SU1739333A1

SU1739333A1 - Multichannel optical rotary coupler

Info

Publication number: SU1739333A1
Application number: SU894748851A
Authority: SU
Inventors: Владимир Николаевич Шапарь; Георгий Сергеевич Свечников; Владимир Николаевич Полтанов; Сергей Юрьевич Тихонов
Original assignee: Институт Полупроводников Ан Усср
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1992-06-07

Abstract

Применение: оптические системы передачи информации, многоканальные оптические вращающиес соединители. Сущность изобретени : в устройство введен второй кольцевой волоконно-оптический жгут, который соосно вложен в первый жгут, и сопр гаютс эти жгуты по сигналу с помощью кольцевой зеркальной поверхности. Так как угловые скорости вращени компенсатора и светового пучка относительно компенсатора равны по модулю, то достигаетс полна компенсаци вращени светового пучка и оптическа св зь между светодиодом и фотоприемником не нарушаетс . 1 з. п, ф-лы, 4 ил. ЈApplications: optical transmission systems, multichannel optical rotary connectors. SUMMARY OF THE INVENTION: A second fiber optic bundle, which is coaxially embedded in the first bundle, is inserted into the device, and these bundles are matched by a signal using an annular mirror surface. Since the angular speeds of rotation of the compensator and the light beam relative to the compensator are equal in magnitude, a complete compensation of the rotation of the light beam is achieved and the optical coupling between the LED and the photodetector is not disturbed. 1 h. n, f-ly, 4 ill. J

Description

Изобретение относитс к оптическим системам передачи информации, в частности к многоканальным оптическим вращающимс соединител м.The invention relates to optical information transmission systems, in particular, to multichannel optical rotary connectors.

Известны многоканальные оптические вращающиес соединители, содержащие два шарнирно соединенных крепежных узла , несущих соедин емые части оптических каналов передачи. Крепежные узлы содержат соосно установленные пары оптических контактных колец, с каждой парой которых св заны соедин емые части одного ка-, нала передачи.Multichannel optical rotary connectors are known, comprising two hinged fastening assemblies supporting the connected parts of optical transmission channels. The fastening assemblies contain coaxially mounted pairs of optical contact rings, with each pair of which the connected parts of one transmission channel are connected.

Недостатком известных устройств вл етс ограниченное число соедин емых оптических каналов передачи.A disadvantage of the known devices is the limited number of interconnected optical transmission channels.

Известен многоканальный вращающийс соединитель, содержащий два шарнирно соединенных крепежных узла, несущих соедин емые части оптических каналов передачи , которые попарно оптически св заныA multichannel rotating connector is known, comprising two pivotally connected fixing assemblies carrying the connected parts of optical transmission channels that are optically coupled in pairs.

через компенсатор вращени световых пучков , причем компенсатор вращени установлен с возможностью вращени вокруг оси вращени крепежных узлов и св зан с ним дифференциальным передаточным механизмом . Компенсатор вращени выполнен в виде призмы Дове. установленнсй между коллимирующей и фокусирующей линзами.through the rotation compensator of the light beams, the rotation compensator being mounted rotatably around the axis of rotation of the fixing units and connected with it by a differential transmission mechanism. The rotation compensator is designed in the form of a Dove prism. installed between the collimating and focusing lenses.

Недостатки устройства вытекают из недостатков оптической схемы компенсации вращени светового пучка с использованием призмы Дове. К ним относ тс : повышенна чувствительность к децентрировкам, а отсюда высокие требовани к точности юстировки и сложность аппаратной (конструктивной ) реализации оптической схемы, большие удельные массогабаритные показатели (объем и масса соединител , приход щиес на один канал передачи), которые растут с числом каналов передачи и практиXJ СА О СО W САThe drawbacks of the device arise from the drawbacks of the optical circuit for compensating the rotation of the light beam using the Dowe prism. These include: increased sensitivity to de-centering, and hence high demands on the accuracy of the adjustment and complexity of the hardware (constructive) implementation of the optical scheme, large specific weight and size indicators (volume and mass of the connector, which is added to one transmission channel), which grow with the number of channels Transmission and practice XJ SA O CO W CA

