SU1280556A1

SU1280556A1 - Fibre-optic multiplexer-mode separator

Info

Publication number: SU1280556A1
Application number: SU853962733A
Authority: SU
Inventors: Владислав Дмитриевич Циделко; Владимир Дмитриевич Назаров; Анатолий Григорьевич Терещенко; Петр Афанасьевич Демьяненко; Олег Дмитриевич Плахотный
Original assignee: Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority date: 1985-10-10
Filing date: 1985-10-10
Publication date: 1986-12-30

Abstract

Изобретение предназначено дл использовани в волоконно-оптических лини х передачи информации на основе многомодовых волоконных световодов дл увеличени их пропускной способности. В устр-ве входной 1 и выходные 2-4 волоконные световоды .(ВС), торцы которых лежат в одной плоскости, размещены перед набором последовательно расположенных друг .за другом вогнутых сферических зер кал 5-7 так, что их центры кривиз;ны также лежат в плоскости торцов, причем каждый из них лежит посередине отрезка пр мой, соедин ющей центр торца входного ВС I с центром торца соответствующего выходного ВС. Пространственно разделенное по модовому составу после выхода из торца входного ВС 1 излучение отражаетс селективно в различных угловых интервалах кольцевыми участками соответствующих зеркал 5-7 и вводитс с их помощью в приемные торцы соответствующих выходных ВС 2-4. Пространство между торцами ВС 1-4 и отраI жающими поверхност ми зеркал 5-7 заполнено иммерсионной средой, опти (Л ческа плотность которой така же, как у материала ВС. Применение в качестве разделительных и фокусирующих элементов вогнутых сферических зеркал 5-7 существенно упрощает юстию ровку устр-ва, а совместное использование зеркал и иммерсионной среды 00 позвол ет свести до минимума потери о ел 01 О)The invention is intended for use in fiber-optic data transmission lines based on multimode optical fibers for increasing their throughput. In the device, input 1 and output 2-4 optical fibers (BC), the ends of which lie in the same plane, are placed in front of a set of successively arranged each other concave spherical mirrors 5-7 in such a way that their centers are curved; lie in the plane of the ends, each of which lies in the middle of the segment of the straight line connecting the center of the end face of the input plane I with the center of the end face of the corresponding output plane. The radiation spatially separated by modal composition after the exit from the end of the input BC 1 is reflected selectively in various angular intervals by annular sections of the corresponding mirrors 5-7 and is introduced with their help into the receiving ends of the corresponding output BC 2-4. The space between the ends of the BCs 1–4 and the reflecting surfaces of mirrors 5–7 is filled with an immersion medium whose optical density is the same as that of the Sun material. The use of concave spherical mirrors 5–7 as separating and focusing elements greatly simplifies the balance device alignment, and sharing mirrors and the immersion medium 00 minimizes the loss of averaging 01 O)

Description

излучени , обусловленные отражением света при прохождении им границ средradiation caused by the reflection of light as it passes through the medium boundaries

с различной оптической плотностью. 1 э.п. ф-лы. 2 ил.with different optical density. 1 ep f-ly. 2 Il.

1one

Изобретение относитс к оптоволо конной технике и может быть использовано в волоконно-оптических лини х св зи на основе многомодовых волоконных световодов дл увеличени и:с пропускной способности.The invention relates to a fiber optic technique and can be used in fiber-optic communication lines based on multimode optical fibers for increasing and: with bandwidth.

Цель изобретени - упрощение юстировки и уменьшение потерь излучени .The purpose of the invention is to simplify alignment and reduce radiation loss.

На фиг. 1 схематически изображено устройство, в котором выделение угловых интервалов излучени йсуществл етс внутренними кромками вогнутых сферических зеркал; на-фиг. 2 - то же, наружными кромками зеркал. FIG. 1 shows schematically a device in which the selection of angular intervals of radiation is carried out by the inner edges of the concave spherical mirrors; in FIG. 2 - the same, the outer edges of the mirrors.

Волоконно-оптический уплотнительразделитель мод содержит входной 1 и выходные 2-4 волоконные световоды, торцы которых расположены в одной плоскости, и набор несоосных фокусирующих элементов, которые выполнены в виде расположенных последовательно друг за другом вогнутых сферических зеркал.The fiber optic moderator separator contains input 1 and output 2-4 fiber light guides, the ends of which are located in the same plane, and a set of misaligned focusing elements, which are made in the form of spherical mirrors arranged in series with each other.

