УСТРОЙСТВО ВЗАИМНОЙ ОРИЕНТАЦИИ ОДНОМОДОВЫХ АНИЗОТРОПНЫХ СВЕТОВОДОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ БОКОВЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ Российский патент 1996 года по МПК G02B6/34 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при изготовлении датчиков физических величин, например, интерферометрических датчиков.

Известны устройства, предусматривающие ориентацию одномодовых анизотропных световодов относительно азимута входной поляризации, состоящие из источника поляризованного излучения, механизма крепления и поворота торца световода относительно источника излучения, анализатора, детектора с регистрирующим устройством (J. of ligtwave tehnology, v. 6, N 7, July 1988, pp. 1191-1198 "Producible fabrication method for polarization preserving single
mode fiber couplers", M.Abebe, Carl A. Villaruele, W.K.Burns). Устройство позволяет осуществлять ориентацию по главным оптическим осям световодов на длине не более 400 мм с точностью порядка 4 градуса. Ограничение длины световодов (не более 400 мм) обусловлено тем, что по длине световода имеет место неизбежное вращение осей поляризации в результате скручивания световодов при их изготовлении (1 градус/см). В той же статье описано также устройство ориентации оптических осей световодов, включающее поляризационный микроскоп, механизм закрепления и поворота световода, источник света, позволяющее наблюдать внутреннюю структуру волокна в поперечном сечении. Ориентация осей световода идентифицируется при погружении его в иммерсионную жидкость.

К недостаткам устройства следует отнести следующее: невысокая точность (порядка 6 градусов); возможность использования только в случае высокой анизотропии волокна.

Наиболее близким техническим решением является устройство для определения ориентации осей световодов с высокой точностью (0,5 градуса), которое состоит из источника излучения, поляризатора, сжимающего устройства с кварцевым блоком, анализатора и детектора с регистрирующим прибором (J.Optics Letters, v.11, N 7, July 1986, pp.470-473 "Elestooptics alignment oj birefringent axes in polarization-holding optical fiber", S.L.Carrara, B.V.Kim, and H. J. Shaw). Следует отметить, что устройство обеспечивает изготовление только одного типа ответвителей для датчиков физических величин "механически полированных" (МП).

Сущность метода изготовления МП ответвителей заключается в следующем.

Осуществляется ориентация осей световода в канавке кварцевого блока относительно базовой опорной поверхности, затем световод вклеивается в канавку, проводится шлифовка и полировка световода для удаления оболочки и обнаружения его жилы. Далее два блока складываются вместе полированными поверхностями и юстируются один относительно другого для формирования оптической связи между световодами.

Ответвители, изготовленные по такой технологии, с использованием известного устройства оказались чрезвычайно чувствительны к воздействию дестабилизирующих факторов (температуры, давления) и не могут быть использованы в приборах, работающих в условиях воздействия колебаний вышеуказанных факторов.

Задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего возможность изготовления заготовки ответвителя, состоящей из двух сориентированных по оптическим осям и соединенных между собой боковыми поверхностями одномодовых анизотропных световодов. Заготовка в дальнейшем используется для биконической перетяжки при изготовлении ответвителей, устойчивых к воздействию дестабилизирующих факторов, из любых типов одномодовых анизотропных световодов.

Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее источник излучения, поляризатор, блок ввода излучения в световод, блок вывода излучения из световода, детектор, регистратор, блок сжатия световодов с регулируемым усилием сжатия, включающий основание, установленное на платформе, и прижимающую пластину согласно изобретению дополнительно введены микроскоп, прижимающая пластина, выполненная из прозрачного материала, которая прикреплена к торцу втулки, установленной на тубусе микроскопа с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль тубуса; при этом основание блока сжатия установлено на платформе, имеющей возможность поперечного перемещения относительно направления сжатия световодов. Дополнительно на платформе установлены две гребенки, охватывающие, каждая, основание блока сжатия световодов с трех сторон и имеющие возможность перемещения по платформе навстречу друг другу, причем каждая гребенка снабжена элементами фиксации световода, а на одной из гребенок установлен блок поджатия друг к другу участков световодов без защитного покрытия.

Целесообразно также предусмотреть возможность размещения на втулке, установленной на вертикально расположенном тубусе микроскопа, сменных грузов, с помощью которых регулируется усилие сжатия световодов.

Использование микроскопа и прижимной пластины из прозрачного материала, укрепленной на торце втулки, установленной на тубусе микроскопа, позволяет одновременно создавать нагрузку на световоде и осуществлять визуальный контроль за технологическим процессом ориентации световодов и их соединением боковыми поверхностями.

Размещение основания блока сжатия на платформе, имеющей возможность поперечного перемещения относительно направления сжатия световодов, обеспечивает поворот волокна вокруг его оси при определении главных осей анизотропии.

Применение двух гребенок с узлами фиксации световодов, установленных навстречу друг другу, позволяет разместить между "зубьями" прижим и основание блока сжатия; осуществить ориентацию каждого световода по оптическим осям и их закрепление.

С помощью прижима осуществляется сближение световодов до образование между ними физического контакта. Прижим выполнен в виде двух штырей, каждый из которых установлен вертикально на коромысле, которое поворачивается вокруг своей оси с помощью микровинта.

Платфоpма используется для сборки и крепления основания блока сжатия, прижима, двух гребенок и источника нагрева.

Трехкоординатный столик микроскопа обеспечивает возможность перемещения основания блока сжатия относительно прижимной пластины для вращения световода (вокруг оси Х) и перемещение по оси Y для контроля за процессами описанными выше.

