Термостойкий интегрально-оптический делитель излучения Российский патент 2020 года по МПК G02B6/122 

Изобретение относится к интегральной оптике, а именно к делителям оптического излучения.

Линейные сооружения волоконно-оптической линии связи подвержены различным воздействиям, прежде всего, температурным перепадам. В этой связи актуальна разработка термостойкого интегрально-оптического делителя излучения, способного функционировать в интервале температур характерных для Российской Федерации.

На территории Российской Федерации средняя месячная температура воздуха по субъектам российской федерации в 2016 г. изменяется от -30,7°С Республика Саха (Якутия) до +26,1 Астраханская область (Российский статистический ежегодник // г. Москва РОССТАТА. - 2017. - С. 70-71), однако были зафиксированы и более экстремальные температуры, так в городе Верхоянске Якутия был зарегистрирован минимум -67,8°С (15 января 1885 года), абсолютный максимум температуры воздуха +45,4°С был зарегистрирован в Республике Калмыкии (12 июля 2010 года).

Известен интегрально-оптический делитель, представляющий собой ряд последовательно расположенных на подложке интегрально-оптических направленных ответвителей или волноводных разветвителей, работающих в режиме делителя мощности оптического излучения (Волноводная оптоэлектроника. Под. Ред. Т. Тамира. М.: Мир. 1991. 574 с; Хансперджер Р. Интегральная оптика. Теория и технология М.: Мир. 1985. 379 с.).

Конструкция интегрально-оптический делитель включает несколько элементов, каждый из которых изготовлен из различных материалов, отличаются способы согласованного крепления, что неизбежно приведет к изменению параметров при изменении температуры в широких пределах.

Известен волоконно-оптический разветвитель (Пат. 2073260 Российская Федерация, МПК 6 G02B 6/28. Волоконно-оптический разветвитель (О.А.Власенко (Россия). №9393019823, заявл. 14.04.1993; опубл. 10.02.1997. Приоритет 14.04.1993 RU 9393019823), представляющий собой три волоконных световода, уложенных в виде регулярного жгута со смещенными боковыми гранями на торцах, которые образуют боковую поверхность четырехгранной пирамиды с углом 45° к оптической оси световодов, при этом зеркальное покрытие нанесено на боковую поверхность пирамиды, углы между ребрами в основании пирамиды выполнены 120° и 60°, проекция одного наклонного ребра, смежного с ребрами, составляющими 120° в основании пирамиды, совпадает с диаметром сердцевины одного световода. Волоконно-оптический разветвитель содержит волоконные световоды, металлическую трубку, зеркальное покрытие торцевых граней световодов.

Недостатком волоконно-оптического разветвителя является невозможность использования его в широких пределах изменении температуры из-за большой разницы в коэффициентах теплового расширения материалов, из которых изготовлен разветвитель.

Известен оптический элемент (Пат. 2183338 Российская Федерация, МПК 7 G02B 6/125, G02B 6/34. Оптический элемент (Ю.Н. Кульчин, И.В. Денисов, Е.О. Пискунов (Россия). №2000101381/28, заявл. 17.01.2000; опубл. 10.06.2002), представляющий собой 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 поджатая. 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°.

Недостатком данного оптического элемента является то, что в его конструкции используется подвижные части, что неизбежно приведет к изменению параметров при изменении температуры в широких пределах (Физические величины. Справочник. Григорьев И.С., Мейлихов Е.З. - 1991 - С. 66 (1234)).

Наиболее близким аналогом является интегрально-оптический делитель излучения (Пат. 2338224 Российская Федерация, МПК G02B 6/122. Интегрально-оптический делитель излучения (Н.А. Яковенко, В.А. Никитин, А.В. Никитин (Россия). №2006141111/28, заявл. 20.11.2006; опубл. 10.11.2008, Бюл. №31), представляющий собой канальный волновод, сформированный в подложке и имеющий на торце область закругленной формы, интегрально-оптические микролинзы, расположенные вдоль оптической оси канального волновода.

Деление излучения и вывод его на поверхность подложки на пути излучения, выходящего из закругленного торца канального волновода, осуществляется из расположенного ряда интегрально-оптических микролинз.

Недостатком наиболее близкого аналога, использованного в качестве прототипа, является то, что изменения температуры вызывают расширение или сокращение конструкционных материалов, (канальный волновод, подложка, интегрально-оптические микролинзы). В результате этого в них возникают температурные деформации и температурные напряжения, что приведет к тому, что оптическое излучение, распространяющееся вдоль поверхности подложки, частично или полностью не попадет в ряд интегрально-оптических микролинз.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности делителя оптического излучения в условиях температурных колебаний в широком диапазоне.

