ОПТИЧЕСКИЙ АТТЕНЮАТОР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК G02B6/16 

Изобретение относится к оптическому аттенюатору и способу его изготовления.

При обработке оптического сигнала связи оптической сети передачи данных обычно необходимо принимать оптический сигнал с силой, находящейся в пределах диапазона принимаемого светового сигнала оптического приемного модуля. Если сила оптического сигнала превышает диапазон принимаемого светового сигнала, то в оптическом приемном модуле возникает ошибка, которая может вызвать серьезные проблемы со сроком эксплуатации. Для решения этой проблемы используются оптические аттенюаторы. Оптические аттенюаторы классифицируются по типу на сменный и линейный. Оба типа ослабляют падающий свет оптического волокна при помощи использования тонкопленочного фильтра, расположенного в наконечнике или в рукаве.

На фиг.1 показан известный оптический аттенюатор 58 сменного типа. Оптический аттенюатор 58 имеет соединитель 58a, подсоединенный к оптической коробке передачи данных оптической сети передачи данных, и адаптер 58b, подсоединенный к оптической распределительной коробке. Наконечник 50, к которому прикрепляют оптическое волокно передачи, установлен внутри оптического аттенюатора 58. Рукав 56, защищающий оптическое волокно 52 от внешних воздействий и фиксирующий наконечник 50, устанавливают на одной стороне наконечника 50 для поддержки оптического волокна 52. Тонкопленочный фильтр 54, который ослабляет силу падающего света в оптическом волокне 52, устанавливают между поверхностями среза оптического волокна 52, который установлен в конечнике 50 под углом 8 градусов.

Для ослабления падающего света посредством отражения или поглощения оптического сигнала тонкопленочный фильтр 54 наносят в виде покрытия для формирования многослойной структуры с использованием различных металлических элементов, и окончательно обе эти поверхности покрывают неотражающим покрытием для получения коэффициента пропускания 99,8% или более.

Однако, поскольку в известном оптическом аттенюаторе сменного типа трудно получить тонкопленочный фильтр для создания неотражающего покрытия с коэффициентом пропускания 99,8% или более, оптический сигнал, отражаемый в сверхскоростной оптической сети передачи данных со скоростью передачи около 2,5 Гбит/сек или более, возвращается обратно внутрь оптического волокна. Поэтому может возникнуть ошибка оптического сигнала. Кроме того, так как тонкопленочный фильтр с тонкопленочным покрытием и неотражающим покрытием может легко разрушиться под воздействием температуры и влажности, могут измениться характеристики оптического сигнала, соответствующие длине волны.

Более того, поскольку оптическое волокно разрезают под углом 8 градусов и тонкопленочный фильтр устанавливают между наконечниками для ослабления падающего света оптического волокна, несмотря на отсутствие контакта с тонкопленочным фильтром при соединении оптического соединителя, необходимо использовать оптический адаптер, подсоединяемый к оптической распределительной коробке и, таким образом, использовать дополнительные оптические элементы. Поэтому увеличивается стоимость и трудно выполнить плотную компоновку оптического соединителя в оптической распределительной коробке.

На фиг. 2 показан другой известный оптический аттенюатор, на этот раз линейного типа. Первый соединитель 16, подсоединенный к оптической коробке передачи данных оптической сети передачи данных, и второй соединитель 18, подсоединенный к оптической распределительной коробке, установлены на противоположных концах оптического аттенюатора. Первый и второй соединители 16 и 18 связаны через оптический кабель 100. Верхний слой оптического кабеля 100 покрывается трубками 34a и 34b для защиты оптических волокон 30a и 30b от изменений внешних условий.

Посредине отрезка оптического кабеля 100 устанавливается наконечник 32 для поддержания и фиксации оптического волокна 30a, которое облучают, когда снимается часть трубки 34 оптического кабеля, подсоединенного к первому соединителю 16. Аналогично, наконечник 32b устанавливается для поддержки и фиксации оптического волокна 30b, которое облучают, когда снимают часть трубки 34b оптического кабеля, подсоединенного ко второму соединителю 18. В этом случае оптические волокна 30a и 30b разрезаются. Тонкопленочный фильтр 36, предназначенный для ослабления силы падающего света в оптическом волокне 30a, устанавливают между оптическими волокнами 30a и 30b под углом 8 градусов. Тонкопленочный фильтр 36 изготавливают при помощи вышеописанного способа. Кожух 38 защищает тонкопленочный фильтр 36 и наконечники 32a и 32b, к которым прикрепляют оптические волокна 30a и 30b.

