SU1714558A1

SU1714558A1 - Устройство дл ввода излучени полупроводникового лазера в одномодовое оптическое волокно

Info

Publication number: SU1714558A1
Application number: SU904789752A
Authority: SU
Inventors: Валерий Шалвович Берикашвили; Нина Александровна Щербакова; Алла Валерьевна Кузюшкина
Original assignee: Научно-Исследовательский Институт Электровакуумного Стекла
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1990-02-09
Publication date: 1992-02-23

Abstract

Изобретение относитс к волоконной оптике, в частности к волоконно-оптической св зи и лазерным установкам. Цель изобретени - повышение эффективности ввода. Устройство содержит полусферическую линзу, закрепленную в держателе 9, причем линза включает внутренний слой 5 чистого кварца с коэффициентом преломлени Пс. промежуточный слой 4 легированного кварца с коэффициентом г\реломлёни (по+ An) и внешний слой 3 чистого кварца. Промежуточный слой имеет фронтальную поверхность радиусом р и заднюю поверхность радиусом г. Приведено соотношение радиусов слоев линзы. 2 ил.! ^ЁИзобретение относитс к волоконной оптике, в частности к волоконно-оптической св зи и лазерным и медицинским установи кам, 'Известно устройство ввода лазерного излучени в виде короткофокусных объективов [1].'Недостатком такого устройства вл et- с требование одинаковой пространственной расходимости по углу излучени от источника, кроме того, в фокальном пйтне такого микрообъектива излучение имеет большую числовую апертуру (NA >& 0,35), котора приводит к большим потер м при вво" де в оДномодовое волокно с NA = 0,1 вследствие возбуждени вытекающих мод.Особенностью излучени полупроводниковых лазеров вл етс ' мала расходимость (Qi ='2°) вдоль большой излучающей площадки и больша расходимость (02 ~ 30°)вдоль ее Малой оси. Это требует использовани фокусирующего устройства в еиде сферической линзы с нарас1ающим к центру показателем преломлени в одномодовое волокно.•Наиболее близким к предлагаемому изобретению потехнической сущностии достигаемому результату вл етс устройство ввода излучени полупроводникового лазера в одномодовое оптическое волокно, включающее кварцевую сферическую микролинзу, показатель преломлени которой измен етс от поверхности к центру линзы, и металлическую оправку дл креплени линзы [2].Недостатком этого устройства вл етс наличие, по крайней мере, четырех поверхностей раздела воздух-стекло с большой разницей показателей преломлени Дп 1,45, что приводит к большим потер м на^О100

Description

отражение. Другим недостатком вл етс необходимость использовани сложных юстировочных устррйств дл совмещени оптических осей элементов системы с осью сердечника волокна. Кроме того, на выходе устройства излучение имеет большую числовую апертуру NA 0,3, приводит к увеличению потерь в одномодовом волокне с NA«0,1.

Целью изобретени вл етс повышение эффективности ввода излучени в волокно .

Указанна цель достигаетс тем, что микролинза выполнена полусферической и включает внутренний слой чистого кварца с показателем преломлени По, промежуточный слой легированного кварцд с показателем , преломлени (по + Ал) и внешний слой чистого кварца, причем промежуточный слой имеет фронтальную сферическую поверхность радиусом р и заднюю сферическую поверхность радиусом, удовлетвор ющие услови м

0,6 -R ,75 R 0,03 ,05 R, а Лп 0,02 ± 0,01.

.На фиг. 1 изображено устройство ввода излучени полупроводникового лазера в одномодовое волокно с ходом лучей с максимальным отклонением от оси полупроводникового лазера до одномодового волокна; на фиг, 2 - профиль показател преломлени в сечении микролинзы.

Основные элементы, представленные на фиг. 1, следующие: полупроводниковый лазер 1 с излучающей площадкой 2, кварцевый внешний слой микролинзы 3, промежуточный легированный слой микролинзы 4, кварцевый внутренний слой 5, кварцева оболочка одномодового волокна 6, сердцевина одномодового волокна 7, направл ющий капилл р 8, металлическа втулка 9, герметизирующий узел 10, одномодовое волокно 11.

