ОПТИЧЕСКИЙ АТТЕНЮАТОР, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ОПТИЧЕСКИЙ ВЕНТИЛЬ, И СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ, ВКЛЮЧАЮЩАЯ ТАКОЙ ОПТИЧЕСКИЙ АТТЕНЮАТОР Российский патент 2003 года по МПК G02B5/30 G02F1/09 H04B10/02 

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к оптическому аттенюатору, использующему оптический вентиль, и к системе оптической связи, включающей такой оптический аттенюатор, и более конкретно, к оптическому аттенюатору для ослабления оптического пучка за счет приложения изменения магнитного поля к оптическому вентилю и к системе оптической связи, включающей такой оптический аттенюатор.

Предпосылки создания изобретения
При оптической связи широко применяется оптический аттенюатор. Оптический аттенюатор является важным элементом в различных оптических узлах. В частности, когда сигнал, входящий через приемный канал, при оптической передаче является настолько сильным, что выходит за пределы чувствительности детектора, интенсивность светового сигнала может регулироваться в соответствии с диапазоном чувствительности приема за счет использования аттенюатора.

Известен полупроводниковый лазерный модуль, в котором используется оптический аттенюатор, содержащий оптический вентиль с вращателем Фарадея, катушкой и источником питания, обеспечивающими генерацию магнитного поля (см. патент JP 3273208 от 12.04.1991, МПК G 02 B 27/28). Указанное техническое решение является наиближайшим аналогом заявленного технического решения.

Фиг. 1 представляет собой схему, иллюстрирующую конструкцию стандартного оптического аттенюатора. Со ссылкой на фиг.1 оптический аттенюатор состоит из первого оптического волокна 100, первой линзы 102, пластины ослабления сигнала 104, второй линзы 106 и второго оптического волокна 108.

Во-первых, входной световой сигнал, выходящий из первого оптического волокна 100, передается в виде параллельных световых пучков через первую линзу 102 и попадает на пластину ослабления сигнала 104. На пластину ослабления сигнала 104 нанесено покрытие с различными уровнями ослабления сигнала в зависимости от расположения, и пластина ослабления сигнала имеет различные уровни ослабления сигнала в соответствии с углом поворота. Световой сигнал, прошедший через пластину ослабления сигнала 104, фокусируется второй линзой 106 и попадает во второе оптическое волокно 108.

Однако для автоматической регулировки пластины ослабления сигнала 104 требуется специальный мотор для вращения пластины для ослабления сигнала 104. В этом случае аттенюатор становится больше, и его стоимость возрастает. В частности, когда аттенюатор должен быть закреплен на такой системе, как обменник, непосредственное закрепление на стойке является затруднительным из-за размера аттенюатора, который требует специального устройства для установки.

Описание изобретения
С учетом решения перечисленных выше проблем целью настоящего изобретения является создание оптического аттенюатора, использующего оптический вентиль, который за счет электромагнитного воздействия может регулировать уровень ослабления аттенюатора путем регулировки уровня перекрывания пучка в зависимости от интенсивности магнитного поля при приложении магнитного поля к оптическому вентилю, и оптической системы связи, включающей в себя такой оптический аттенюатор.

Соответственно для достижения упомянутой выше цели создается оптический аттенюатор, использующий оптический вентиль, который регулирует интенсивность входного оптического сигнала, причем оптический аттенюатор содержит: оптический вентиль, включающий в себя вращатель Фарадея, в котором угол поворота плоскости поляризации изменяется в зависимости от интенсивности приложенного магнитного поля, для изменения уровня перекрывания оптического сигнала в соответствии с углом поворота плоскости поляризации и формирования выходного ослабленного оптического сигнала; генератор магнитного поля для генерации магнитного поля, интенсивность которого регулируется интенсивностью тока, и приложения генерированного магнитного поля к изолятору; и источник питания для подачи тока на генератор магнитного поля и регулировки интенсивности тока.

