ОПТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2002 года по МПК G02B6/125 G02B6/34 

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано при обработке оптической информации от волоконно-оптических измерительных сетей.

Известен оптический элемент, выполненный в виде набора дифракционных решеток, которые в виде плоских голограмм сформированы на поверхности оптического носителя информации. Этот оптический элемент используется в качестве оптической матрицы связи (см. Кульчин Ю. Н., Денисов И.В., Каменев О.Т. "Оптоэлектронная нейроподобная система обработки выходных данных волоконно-оптической измерительной сети". - Письма в журнал технической физики. - 1999.-Т.25. - Вып.6. - С.65-70).

Однако практическое изготовление такого оптического элемента имеет один существенный недостаток, а именно - его изготовление неизбежно требует "мокрого" фотохимического процесса обработки фотоматериалов, требующего специальных навыков и условий реализации.

Известен также оптический элемент, включающий планарный оптический волновод и ответвление, выполненное из светопрозрачного материала (см. статью А. М. Андриеша, Ю.А. Быковского, Ю.Н. Кульчина, В.В. Пономаря и В.Л. Смирнова "Исследование оптических волокон из A_S2S₃ для устройств согласования планарных и цилиндрических волноводов", -ж-л Квантовая электроника, 9, 1, 1982).

Недостаток этого устройства - сравнительно узкий функциональный диапазон, позволяющий его использование только в качестве устройства согласования и не допускающий его использование как оптической матрицы связи, также невозможность регулирования эффективности передачи световой мощности из одного волновода в другой.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, формулируется как обеспечение возможности регулирования эффективности передачи световой мощности из одного волновода в другой и обеспечение возможности использования устройства как оптической матрицы связи.

Для решения поставленной задачи оптический элемент, включающий планарный оптический волновод и ответвление, выполненное из светопрозрачного материала, отличается тем, что ответвление выполнено в виде призмы, предпочтительно трехгранной, которая поджата к волноводу боковой поверхностью и подпружинена относительно нее с возможностью регулирования усилия поджатия, при этом входной конец световода выполнен скошенным, под углом полного внутреннего отражения, причем плоскость призмы, не обращенная к входному концу планарного оптического волновода, составляет с плоскостью, поджатой к световоду, угол менее 90 градусов.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения и признаков известных аналогов и прототипа показывает, что заявленное устройство соответствует критерию "новизна".

Приведенные в отличительной части формулы изобретения признаки решают следующие функциональные задачи.

Признаки "ответвление выполнено в виде призмы, предпочтительно трехгранной, которая поджата к волноводу боковой поверхностью,... плоскость призмы, не обращенная к входному концу планарного оптического волновода, составляет с плоскостью, поджатой к световоду, угол менее 90 градусов " обеспечивают возможность отвода оптической энергии из планарного световода, за счет использования туннельного эффекта (ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ заключается в том, что при близком соприкосновении оптически прозрачных сред между модами полей в них возможен обмен энергией, следовательно оптическое излучение из одной среды может проникать в другую через некоторую промежуточную воздушную среду, зазором которой можно регулировать величину передаваемой энергии).

Признаки, указывающие на "возможность регулирования усилия поджатия между подпружиненными относительно друг друга поверхностями" обеспечивают возможность регулирования эффективности вывода излучения из планарного световода за счет регулировки величины зазора и тем самым обеспечивают возможность получения целого ряда устройств с различными параметрами эффективности вывода излучения, при одинаковых конструктивных параметрах комплектующих, из которых собраны эти устройства.

Признак "входной конец световода выполнен скошенным, под углом полного внутреннего отражения" обеспечивает распространение оптического излучения в планарном волноводе и одновременно возможность вывода этого излучения из волновода через призму и тем самым работоспособность устройства.

Заявленное устройство иллюстрируется чертежом.

На чертеже показаны планарный волоконно-оптический волновод (световод) 1, из которого отводится оптическое излучение; призма 2, в которую это излучение отводится; стяжной хомут 3, фиксирующий призму 2 на поверхности планарного световода 1. Кроме того, на чертеже показаны входной торец 4 световода 1 и световыводящая плоскость 5 призмы 2, световой поток 6 и зазор 7 между контактирующими плоскостями призмы 2 и световода 1, и упругие элементы 8.

В качестве планарного волоконно-оптического волновода (световода) 1 используется волновод известной конструкции, длина которого задается конкретными техническими условиями, например количеством и размерами отводящих призм, размещаемых на его поверхности, и т.п.. Главное требование к световоду 1 - его входной торец 4 должен быть скошенным под углом полного внутреннего отражения для поступающего в него светового сигнала.

В качестве призмы 2 можно использовать призмы из светопрозрачного материала, например стекла. Форма поперечного сечения призмы не является определяющим параметром, главное, чтобы ее световыводящая плоскость 5 составляла угол, меньший 90^o, с плоскостью, контактирующей со световодом 1. Упругие элементы 8 могут быть выполнены в виде прокладок из эластичного материала, например резины или пружин сжатия.

Заявленное устройство работает следующим образом.

Световой поток 6 вводится в планарный волоконно-оптический волновод 1 через входной торец 4 и перемещается по нему, многократно отражаясь от стенок, до участка, где волновод контактирует с призмой 2. На этом участке между контактирующими поверхностями волновода 1 и призмы 2 существует очень тонкий зазор 7, минимальная величина которого определяется чистотой обработки контактирующих поверхностей, а максимальная может доходить до 500 мкм (при большей величине зазора туннельный эффект практически пропадает). При прохождении этого участка часть светового потока 6 "уходит" через зазор 7 в призму 2. Коэффициент передачи оптического излучения в призму 2 регулируют посредством изменения величины зазора 7 соответствующей затяжкой (или ослаблением) натяжения хомута 3 и соответственно - сжатия упругого элемента 8 или восстановления его первоначальной формы. Оставшаяся в световоде 1 часть светового потока 6 распространяется далее. При наличии на световоде 1 других ответвлений описанный процесс повторяется.

Предлагаемое устройство может выполнять функцию элемента оптической матрицы связей. Объединение выходных излучений из призм 2 можно выполнить так, чтобы выполнялось вектор-матричное перемножение поступающих оптических сигналов элементов оптической матрицы связей. Таким образом обеспечивается возможность реализации полностью оптической нейронной сети.

Изобретение используется при обработке оптической информации от волоконно-оптических измерительных сетей и обеспечивает возможность регулирования эффективности передачи световой мощности из одного волновода в другой и возможность использования устройства как оптической матрицы связи. Оптический элемент включает планарный оптический волновод и ответвление, выполненное из светопрозрачного материала. Ответвление выполнено в виде призмы, предпочтительно трехгранной, которая поджата к волноводу боковой поверхностью и подпружинена относительно нее с возможностью регулирования усилия поджатия. Входной конец световода выполнен скошенным под углом полного внутреннего отражения. Плоскость призмы, не обращенная к входному концу планарного оптического волновода, составляет с плоскостью, поджатой к световоду, угол менее 90^o. 1 ил.

Оптический элемент, включающий планарный оптический волновод и ответвление, выполненное из светопрозрачного материала, отличающийся тем, что ответвление выполнено в виде призмы, предпочтительно трехгранной, которая поджата к волноводу боковой поверхностью и подпружинена относительно нее с возможностью регулирования усилия поджатия, при этом входной конец световода выполнен скошенным под углом полного внутреннего отражения, причем плоскость призмы, не обращенная к входному концу планарного оптического волновода, составляет с плоскостью, поджатой к световоду, угол менее 90^o.