Однако, так как в известном оптическом аттенюаторе линейного типа трудно сформировать тонкопленочный фильтр с неотражающим покрытием, имеющим коэффициент пропускания 99,8% или более, оптический сигнал, отражаемый в сверхскоростной оптической сети передачи данных, имеющей скорость передачи данных 2,5 Гбит/сек или более, возвращается обратно на вход оптического волокна. Поэтому может возникать ошибка оптического сигнала. Кроме того, поскольку тонкопленочный фильтр с тонкопленочным покрытием и неотражающим покрытием может легко разрушаться под воздействием температуры и влажности, могут изменяться характеристики оптического сигнала, соответствующие длине волны. Кроме того, так как средняя часть оптического кабеля разрезается, и между срезанными поверхностями вводится тонкопленочный фильтр для ослабления падающего света в оптическом волокне, свойства натяжения оптического кабеля ухудшаются и это затрудняет обработку и управление сверхскоростным оптическим кабелем в пределах оптической распределительной коробки.

Задачей изобретения является разработка оптического аттенюатора и способа его изготовления, который позволяет ослаблять падающий свет в оптическом волокне без использования дополнительного тонкопленочного фильтра. Согласно первому аспекту настоящего изобретения оптический аттенюатор содержит оптическое волокно, оптические свойства которого включают в себя, по меньшей мере, один разрыв, который нарушает условие полного внутреннего отражения оптического волокна для ослабления светового сигнала, передаваемого через оптическое волокно.

Разрыв можно вызвать изменениями коэффициентов преломления слоя сердцевины и слоя оболочки оптического волокна.

Разрыв может включать в себя множество дифракционных решеток, выполненных с интервалом 500 нм - 600 нм при помощи процесса фазовой маски. Множество дифракционных решеток можно сформировать на расстоянии в пределах между 1 и 10 см.

С другой стороны, разрыв может содержать множество дифракционных решеток, выполненных с интервалом от 50 мкм до 60 мкм при помощи процесса амплитудной маски. Множество дифракционных решеток можно сформировать на расстоянии в пределах между 1 и 5 см.

Оптическое волокно можно установить в трубке так, чтобы по существу на него не влияли изменения внешних условий.

Настоящее изобретение также обеспечивает способ изготовления оптического аттенюатора, содержащего формирование, по меньшей мере, одного разрыва оптических свойств оптического волокна, которые нарушают условие полного внутреннего отражения оптического волокна для ослабления светового сигнала, передаваемого через оптическое волокно.

Разрыв образуется путем изменения коэффициента преломления слоя сердцевины и слоя оболочки оптического волокна, вызванного при помощи облучения оптического волокна излучением эксимерного лазера.

Способ может содержать образование множества дифракционных решеток на интервале от 500 нм до 600 нм с использованием процесса фазовой маски. Эксимерный лазер может излучать лазерный свет с энергией от 50 МВт по 400 МВт, с напряжением 15 кВт - 19 кВт и частотой импульсов 5 Гц - 15 Гц. На расстоянии в пределах между 1 и 5 см образуется множество дифракционных решеток.

С другой стороны, способ может содержать образование дифракционных решеток на интервале от 50 мкм до 60 мкм с использованием процесса амплитудной маски. Эксимерный лазер может излучать лазерный свет с энергией 50 МВт - 400 МВт, напряжением 15 кВ - 19 кВ и частотой следования импульсов 5 Гц - 15 Гц. На расстоянии в пределах между 1 и 5 см можно сформировать множество дифракционных решеток.

Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых
фиг.1 изображает известный оптический аттенюатор сменного типа,
фиг. 2 изображает известный оптический аттенюатор линейного типа,
фиг. 3 изображает оптический аттенюатор, изготовленный с использованием эксимерного лазера, согласно настоящему изобретению,
фиг. 4 изображает способ изготовления оптического аттенюатора с использованием эксимерного лазера при помощи процесса фазовой маски,
фиг. 5 изображает способ изготовления оптического аттенюатора с использованием эксимерного лазера при помощи процесса амплитудной маски и
фиг. 6 изображает дополнительный способ изготовления оптического аттенюатора с использованием эксимерного лазера при помощи процесса амплитудной маски.

На фиг.3 изображен оптический аттенюатор, использующий эксимерный лазер. Дифракционная решетка 10 (фиг.3) включает в себя первую дифракционную решетку 10a (фиг.4), вторую дифракционную решетку 10b (фиг.5) и третью дифракционную решетку 10c (фиг.6). Первый соединитель 16, подсоединенный к оптической коробке передачи данных оптической сети передачи данных, и второй соединитель 18, подсоединенный к оптической распределительной коробке, устанавливаются на соответствующих концах оптического аттенюатора. Первый и второй соединители 16 и 18 подсоединяются через оптический кабель 100. Самый верхний слой оптического кабеля 100 выполняется с помощью трубки 14, защищающей оптическое волокно 12 от изменений внешних условий.