Для достижения указанной выше цели создается система оптической связи, которая включает в себя оптический передатчик, первый и второй оптические аттенюаторы и оптический приемник и предотвращает повреждение оптического приемника за счет регулировки мощности выходного оптического сигнала оптического передатчика при использовании первого аттенюатора и мощности оптического сигнала, принимаемого оптическим приемником, при использовании второго оптического аттенюатора, где первый или второй оптический аттенюатор содержит: оптический вентиль, включающий вращатель Фарадея, в котором угол поворота плоскости поляризации изменяется в зависимости от интенсивности приложенного магнитного поля, для изменения уровня перекрывания оптического сигнала в соответствии с углом поворота плоскости поляризации и формирования выходного ослабленного оптического сигнала; генератор магнитного поля для генерации магнитного поля, интенсивность которого регулируется интенсивностью тока и приложения генерированного магнитного поля к изолятору; и источник питания для подачи тока на генератор магнитного поля и регулировки интенсивности тока.

Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает конфигурацию традиционного оптического аттенюатора;
фиг. 2 представляет собой схему оптического аттенюатора, использующего оптический вентиль, в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.3 представляет собой схему изолятора фиг.2; и
фиг. 4 представляет собой схему системы оптической связи, включающей оптический аттенюатор, использующий оптический вентиль, в соответствии с настоящим изобретением.

Предпочтительный пример реализации изобретения
Со ссылкой на фиг.2 оптический аттенюатор включает электромагнит, использующий магнитный сердечник 204 и катушку 206, который может формировать магнитное поле на оптическом вентиле 200. Источник питания 202 подсоединяется к катушке 206 и подает на нее электрический ток. Магнитный сердечник 204 служит для увеличения магнитного потока, создаваемого катушкой 206.

Теперь действие настоящего изобретения будет описано на основе описанной выше конструкции. Во-первых, входной оптический сигнал входит в оптическое волокно через входной конец оптического волокна (не показано) и блокируется оптическим вентилем 200. Электрический сигнал, генерированный источником питания 202, регулирует уровень перекрывания оптического вентиля 200 за счет изменения магнитного поля катушки 206. Уровень перекрывания может считаться ослаблением выходного оптического сигнала по отношению к входному оптическому сигналу. Т.е. когда электрический сигнал, генерированный источником питания 202, подается на магнитный сердечник 204 и катушку 206, входной оптический сигнал, попадающий на оптический вентиль 200, ослабляется в соответствии с уровнем ослабления оптического вентиля.

В оптическом аттенюаторе, действующем, как описано выше, коэффициент затухания может иметь значение между 0,5 дБ и 50 дБ.

Фиг.3 представляет собой схему оптического вентиля 200 (фиг.2). Оптический вентиль позволяет передавать световое излучение от входного выступающего канала к выходному каналу с малыми потерями и предотвращает прохождение в обратном направлении и рекомбинацию света со значительными потерями, таким образом стабильно поддерживая действие системы. Например, в то время как световой пучок, излучаемый лазерным диодом, перемещается в направлении передачи света, там, где оптические волокна соединяются друг с другом или где отраженный шум генерируется за счет светового пучка, идущего в обратном направлении при подсоединении к различным другим устройствам, в соединителе генерируется отраженный свет. Оптический вентиль предотвращает появление перечисленных выше проблем и является необходимым, особенно в оптической связи при скорости не менее 1 Гбит/с и высокой чувствительности датчика, когда проблемы возникают из-за отраженного света.