Устройство работает следующим образом .

Излучение от площадки 2 полупроводникового лазера с различными углами расхождени в двух взаимно ортогональных плоскост х падает на границу внешнего кварцевого сло , претерпевает преломление и направл етс к оптической оси одномодсвого волокна, причем, чем больше угловое расхождение луча света, тем больше поворот луча света к оси. При прохождении легированного сло лучи света искривл ютс в соответствии с законом преломлени Снеллиуса и направл ютс примерно вдоль радиальных линий микролинзы , включающей слои 3, 4 и 5. При этом происходит фокусировка и сильное увеличение ЧИСЛОВОЙ апертуры до 0,3 в сло х 3 и 4. После прохождени границы внутреннего сло 5 апертура понижаетс до 0,1 за счет уменьшени показател преломлени , что способствует улучшению условий ввода излучени в сердцевину одномодового волокна 7. Так как фокус микролинзы находитс за задней стенкой, излучение фокусируетс внутри волокна. Это приводит . к снижению плотности мощности излучени на границе микролинза-волокно. Основным преимуществом предлагаемого устройства

вл етс различна степень сжати дл лучей с разным углом отклонени от оптической оси линзь), т,е, лучи с малым углом отклонени от оси преломл ютс меньше, чем с большим. Благодар этому осуществл етс , более эффективный ввод излучени

полупроводникового лазера, имеющего

разную расходимость по двум выраженным

взаимно перпендикул рным направлени м.

f1 р и м е р 1. Изготовл ют микролинзу

с радиусом полусферы внешнего кварцевого сло мм, радиусом поверхности легированного Ge02 сло р 2 мм и радиусом внутреннего кварцевого сло ,1 мм. Разница показателей преломлени легированкого сло и кварцевого составл ет 0,02. Одномодовое волокно диаметром 125 мкм с диаметром сердцевины 4,3 мкм с помощью стекл нного капилл ра и металлической втулки помещают соосно с микролинзой, затем производ т юстировку и склейку волокна и микролинзы с втулкой. После формировани устройства ввода оно пристыковываетс к выходному окну полупроводникового лазера ЛПИ-301 с длиной

волны излучени 820 нм и средней мощностью 1 10 Вт. Измерение мощности на выходе отрезка волокна длиной 1,5 м с устройством ввода показывает, что мощность излучени составл ет 51 % от излучени лазера .

Сопоставление технических характеристик существующих и предлагаемого устройства приведено в табл. 1.

Согласно данным табл. 1, предлагаемое

устройство превосходит существующие по выходной мощности излучени на выходе волокна и устойчиво к отклонению от соосности излучател и устройства ввода.

Результаты сопоставлени параметров

устройства в пределах и за пределами формулы изобретени приведены в табл. 2.

Claims

Как видно из данных таблиц, при запредельных значени х соотношений параметров происходит резкое снижение мощности на выходе волокна с устройством ввода излучени . Экономический эффект рассчитывают, исход из услови повышени мощности на выходе в два раза, что позвол ет заменить 5 два излучател на один в медицинской установке УЛМ-3, Формулаизобретени Устройство дл ввода излучени полу- 10 проводникового лазера в одномодовое оптическое волокно, включающее кварцевую микролинзу радиусом R и металлическую оправку дл креплени линзы, отличающеес тем, что, с повышени 15

Таблица 1 эффективности ввода,в нем-микролинза выполнена полусферической и включает внутренний слой чистого кварца с показателем преломлени Пр, промежуточный слой леги рованного кварца с показателем преломлени (по+ Д п) и внешний слой чистого кварца, причем промежуточный сЛоЛ имеет фронтальную сферическую поверхность радиусом р и заднюю сферическую поверхность радиусом г, удовлетвор ющие услови м 0,6 )0,75 -R 0,.05 R a An 0,02-0,01.

Таблица 2

Фиг. 2