В оптическом кабеле 12, который состоит из слоя сердцевины и слоя оболочки, формируют множество дифракционных решеток 10 с помощью оптического источника излучения эксимерного лазера на регулярных интервалах для ослабления светового сигнала, передаваемого через оптическое волокно 12, на требуемую величину в течение оптической передачи. Это достигается при помощи изменения коэффициентов преломления слоя сердцевины и слоя оболочки оптического волокна 12 и, таким образом, нарушения условия полного внутреннего отражения, т. е., если излучение от оптического источника мощного эксимерного лазера попадает в оптическое волокно 12, ионы, напыленные в слое сердцевины оптического волокна 12, рекомбинируются с помощью оптической энергии, изменяя коэффициент преломления в слое сердцевины оптического волокна 12. Затем условие полного внутреннего отражения не выполняется из-за различий в коэффициентах преломления между слоем сердцевины и слоем оболочки и образуются дифракционные решетки. Величину ослабления света можно регулировать путем регулировки времени облучения эксимерным лазером и площадью оптического источника излучения, попадаемого в оптическое волокно 12.

Ниже со ссылками на фиг. 4, 5 и 6 описаны способы изготовления оптического аттенюатора, показанного на фиг. 3. На фиг. 4 изображен способ изготовления оптического аттенюатора при помощи облучения оптического волокна оптическим источником излучения эксимерного лазера на регулярных интервалах при помощи процесса фазовой маски. Чтобы нарушить условия полного внутреннего отражения за счет изменения коэффициентов преломления слоя сердцевины и слоя оболочки оптического волокна 12, излучение с оптического выхода эксимерного лазера подается в оптическое волокно 12 с использованием процесса фазовой маски.

Излучение эксимерного лазера со своего оптического выхода подается в оптическое волокно 12 с энергией 50 МВт - 400 МВт, напряжением 15 кВ - 19 кВ и частотой следования импульсов 5 Гц - 15 Гц. Далее, на регулярных интервалах a1, a2 и a3 образуется множество первых дифракционных решеток 10a, которые выполняют функцию оптического аттенюатора для ослабления падающего света в оптическом волокне 12 при помощи требуемой величины во время оптической передачи и выполняют функции оптического фильтра для отражения или прохождения света с другими длинами волн. Интервалы a1, a2 и a3 соответственно устанавливаются в пределах диапазона 500 нм - 600 нм. Одну дифракционную решетку или две, или более дифракционных решеток можно сформировать на расстоянии в пределах 1 см - 10 см, соответствующем требуемой величине ослабления света. Аттенюатор, изготовленный при помощи вышеуказанного процесса фазовой маски, можно использовать на длине волны около 1550 нм.

На фиг.5 изображен способ изготовления оптического аттенюатора при помощи облучения оптического волокна излучением эксимерного лазера на регулярных интервалах с использованием процесса амплитудной маски. Чтобы нарушить условия полного внутреннего отражения за счет изменения коэффициентов преломления слоя сердцевины и слоя оболочки оптического волокна 12, излучение оптического источника эксимерного лазера подается в оптическое волокно 12 с использованием процесса амплитудной маски. С оптического выхода эксимерного лазера излучение направляется в оптическое волокно 12 с энергией 50 МВт - 400 МВт, напряжением 15 кВ - 19 кВ и частотой следования импульсов 5 Гц - 15 Гц.

Множество вторых дифракционных решеток 10b, предназначенных для ослабления падающего света оптического волокна 12, при помощи требуемой величины во время оптической передачи формируется на регулярных интервалах b1, b2 и b3. Интервалы b1, b2 и b3 соответственно устанавливаются в пределах диапазона 50 мкм - 60 мкм. Одну дифракционную решетку или две, или более дифракционных решеток можно сформировать на расстоянии в пределах 1 см - 5 см, соответствующем требуемой величине ослабления светового сигнала. Аттенюатор, изготовленный при помощи вышеуказанного процесса амплитудной маски, можно использовать на длинах волн около 1550 нм.

На фиг.6 изображен способ изготовления оптического аттенюатора при помощи облучения оптического волокна излучением эксимерного лазера с использованием процесса амплитудной маски. Чтобы нарушить условия полного отражения за счет изменения коэффициентов преломления слоя сердцевины и слоя оболочки оптического волокна 12, излучение оптического источника эксимерного лазера подается в оптическое волокно 12 при помощи процесса амплитудной маски. Излучение эксимерного лазера (оптического источника) подается в оптическое волокно 12 с энергией 50 МВт - 400 МВт, напряжением 15 кВ - 19 кВ и частотой следования импульсов 5 Гц - 15 Гц. Затем третью дифракционную решетку 10c, предназначенную для ослабления падающего луча оптического волокна 12 при помощи требуемой величины во время оптической передачи, формируют без каких-либо интервалов на длины свыше 1 см - 5 см. Аттенюатор, изготовленный при помощи вышеуказанного процесса амплитудной маски, можно использовать на длинах волн около 1550 нм.