Оптический вентиль (фиг.3) включает в себя первый коллиматор 300, первый двулучепреломляющий элемент 302, вращатель Фарадея 304, второй двулучепреломляющий элемент 306 и второй коллиматор 308. Рутил или кальцит являются подходящими материалами для первого и второго двулучепреломляющих элементов. Первый двулучепреломляющий элемент 302 действует как поляризатор, и второй двулучепреломляющий элемент 306 действует как анализатор. Принцип состоит в том, что проходит только частично поляризованный свет одного направления, и свет, поляризованный в вертикальном направлении по отношению к направлению поляризации света, упомянутого выше, не проходит. Существенным параметром для поляризатора и анализатора является коэффициент затухания проходящего поляризованного света по отношению к свету, поляризованному в вертикальном направлении относительно направления поляризации проходящего поляризованного света.

Вращатель Фарадея 304 поворачивает плоскость поляризации падающего света на 45^o. Свет, плоскость поляризации которого повернута на 45^o, отражается в обратном направлении с помощью выходного конца вращателя Фарадея 304 и снова попадает в него, и затем снова его плоскость поляризации поворачивается на 45^o. Таким образом, полностью плоскость поляризации света поворачивается на 90^o. Соответственно отраженная волна, плоскость поляризации которой повернута на 90^o, блокируется поляризатором. Вращатель Фарадея 304 генерирует вращение Фарадея за счет эффекта Фарадея, когда магнитное поле прикладывается к магнито-оптическому материалу в направлении распространения. Эффект Фарадея состоит в том, что плоскость поляризации света поворачивается, в то время как свет проходит через магнито-оптический материал.

Действие оптического вентиля определяется вносимыми потерями при распространении в прямом направлении и перекрыванием при распространении в обратном направлении. Оптический вентиль обычно имеет вносимые потери около 1 дБ и перекрытие около 30 дБ из-за отражения на соединении элементов и дефектов поляризатора и вращателя.

Теперь будет описано действие оптического вентиля фиг.3. Первый коллиматор 300 собирает и коллимирует световой пучок, излучаемый первым оптическим волокном или лазерным диодом (не показаны). Коллимированный пучок разделяется на два пучка, направления поляризации которых перпендикулярны друг другу, с помощью первого двулучепреломляющего элемента 302, и два пучка проходят различные пути и попадают на вращатель Фарадея 304. Рутил или кальцит являются подходящими для материалов двулучепреломляющих элементов. Плоскость поляризации света, попадающего во вращатель Фарадея 304, поворачивается на угол 45^o в существующих направлениях поляризации света, в то время как направления поляризации сохраняются перпендикулярными друг другу. В то время как пучки с измененным направлением поляризации снова проходят через второй двулучепреломляющий элемент 306, два пучка объединяются в один. Затем два пучка коллимируются с помощью второго коллиматора 308, и затем коллимированный пучок попадает во второе оптическое волокно (не показано).

Следовательно, в оптическом вентиле поддерживается такое постоянное магнитное поле, что вращатель Фарадея может поворачивать плоскость поляризации на угол 45^o. Однако если магнитное поле генерируется вблизи оптического вентиля, воздействует магнитное поле магнита, содержащего вращатель Фарадея. Также вращатель Фарадея изменяет угол поворота плоскости поляризации в соответствии с интенсивностью магнитного поля, как представляется следующим уравнением 1:
Θ=VBI (1),
где Θ - угол поворота плоскости поляризации, V - константа, В - интенсивность магнитного поля, I - длина взаимодействия.

Когда поляризация изменяется за счет внешнего магнитного поля, как представлено в уравнении (1), пути световых пучков, поляризованных перпендикулярно друг к другу, с помощью второго двулучепреломляющего элемента 306 изменяются, что последовательно изменяет количество света, попадающего на второе оптическое волокно через второй коллиматор 308. Т.е. интенсивность магнитного поля изменяется при изменении интенсивности внешнего электрического сигнала (тока), характеристики потерь оптического вентиля отличаются в зависимости от изменения интенсивности магнитного поля.