Отличительные признаки обеспечивают возможность изготовления заготовок ответвителей, состоящих из двух одномодовых анизотропных световодов произвольной длины, ориентированных по оптическим осям с точностью 1 2 градуса.

На фиг.1 изображено схематически устройство взаимной ориентации и соединения боковыми поверхностями анизотропных световодов при изготовлении ответвителей; на фиг.2 схема расположения прижимов и гребенок на платформе.

Блок сжатия (фиг.1), состоящий из цилиндрической втулки 1 с приклеенной стеклянной пластиной 2 и сменными грузами 3, установленный на тубусе 4 микроскопа 5 и имеющий возможность возвратно-поступательного движения по нему, контактирует с основанием блока сжатия, закрепленным на платформе 7. На платформе закреплены дополнительно два прижима В (фиг.2), каждый из которых состоит из коромысла 9 с установленным на нем вертикально цилиндрическим стержнем 10, которое вращается относительно оси 11 микровинтом 12. На монтажной плите зубьями навстречу друг другу устанавливаются гребенки 13 и 14, имеющие узлы фиксации 15 световодов 16.

Ориентация анизотропного световода производится следующим образом (фиг. 2).

Поляризованное излучение вводится в отрезок световода 16 вдоль одной из главных его поляризационных осей и световод закрепляется в узлах фиксации 15 одной из гребенок 13. Затем световод (фиг.1) подвергается, находясь на основании блока сжатия 6, действию сжимающей нагрузки с помощью сменных грузов 3 и цилиндрической втулки 1 с приклеенной к ней стеклянной пластиной 2. Далее световод (фиг.2) освобождается из фиксаторов 15 и осуществляется движение платформы с закрепленными на ней гребенкой и кварцевым блоком относительно прижимной пластины. При этом происходит поворот волокна вокруг его оси. При повороте световода регистрируется выходной сигнал, который меняется в зависимости от изменения его поляризационных характеристик. Выходной сигнал (мощность оптического излучения) стремится к минимуму, когда направление главных поляризационных осей световода, подвергающегося действию нагрузки, совпадает с направлением ее воздействия.

После определения данного положения световода волокно закрепляется в фиксаторах и снимается с платформы.

Ориентация второго световода на второй гребенке 14 осуществляется в такой же последовательности.

Затем одна из гребенок 13 с фиксированным на ней световодом устанавливается снова на платформу и закрепляется таким образом, чтобы центральная часть световода между средними зубьями оказалась в поле зрения микроскопа.

Вторая гребенка устанавливается на платформе зубьями навстречу первой и вдвигается в нее до соприкосновения световодов. После этого с обоих световодов удаляется защитно-упрочняющее покрытие (на длине световода, равной расстоянию между средними зубьями гребенки). Далее с помощью прижимов В осуществляется дальнейшее сближение очищенным от полимерного покрытия световодов до образования физического контакта между ними. После этого световоды предварительно скрепляются в двух точках для фиксации их взаимного положения.

С использованием предлагаемого устройства была изготовлена партия одномодовых направленных ответвителей, сохраняющих состояние поляризации.

Характеристики использованных отечественных световодов были следующими: тип "PANDA", d_ж 6 мкм; d_нар 120 мкм; h параметр 10^-4 1/м; разность показателей преломления жилы и оболочки 6 • 10^-3, показатели преломления оболочки и напрягающих стержней - несогласованы (Δn более 1•10^-3).

В табл.1 представлены сравнительные характеристики ответвителей, полученных с использованием предлагаемого устройства, и ответвителей, известных по литературным зарубежным источникам, изготовленных из световодов со сравнительно близкими характеристиками.

В табл.2 и 3 приведены результаты исследования влияния длины волны излучения и температуры окружающей среды на коэффициент передачи ответвителя.

Из табл.2 и 3 видно, что коэффициент передачи малочувствителен к изменению длины волны и температуры окружающей среды в пределах 50 ± 5

Использование: для изготовления датчиков физических величин, например интерферометрических датчиков. Сущность изобретения: устройство содержит источник излучения, поляризатор, блок сжатия с кварцевым блоком, анализатор, детектор с регистрирующим устройством, а также микроскоп и две гребенки, на тубусе микроскопа находится цилиндрическая втулка с приклеенной стеклянной пластиной и сменными грузами, имеющими возможность возвратно-поступательного движения вдоль тубуса и контакта с кварцевым блоком, с узлами фиксации световодов, расположенными "зубьями" навстречу друг другу, внутри которых находятся прижим и кварцевый блок, которые установлены на монтажной плите, расположенной на столике микроскопа, выполненного с возможностью перемещения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

1. Устройство взаимной ориентации одномодовых анизотропных световодов и их соединения боковыми поверхностями, содержащее источник излучения, поляризатор, блок ввода излучения в световод, блок вывода излучения из световода, детектор, регистратор, блок сжатия световодов с регулируемым усилием сжатия, включающий основание, установленное на платформе, и прижимающую пластину, отличающееся тем, что дополнительно введен микроскоп, прижимающая пластина, выполненная из прозрачного материала, прикреплена к торцу втулки, установленной на тубусе микроскопа с возможностью возвратно-поступательного перемещения, основание блока сжатия установлено на платформе, имеющей возможность поперечного перемещения относительно направления сжатия световодов, дополнительно на платформе установлены две гребенки, охватывающие каждая основание блока сжатия световодов с трех сторон и имеющие возможность перемещения по платформе навстречу друг к другу, причем каждая гребенка снабжена элементами фиксации световода, а на одной из гребенок установлен блок поджатия друг к другу участков световодов без защитного покрытия. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит сменные грузы, позволяющие регулировать усилие сжатия, размещенные на втулке, установленной на тубусе микроскопа, расположенном вертикально.