. В первом случае подключают первый пр молинейный участок световода 1 к линии св зи, второй пр молинейный участок световода 1 - к передатчику абонента, а выходной конец световода 13 - к приемнику абонента. Ответвитель в этом случае работает следующим образом . Излучение из линии.св зи поступает в первый пр молинейный участок k ответвител  и распростран етс  к участку 5 с изгибом, где часть его выходит в диэлектрическую среду 9. Поскольку показатель преломлени  п диэлектрической среды 9 в данном варианте больше показател  преломлени  п оболочки 3 световода 1, выход щее j из него излучение отклон етс  на не- который угол от своего первоначального направлени . Ответвленное таким образом излучение поступает на световод 13 расположенный под соответствующим углом к оси участка и распростран етс  к приемнику абонента. Дл  передачи сигнала в обратном направлении , т.е. от абонента в линию св зи, излучение от передатчика абонента ввод т во второй пр молинейный участок 6 световода. Часть этого ивлучени  выходит из световода 1 на участке 5 с изгибом и регистрируетс , фотодетектором 1, полученный сигнал

используетс  дл  контрол  работы передатчика . Оставша с  в световоде 1 часть излучени  направл етс  по первому пр молинейному участку в линию св зи

Аналогичным образом предложенный ответвитель может быть использован в оптическом рефлектометре.

Таким образом, данный волоконнооптический ответвитель обладает малыми внутренними потер ми и высоким коэффициентом направленности. К тому же он прост и технологичен в изготовлении и.имеет хорошую воспроизводимость параметров.

10

Фиг.1

Claims (1)

1. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ, содержащий волоконный световод с сердцевиной и светоотрающей оболочкой, имеющий пер.вый прямолинейный участок, участок с изгибом, выполненным по заданному радиусу, второй прямолинейный участок и переходные области, в которых радиус кривизны световода монотонно возрастает от заданного радиуса к бескоТнечности, соединяющие указанный участок с изгибом с соответствующими прямолинейными участками, элемент для приема ответвленного оптического излучения, расположенный напротив участка световода с изгибом, и диэлектрическую среду, выполненную из прозрачного для этого излучения материала й находящуюся в контакте с элементом для приема ответвленного оптического излучения и участком световода с изгибом, отличаю щийся тем, что, с целью снижения потерь в ответвителе и повышения его коэффициента направленности, соотношение длины переходной области, соединяющей участок с изгибом и первый прямолинейный участок, и радиуса изгиба характеризуется отношением

   17» <[irгде 1 - длина переходной области;

   R - радиус изгиба;

   А - апертура излучения внутри световода;

   р г радиус сердцевины световода, при этом второй прямолинейный участок световода выполнен под углом Q ;к первому прямолинейному участку, определяемым из условия > Q У 2arcsin---~R+р а элемент для приема ответвленного оптического излучения расположен на оси первого прямолинейного участка при η = η_β или в секторе между углами 1 ,25 1Г и Ιϊ к оси первого прямолинейного участка световода при , |п?п₀, или в секторе между глом 'ίΓ и ‘ осью второго прямолинейного участ• ка световода при п< п_о, где η и п_{о (}показатели преломления’материала диэлектрической среды и светоотражающей оболочки соответственно.

   SU 1091731 А1 з