Количество зеркал определ етс числом групп мод, подлежащих разделению . На фиг. 1 и 2 представлены примеры выполнени устройства с трем зеркалами 5-7, раздел ющими поток из лучени входного световода на три потока, соответствующих излучением, переносимы - модами низших, средних и высших пор дков. При siTOM зеркало, фокусирующее низшие моды, выполнено круглым, а остальные зеркала - кольцевыми . Торцы входного 1 и каждого из выходных 2-4 световодов оптически сопр жены соответствующими зеркалают 5-7, дл чего плоскость расположени этих торцов совмещена с плоскостью расположени центров кривизны зеркал 5-7. Центр кривизны каждого нз зеркала 5-7 находитс посередине отрезка пр мой, соедин ющего центр торца входного световода , с центром торца соответствующего выходного волоконного световода. Дл уменьшени The number of mirrors is determined by the number of mode groups to be divided. FIG. Figures 1 and 2 show examples of the device with three mirrors 5-7, which divide the flux from the input fiber into three streams, corresponding to the radiation, which are transferable — in the lower, middle, and higher order modes. With siTOM, the mirror focusing the lower modes is round, while the rest of the mirrors are circular. The ends of the input 1 and each of the output 2-4 fibers are optically conjugated with corresponding mirrors 5-7, for which the plane of arrangement of these ends is aligned with the plane of the centers of curvature of mirrors 5-7. The center of curvature of each nz of the mirror 5-7 is located in the middle of the segment of the straight line connecting the center of the end face of the input light guide to the center of the end face of the corresponding output fiber light guide. To reduce

потерь излучени , обусловленных апертурными и аберрационными искажени ми зеркал 5-7, их радиуры кривизны должны быть существенно больше рассто ний между центрами торцов входного 1 и выходных 2-4 световодов. Размеры световых зон зеркал 5-7 определ ютс исход из требуемого соотношени оптических мощностей в каналах св зи . Пространство между торцами световодов 1-4 и отражающими поверхност ми зеркал может быть заполнено лммерсионной средой.radiation losses due to aperture and aberration distortions of mirrors 5–7; their curvature radii must be substantially larger than the distances between the centers of the ends of the input 1 and output 2–4 optical fibers. The dimensions of the light zones of the mirrors 5-7 are determined on the basis of the required optical power ratio in the communication channels. The space between the ends of the optical fibers 1–4 and the reflecting surfaces of the mirrors can be filled with an immersion medium.

В качестве иммерсионной среды используетс , например, оптический клей марки Бальзамин М с оптической плотностью 1,48.As an immersion medium, for example, an optical glue of the brand Balsam M with an optical density of 1.48 is used.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

После выхода из торца входного световода 1 расход щийс поток излучени распростран етс в направлении зеркал 5-7. Достигнув первого зеркала 5, часть излучени , заключенна в телесном угле, определ емом отражающей поверхностью зтого зеркала, отражаетс от негр и фокусируетс на приемном торце выходного световода 2 . Дл случа , представленного на фиг.1, это излучение, переносимое модами высших пор дков, а дл случа , представленного на фиг. 2 излучение , переносимое модами низших пор дков. Часть излучени , прошедшего мимо первого зеркала 5, отражаетс от второго зеркала 6 и фокусируетс им на приемный торец выходного световода 3. В обоих случа х это излучение, переносимое модами средних пор дков.After exiting the end of the input light guide 1, the diverging radiation flux propagates in the direction of the mirrors 5-7. Upon reaching the first mirror 5, part of the radiation enclosed in a solid angle determined by the reflecting surface of this mirror is reflected from the black and focused on the receiving end of the output light guide 2. For the case shown in FIG. 1, this radiation is carried by higher order modes, and for the case shown in FIG. 2 radiation transmitted by lower-order modes. A part of the radiation that passes by the first mirror 5 is reflected from the second mirror 6 and is focused by it onto the receiving end of the output light guide 3. In both cases this radiation is carried by the modes of the middle-order.

Излучение, миновавшее первые два зеркала 5 и 6, отражаетс последним зеркалом 7 и фокусируетс им на приемный торец выходного световода 4. Дл случа , представленного на фиг. это излучение, переносимое модами низших пор дков, а дл случа ,представленного на фиг.2, - излучение, переносимое .модами высших пор дков. При заполнении пространства между торцами световодов 1-4 и зеркалами 5-7 иммерсионной средой потери излучени (при условии точной оптической юстировки зеркал относительно торцов световодов и совершенных поверхност х зеркал и этих торцов) определ ютс только потср ми на отражение от поверхностей зеркал, составл ющими примерно 4%. Потер ми за счет апертурных и аберрационных искажений зеркал можно пренебречь.The radiation that passes the first two mirrors 5 and 6 is reflected by the last mirror 7 and is focused by it on the receiving end of the output fiber 4. For the case shown in FIG. this radiation is carried by the lower-order modes, and for the case shown in Fig. 2, the radiation is carried by the higher-order modes. When filling the space between the ends of the optical fibers 1-4 and the mirrors 5-7 by the immersion medium, the radiation losses (assuming accurate optical alignment of the mirrors relative to the ends of the optical fibers and perfect surfaces of the mirrors and these ends) are determined only by reflections from the mirror surfaces constituting about 4%. The losses due to aperture and aberration distortions of mirrors can be neglected.