чески ограничивают это число, так как с увеличением линейного пол оптической систе- мы и объем и масса призмы и линз увеличиваютс в кубической зависимости,this number is limited, since with an increase in the linear field of the optical system, both the volume and mass of the prism and lenses increase in cubic dependence,

Наиболее близким к предлагаемому по . технической сущности вл етс устройство, в котором компенсатор вращени световых пучков выполнен в виде волоконно-оптического жгута с расположенными по окружно- ст м торцами световодов, причем на одном из.торцов жгута торцы световодов расположены в обратной последовательности относительно расположени торцов соответствующих световодов на втором торце жгута. Благодар такой инверсной структуре расположени одних торцов световодов по отношению к другим достигаетс эффект инверсии направлени вращени светового пучка на выходе волоконно-оптического компенсатора по отношению к входу, как и в придменных компенсаторах.Closest to the proposed by. The technical entity is a device in which the compensator of rotation of light beams is made in the form of a fiber-optic bundle with circumferential ends of optical fibers, and on one of the faces of the bundle the ends of optical fibers are arranged in reverse order relative to the arrangement of the ends of the corresponding optical fibers on the second end harness Due to such an inverse structure of the arrangement of one end of the optical fibers with respect to others, the effect of inversion of the direction of rotation of the light beam at the output of the fiber-optic compensator with respect to the input is achieved, as in the top compensators.

В отличие от устройств с призменным компенсатором вращени световых пучков, это устройство лишено указанных недостатков . Вместе с тем, ему присущи такие существенные недостатки, как крайне низка технологичность из-за низкой технологичности компенсатора вращени световых пучков и значительные амплитудные искажени сигналов. Последние обусловлены изменени ми Диаграмм направленности световых лучей на выходе компенсатора, составл ющими дл различных участков кольцевого выхода компенсатора от нескольких градусов до нескольких дес тков градусов, вследствие наличи изгибов световодов, причем с различными радиусами кривизны дл различных световодов компенсатора, а также осевого скручивани световодов.Unlike devices with a prism compensator for the rotation of light beams, this device does not have these disadvantages. At the same time, such essential shortcomings are inherent in it, as the manufacturability is extremely low due to the low adaptability of the compensator of rotation of the light beams and significant amplitude distortion of the signals. The latter are due to changes in the radiation patterns of the light rays at the output of the compensator, which for different sections of the annular output of the compensator vary from several degrees to several tens of degrees, due to the bends of the optical fibers, and with different radii of curvature for various optical fibers of the compensator, as well as axial twisting of the optical fibers.

Кроме того, заметные амплитудные искажени сигналов вызываютс дополнительно нарушени ми в геометрии расположени световодов по торцам компенсатора, имеющими место в компенсаторе вследствие его низкой технологичности и сложной структуры.In addition, noticeable amplitude distortion of signals is additionally caused by disturbances in the geometry of the arrangement of optical fibers along the ends of the compensator, which occur in the compensator due to its low processability and complex structure.

Целью изобретени вл етс уменьшение величины амплитудных искажений оптического сигнала и повышени технологичности устройства за счет повышени технологичности крмпенсатора вращени световых пучков. The aim of the invention is to reduce the magnitude of the amplitude distortion of the optical signal and increase the manufacturability of the device by increasing the manufacturability of the rotation detector of the light beams.

На фиг. 1 изображен многоканальный оптический вращающийс соединитель, общий вид; на фиг. 2 - вариант размещени волоконно-оптических жгутов компенсатора вращени светового пучка; на фиг. 3 и 4 - варианты исполнени средств сопр жени соосно расположенных кольцевых торцов жгутов.FIG. 1 shows a multichannel optical rotating connector, general view; in fig. 2 illustrates the arrangement of the fiber optic bundles of the compensator of rotation of the light beam; in fig. 3 and 4 are versions of the means of conjugation of coaxially arranged annular ends of the cords.