Технический результат достигается за счет того, что в заявленном изобретении термостойкий интегрально-оптический делитель излучения, содержит канальный волновод, сформированный в подложке и имеющий на торце область закругленной формы, ряд интегрально-оптических микролинз, которые расположены в подложке вдоль оптической оси канального волновода. Кроме того, каждая интегрально-оптическая микролинза выполняется из N оптических микролинз, на выходе которых установлена фокусирующая система, в фокусе которой расположен один канальный волновод.

Из уровня техники неизвестны делители оптического излучения работающие в условиях температурных колебаний в широком диапазоне. Следовательно, заявляемое устройство удовлетворяет критерию «новизна».

Заявленное изобретение поясняется с помощью чертежей:

фиг. 1 - термостойкий интегрально-оптический делитель излучения (вид сбоку);

фиг. 2 - термостойкий интегрально-оптический делитель излучения (вид сверху).

Заявленное изобретение реализуется следующим образом.

Термостойкий интегрально-оптический делитель излучения содержит (фиг. 1, фиг. 2) канальный волновод 1, сформированный в подложке 2 и имеющий на торце область 3 закругленной формы. В подложке 2 расположена группа из N интегрально-оптических микролинз 4, перекрывающих оптическую ось канального волновода. На выходе группы из N интегрально-оптических микролинз 4 установлена фокусирующая система 5, в фокусе которой расположен один канальный волновод 6.

Если на пути вышедшего из канального волновода 1 излучения поместить группу из N интегрально-оптических микролинз 4, на выходе которых установлена фокусирующая система 5, то даже при изменении температуры в широком диапазоне, вызывающей расширение или сокращение разнородных конструкционных материалов канального волновода 1, подложки 2 и интегрально-оптических микролинз 4, часть этого излучения выйдет из микролинз 4 на поверхность подложки 2 и, пройдя через фокусирующую систему 5, попадет в канальный волновод 6, так как это представлено на фиг. 1.

Такой термостойкий интегрально-оптический делитель можно использовать в суровых климатических условиях для передачи оптического сигнала одновременно на несколько направлений без использования активного оборудования.

Интегрально-оптический делитель излучения изготавливался в стеклянной подложке методом электростимулированной миграции ионов из расплава соли AgNO₃ и NaNO₃, 25 взятых в отношении 1:1 (моль) через алюминиевый маскирующий слой толщиной 0,3 мкм, в котором фотолитографией сформированы отверстия для изготовления канального волновода и ряда микролинз, лежащих на одной прямой. Температура расплава составляла 380°С, стимулирующее напряжение - 20 В, время протекания процесса - 15 мин (Никитин В.А., Яковенко Н.А. Электростимулированная миграция ионов в интегральной 30 оптике. Краснодар, 2003. 154 с.).

Существенным отличием от прототипа является то, что каждая интегрально-оптическая микролинза выполняется из «n» оптических микролинз на выходе которых установлена фокусирующая система в фокусе которой расположен один канальный волновод. Такое расположение интегрально-оптических микролинз позволяет осуществлять деление оптического излучения в условиях температурного колебания в широком диапазоне.

Таким образом, за счет наличия в делителе группы из N интегрально-оптических микролинз, на выходе которых установлена фокусирующая система, обеспечивается достижение технического результата.

Изобретение относится к интегральной оптике, а именно к делителям оптического излучения. Изобретение заключается в том, что в термостойком интегрально-оптическом делителе излучения, в подложке, содержится ряд интегрально-оптических микролинз, каждая из которых выполняется из N оптических микролинз, на выходе которых установлена фокусирующая система, в фокусе которой расположен один канальный волновод. Такое исполнение интегрально-оптического делителя позволяет, даже при изменении температуры в широком диапазоне, осуществлять деление оптического излучения и направлять в приемник оптического излучения. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности делителя оптического излучения в условиях температурных колебаний в широком диапазоне. 2 ил.

Термостойкий интегрально-оптический делитель излучения, содержащий канальный волновод, сформированный в подложке и имеющий на торце область закругленной формы, ряд интегрально-оптических микролинз, расположенных в подложке вдоль оптической оси канального волновода, отличающийся тем, что каждая интегрально-оптическая микролинза выполняется из N оптических микролинз, на выходе которых установлена фокусирующая система, в фокусе которой расположен один канальный волновод.