Были проведены экспериментальные исследовани макетов известного и предлагаемого устройств с разделением излучени на два потока, соответствующих высшим и низшим группам мод. Изготовление монолитного блока линз дл известного устройства производили из двух одинаковых дво ковыпукпьпс сферических линз диаметром 10 мм и фокусным рассто нием также 10 мм. Дл этого одну из линз обточили до диаметра 5 мм, а в другой линзе при помощи ультразвуковой установки дл резки полупроводниковых пластин выполнили отверстие диаметром 5 мм. После этого линзы вставили одна в другую и склеили при помощи оптического кле марки Бальзамин М в единый блок. Измеренные потери в макете известного устройства составили пор дка 3,5 дБ. При этом потери на отражение от границ сред с различной оптической плотностью составл ют примерно 0,5 дБ; остальные потери обусловлены, в основном, погрешност ми юстировки.Experimental studies of the models of the known and proposed devices with separation of radiation into two streams corresponding to the higher and lower groups of modes were carried out. The manufacture of a monolithic block of lenses for a known device was made from two identical pairs of spherical lenses with a diameter of 10 mm and a focal length of 10 mm. To do this, one of the lenses was turned to a diameter of 5 mm, and in the other lens, an opening with a diameter of 5 mm was made using an ultrasonic installation for cutting semiconductor wafers. After that, the lenses were inserted one into the other and glued together with an optical adhesive brand Balsam M into a single unit. The measured loss in the layout of the known device was in the order of 3.5 dB. In this case, the reflection loss from the boundaries of media with different optical densities is about 0.5 dB; the remaining losses are mainly due to adjustment errors.

Макеты предлагаемого устройства выполнены на основе вогнутых сферических зеркал, изготовленных из стела с последующим серебрением отражакщих поверхностей. Использовали зеркала диаметром 10 мм и радиусами кривизны 15 и 20 мм. Доработка заключалась в обточке первого зеркала до диаметра 4 мм (при выполнении устройства по оптической схеме согласно фиг.1) или в выполнении в нем отверсти диаметром 4 мм (по фиг.2). Исследование макетов без применени иммерсионного заполнени показало,The layouts of the proposed device are made on the basis of concave spherical mirrors made of a stele with subsequent silvering of the reflecting surfaces. They used mirrors with a diameter of 10 mm and radii of curvature of 15 and 20 mm. The revision consisted in turning the first mirror to a diameter of 4 mm (when the device was executed according to the optical scheme according to FIG. 1) or in making a hole in it with a diameter of 4 mm (according to FIG. 2). Examination of models without the use of immersion filling showed

что потери излучени в них существенно меньше, чем в известном устройстве , и не превышают 1,5 дБ. Применение иммерсионного заполнени позвол ет уменьшить эту величину до 1,2 дБ.that the radiation losses in them are substantially less than in the known device and do not exceed 1.5 dB. The use of immersion filling reduces this value to 1.2 dB.

0 Выполнение фокусирующих элементов невзаимосв занными позвол ет производить раздельную юстировку каждого канала, не измен юстировки соседнего , чтоупрош,ает процесс юстировки и увеличивает ее точность.0 Performing focusing elements non-interconnected allows for separate adjustment of each channel, without changing the adjustment of the next channel, which requests the adjustment process and increases its accuracy.

Claims

1. Fiber optic seal mode splitter box containing

the input and output optical fibers and a set of misaligned focusing elements, the element focusing the lower modes are round, the remaining 5 elements are annular, and the ends of the input fiber and each of the output optical fibers are optically matched with corresponding focusing elements , that, in order to simplify alignment and reduce radiation losses, the focusing elements are made in the form of concave spherical mirrors arranged one after the other, the centers of curvature of which lie in one th plane coinciding with the plane of the end faces of the input and output optical fibers, wherein the center of curvature of each mirror is straight middle segment connecting the center of the input end of the optical fiber with the center of the output end of the corresponding fiber.

2. A mode separator compact according to Claim 1, characterized in that, in order to further reduce radiation losses, the space between the ends of the optical fibers and the reflecting surfaces of the mirrors is filled with an immersion medium.