Как описано выше, функция оптического аттенюатора непосредственно достигается в оптическом волокне, установленном в оптическом кабеле. Следовательно, на оптический аттенюатор не влияют температура и влажность. Более того, поскольку оптический аттенюатор изготавливается при помощи облучения излучением эксимерного лазера, легко изготовить оптический аттенюатор и легко получить и управлять сверхскоростным оптическим кабелем внутри оптической распределительной коробки. Тонкопленочный фильтр не используется дополнительно, и поэтому стоимость продукции можно уменьшить. При компоновке оптического аттенюатора в оптической распределительной коробке не используются дополнительные оптические элементы, и таким образом можно уменьшить число оптических элементов. Кроме того, уменьшается вес изделия.

Описан оптический аттенюатор. Аттенюатор включает в себя оптическое волокно, оптические свойства которого включают в себя по меньшей мере один разрыв, который нарушает условия полного внутреннего отражения оптического волокна для того, чтобы ослабить световой сигнал, передаваемый через оптическое волокно. Разрыв вызывается при помощи изменений коэффициентов преломления слоя сердцевины и слоя оболочки оптического волокна. Описан также способ изготовления оптического аттенюатора. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Оптический аттенюатор, содержащий оптическое волокно, оптические свойства которого включают в себя по меньшей мере один разрыв, который нарушает условия полного внутреннего отражения оптического волокна для ослабления светового сигнала, передаваемого через оптическое волокно, отличающийся тем, что разрыв обусловлен изменением коэффициентов преломления слоя сердцевины и слоя оболочки оптического волокна и содержит множество сформированных дифракционных решеток. 2. Оптический аттенюатор по п.1, отличающийся тем, что множество дифракционных решеток сформированы на интервале 500 - 600 нм при помощи процесса фазовой маски. 3. Оптический аттенюатор по п.2, отличающийся тем, что множество дифракционных решеток сформировано на расстоянии в пределах 1 - 10 см. 4. Оптический аттенюатор по п.1, отличающийся тем, что разрыв содержит множество дифракционных решеток, сформированных на интервале 50 - 60 мкм при помощи процесса амплитудной маски. 5. Оптический аттенюатор по п.4, отличающийся тем, что множество дифракционных решеток сформировано на расстоянии в пределах 1 - 5 см. 6. Оптический аттенюатор по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что он адаптирован для использования на длинах волн примерно 1550 нм. 7. Оптический аттенюатор по одному из пп.1 - 6, отличающийся тем, что оптическое волокно установлено в трубке для предотвращения влияния изменений внешних условий. 8. Способ изготовления оптического аттенюатора, включающий формирование по меньшей мере одного разрыва оптических свойств оптического волокна, который нарушает условия полного внутреннего отражения оптического волокна для ослабления светового сигнала, передаваемого через оптическое волокно, отличающийся тем, что разрыв формируют при помощи изменения коэффициентов преломления слоя сердцевины и слоя оболочки оптического волокна при помощи облучения оптического волокна излучением эксимерного лазера. 9. Способ изготовления оптического аттенюатора по п.8, отличающийся тем, что формируют множество дифракционных решеток на интервале 500 - 600 нм с использованием процесса фазовой маски. 10. Способ изготовления оптического аттенюатора по п.9, отличающийся тем, что эксимерный лазер излучает лазерный световой пучок с энергией 50 - 400 МВт, напряжением 15 - 19 кВ и частотой следования импульсов 5 - 15 Гц. 11. Способ изготовления оптического аттенюатора по п.9 или 10, отличающийся тем, что множество дифракционных решеток формируют на расстоянии в пределах 1 - 10 см. 12. Способ изготовления оптического аттенюатора по п.8, отличающийся тем, что формируют множество дифракционных решеток на интервале 50 - 60 мкм с использованием процесса амплитудной маски. 13. Способ изготовления оптического аттенюатора по п.12, отличающийся тем, что эксимерный лазер излучает лазерный световой пучок с энергией 50 - 400 МВт, напряжением 15 - 19 кВ и частотой следования импульсов 5 - 15 Гц. 14. Способ изготовления оптического аттенюатора по п.12 или 13, отличающийся тем, что множество дифракционных решеток формируют на расстоянии в пределах 1 - 5 см.