Соединитель содержит два крепежных узла 1 и 2, несущих соедин емые части 3 и 4 оптических каналов передачи, в качестве которых могут быть волоконные световоды,The connector contains two fastening assemblies 1 and 2 supporting the connected parts 3 and 4 of optical transmission channels, which can be optical fibers,

фотоприемники, излучатели и так далее, вphotodetectors, emitters and so on, in

зависимости от вида линий св зи в. каналахdepending on the type of communication lines c. channels

передачи и места установки соединител вtransmission and installation site of the connector in

лини х. На фиг. 1 соедин емые части 3 и 4 светодиоды и фотоприемники соответственно .lines x FIG. 1 connectable parts 3 and 4 LEDs and photodetectors, respectively.

Крепежные узлы 1 и 2 шарнирно соединены между собой (установлены с возможностью вращени одного относительно другого). Компенсатор 5 вращени светового пучка св зан с узлами 1 и 2 дифференциальным передаточным механизмом 6 на цилиндрических зубчатых колесах 7 - 10 с передаточным отношениемThe fastening units 1 and 2 are hingedly connected to each other (mounted with the possibility of rotation of one relative to the other). The compensator 5 of the rotation of the light beam is connected with nodes 1 and 2 by a differential gear 6 on spur gears 7-10 with a gear ratio

2020

1:2 1: 2

2.2 Z32.2 Z3

Компенсатор 5 состоит из двух жгутов 11 и 12 с регул рно уложенными волоконными световодами 13 и 14 и кольцевыми торцами 15, 16 и 17, 18. Одними концами 19 и 20 жгуты 11 и 12 установлены по оси 21 вращени крепежных узлов 1 и 2 и ориентированы в противеположные стороны, Другими концами жгуты 11 и 12 объединены,The compensator 5 consists of two harnesses 11 and 12 with regularly arranged optical fibers 13 and 14 and annular ends 15, 16 and 17, 18. With one ends 19 and 20, the harnesses 11 and 12 are mounted along the axis 21 of rotation of the fixing units 1 and 2 and oriented to the opposing sides, the other ends of the harnesses 11 and 12 are combined,

причем жгут 12 соосно вложен в жгут 11, и оптически св заны средством сопр жени кольцевого торца 16с кольцевым торцом 17.the rope 12 is coaxially embedded in the rope 11, and optically coupled by the mating means of the ring end 16c with the ring end 17.

В качестве средства сопр жени использована вогнута кольцева зеркальна поверхность 22, образованна двум соос- ными коническими поверхност ми 23 и 24. Диаметр вершинного кольца 25 поверхности 22 равен полусумме средних диаметров A concave annular mirror surface 22 formed by two coaxial conical surfaces 23 and 24 is used as an interface. The diameter of the top ring 25 of the surface 22 is equal to half the sum of average diameters

кольцевых торцов 16 и 17. Последние установлены вплотную к поверхност м 23 и 24 соответственно.annular ends 16 and 17. The latter are mounted close to surfaces 23 and 24, respectively.

На фиг. 3 представлен вариант средства сопр жени в виде вогнутой кольцевой зеркальной поверхности 26, образованной вращением эллипса с фокусами 27 и 28 на средних диаметрах кольцевых торцов 16 и 17.FIG. Figure 3 shows a variant of the interface in the form of a concave annular mirror surface 26 formed by rotating an ellipse with foci 27 and 28 on the average diameters of the annular ends 16 and 17.

На фиг. 4 представлен вариант средстваFIG. 4 shows the option means

сопр жени в виде тороидальной волоконно-оптической детали 29 из полукольцевых отрезков световодов 30.a mate in the form of a toroidal fiber-optic part 29 of half-ring pieces of optical fibers 30.

Оба варианта обеспечивают меньшиеBoth options provide less

оптические потери и лучшую разв зку меж- ду каналами, но в сравнении с бионическим зеркалом более сложны в изготовлении .Optical loss and better separation between the channels, but in comparison with a bionic mirror, are more difficult to manufacture.