Фиг. 4 представляет собой схему системы оптической связи, включающей в себя оптический аттенюатор, использующий оптический вентиль в соответствии с настоящим изобретением. Со ссылкой на фиг.4 система оптической связи включает в себя оптический передатчик 400, первый оптический аттенюатор 402, использующий оптический вентиль, второй оптический аттенюатор 404, использующий оптический вентиль, и оптический приемник 406.

Мощность оптического сигнала, попадающего на оптический передатчик 400, регулируется первым оптическим аттенюатором 402, использующим оптический вентиль для подачи выходной мощности, которая требуется для системы. Мощный оптический сигнал передается на второй оптический аттенюатор 404, использующий оптический вентиль, через канал передачи, и ослабляется оптическим аттенюатором 404 для предотвращения повреждения оптического приемника 406.

Что касается передачи оптического сигнала с уплотнением по длине волны, оптический аттенюатор, использующий оптический вентиль, регулирует мощность света, когда проводится суммирование или разделение канала в оптическом передатчике и приемнике и оптическом суммирующем/разделяющем мультиплексоре.

Промышленная применимость
В соответствии с изобретением магнитный сердечник и катушка устанавливаются на оптическом вентиле 6, токи, прикладываемые к катушке, контролируются для регулировки интенсивности магнитного поля, которое формируется на оптическом вентиле, и соответственно регулируется перекрывание оптического сигнала. Таким образом оптический сигнал ослабляется. Следовательно, может быть создан совершенный оптический аттенюатор, который легко закрепляется на системе в силу своего малого размера, и он не является чувствительным к внешним факторам, таким как пыль, температура и влага, так как уровень ослабления может изменяться за счет регулировки только интенсивности тока. Также легко осуществляется соединение оптического аттенюатора с системой, так как токи регулируются за счет электричества, а не механически при использовании мотора для вращения пластины оптического аттенюатора.

Изобретение относится к устройствам оптической связи, в частности к аттенюаторам. Сущность изобретения заключается в использовании оптическим аттенюатором оптического вентиля, магнитной катушки, установленной вокруг оптического вентиля, магнитного сердечника, помещенного внутрь катушки, и настраиваемого источника питания для подачи тока на магнитную катушку. Технический результат: создание оптического аттенюатора, использующего оптический вентиль, который за счет внешнего электромагнитного воздействия регулирует уровень ослабления оптического сигнала. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Оптический аттенюатор, содержащий оптический вентиль, включающий в себя вращатель Фарадея, в котором угол поворота плоскости поляризации изменяется в зависимости от интенсивности приложенного магнитного поля, для изменения уровня перекрывания оптического сигнала в соответствии с углом поворота плоскости поляризации и формирования выходного ослабленного оптического сигнала, катушку для приложения генерированного магнитного поля к оптическому вентилю, и для генерации магнитного поля, интенсивность которого регулируется интенсивностью тока, магнитный сердечник, установленный внутри катушки, для увеличения магнитного потока, и источник питания для подачи тока на катушку и регулирования интенсивности тока. 2. Система оптической связи, включающая в себя оптический передатчик, первый и второй оптические аттенюаторы и оптический приемник, при этом осуществляется регулировка мощности выходного оптического сигнала оптического передатчика при использовании первого оптического аттенюатора и ослабление мощности оптического сигнала, принимаемого оптическим приемником, при использовании второго оптического аттенюатора, при этом каждый из двух оптических аттенюаторов содержит оптический вентиль, включающий в себя вращатель Фарадея, в котором угол вращения плоскости поляризации изменяется в зависимости от интенсивности приложенного магнитного поля, для изменения уровня перекрывания оптического сигнала в соответствии с углом поворота плоскости поляризации и формирования выходного ослабленного оптического сигнала, катушку для приложения генерированного магнитного поля к оптическому вентилю, для генерации магнитного поля, интенсивность которого регулируется интенсивностью тока, магнитный сердечник, установленный внутри катушки, для увеличения магнитного поля, и источник питания для подачи тока к катушке и регулирования интенсивности тока.