Соедин емые части оптических каналов передачи - светодиоды 3 и фотоприемникиConnected parts of optical transmission channels - LEDs 3 and photodetectors

4 - размещены напротив кольцевых торцов 15 и 18 и попарно оптически св заны евЦе- товодами 13 и 14,4 - placed opposite the ring ends 15 and 18, and optically connected by pairs 13 and 14, optically connected in pairs,

Соединитель работает следующим образом . .The connector works as follows. .

При вращении узла 1 относительно узла 2 зубчата передача 6 приводит в движение компенсатор 5, который вращаетс в ту же сторону, что и узел 1, с вдвое меньшей скоростью (К 1:2). При этом скорость враще- ни узла 1 относительно компенсатора 5 оказываетс равной скорости вращени компенсатора 5 относительно узла 2.When the node 1 rotates relative to the gear 2 node 2, the transfer 6 drives the compensator 5, which rotates in the same direction as node 1, at a speed of half the speed (K 1: 2). In this case, the speed of rotation of the node 1 relative to the compensator 5 is equal to the speed of rotation of the compensator 5 relative to the node 2.

Светодиоды 3. перемеща сь относительно кольцевого торца 15, последователь- но ввод т свет в световоды 13 жгута 11. Излуча сь с торцов 16 и переотража сь от поверхности 22, свет поступает в световоды 14 и последовательно излучаетс с них на торце 18 жгута 12, При этом направление перемещени светового п тна по кольцу 18 оказываетс противоположным направлению его перемещени по кольцу 15 (фиг. 2), а его углова скорость равна по модулю угловой скорости вращени узла 1 относи- тельно компенсатора 5. Так как компенсатор 5 сам вращаетс с той же угловой скоростью, до достигаетс полна компенсаци вращени светового пучка на входе фотоприемника 4. В результате оптическа св зь между светодиодами 3 и фотоприемниками 4 не нарушаетс при вращении узлов 1 и 2.The LEDs 3. moving relative to the annular end 15, successively introduce light into the optical fibers 13 of the harness 11. Radiating from the ends 16 and reflecting from the surface 22, the light enters the optical fibers 14 and is successively emitted from them at the end 18 of the harness 12, In this case, the direction of movement of the light spot along the ring 18 is opposite to the direction of its movement along the ring 15 (Fig. 2), and its angular velocity is equal in magnitude to the angular velocity of rotation of the node 1 relative to the compensator 5. Since the compensator 5 itself rotates with that same angular awn until complete compensation is achieved the rotation of the light beam input to the photodetector 4. As a result, the optical coupling between the LEDs and the photodetectors 3, 4 are not disturbed by the rotation of nodes 1 and 2.

Claims

1. A multichannel optical rotating connector containing two hinged fasteners,

supporting connected parts of optical transmission channels, which are optically coupled in pairs through a rotation compensator of light beams mounted for rotation around the axis of attachment and associated with them by a differential transmission mechanism, the rotation compensator of the light beams containing the first optical fiber bundle with annular ends, one of the ends of which is coaxially mounted along the axis of rotation of the fixing assemblies, characterized in that, in order to reduce the magnitude of the amplitude distortion of the optical signal and enhancement of the connector’s manufacturability by increasing the compensator’s manufacturability, rotating the light beams, the optical fibers in the fiber-optic bundle are arranged regularly, with the second fiber-optic bundle with regular packing of optical fibers and annular ends inserted into the connector, one of the ends which is coaxially mounted along the axis of rotation of the fixing assemblies and oriented in the opposite direction with respect to the orientation of the end of the first strand installed along the axis of rotation, and the other end of the second bundle is combined with the other end of the first strand, with one of the strands being coaxially nested into the other and optically coupled to it by means of a mating ring ends

2. A connector according to claim 1, characterized in that the interface means are made in the form of a concave annular mirror surface formed by two coaxially conical surfaces with orthogonal generators.

gfp

Li

tt

/

sseesh

Fig.Z

Figm