Древовидный оптический разветвитель без потерь на обратном отражении и с нулевыми коэффициентами передачи и направленности для волоконно-оптических систем связи Российский патент 2023 года по МПК G02B6/28 

Изобретение относится к волоконно-оптическим разветвительным устройствам и может быть использовано в волоконно-оптических сетях информационного обмена.

Древовидный разветвитель осуществляет расщепление одного оптического сигнала на несколько выходных или выполняет обратную функцию объединения нескольких сигналов в один выходной. Обычно древовидные разветвители распределяют мощность в равной степени между всеми выходными полюсами. Конфигурация полюсов в древовидных разветвителях обозначается n х m, где n – число входных полюсов, m -число выходных полюсов. Для древовидных разветвителей n = 1. В применяемых в настоящее время древовидных разветвителях число m = 2 – 32. Большинство древовидных разветвителей двунаправленные, поэтому они могут выполнять функции объединения сигналов. Передаточные параметры для разных выходных полюсов разветвителя стремятся делать более близкими друг к другу.

Ответвитель – обобщение древовидного разветвителя. Когда выходная мощность распределяется необязательно в равной пропорции между выходными полюсами. Конфигурации ответвителей бывают 1 x 2;1 x 3;1 x 4; 1 x 5; 1 x 6; 1 x 8; 1 x 16; 1 x 32. Выходные полюсы нумеруются в порядке убывания оптической мощности.

Разветвители характеризуются параметрами: коэффициент передачи или коэффициент вносимых потерь; коэффициент направленности или коэффициент однородности; потери на обратном рассеянии.

Коэффициент передачи или коэффициент вносимых потерь определяет потери мощности сигнала, который приходит на один из полюсов и выходит с одного из выходных полюсов. Коэффициент передачи определяют соотношением:

a_inc(I, j )= -10 lg (p_i,j/ p_i ); дБ.

Индексы I, j пробегают значения номеров входных и выходных полюсов соответственно, например i = a; j = 1.

Коэффициент направленности или однородности характеризует способность разветвителя равномерно передать мощность в выходные полюсы. Он показывает интенсивность нежелательного обратного сигнала, возникающего на другом полюсе из входной группы полюсов, и подсчитывается по формуле:

b_dir = 10 lg (p_i,j/ p_i ); дБ.

Индексы i, g относятся к одной группе полюсов.

Потери на обратном рассеянии, есть выходная мощность, регистрируемая на полюсе i при условии подачи сигнала на этот же полюс. Этот коэффициент схож с коэффициентом обратных потерь в оптических соединителях. Потери на обратном рассеянии подсчитываются по формуле:

b_bs (i)= 10 lg (p_i,j/ p_i ); дБ.

Для представления параметров разветвителей всех типов строится матрица потерь. На диагонали матрицы стоят коэффициенты потерь на обратном рассеянии, где в качестве входного сигнала последовательно выбираются полюсы от a до 4. Для разветвителя n x n экспериментально все коэффициенты строится матрица размером 2n x 2n.

Принципы работы разветвителей описаны в работах: Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. ЭКО-ТРЕНДЗ, - М.: Радио и связь, 2001, 266 С.; Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, наротехнологии. –М.:Физматлит, 2007, 416 с.

Принцип работы предлагаемого разветвителя основывается на действии интегрирующей сферы, описанной в работах: М. М. Гуторов. Основы светотехники и источники света. М., Энергоатомиздат, 1983, 384 с. М. М. Епанешников. Электрическое освещение, М., Энергия,1973, 352С.

Общим недостатком известных разветвителей, в том числе и древовидных, является то, что они характеризуются энергетическими потерями, определяемыми такими параметрами, как коэффициенты передачи или коэффициенты вносимых потерь, как коэффициенты направленности или коэффициенты однородности, а также потери на обратном рассеянии. Недостатком прототипов является то, что разветвители имеет низкую надежность за счет больших оптических потерь.

Известен оптический разветвитель, содержащий по крайней мере один пучок кварц-полимерных световодов, состыкованных в торец с оптическим смесительным стержнем (RU 128354, МПК G02B 6/28, опубл. 20.05.2013).

Недостатком прототипа является то, что оптический разветвитель имеет низкую надежность за счет больших энергетических потерь.

Известен оптический разветвитель, который имеет сферическую форму и изготовлен из кварцевого стекла с показателем преломления n = 1,46 – 1,49. Он состоит из двух частей сферы с плоскими полированными поверхностями и с нанесенной на их внешнюю сферическую поверхность отражающим покрытием, при этом каждая часть сферы включает отражающие зеркальные экраны, площадями, не позволяющими излучению от входных волоконных световодов напрямую взаимодействовать с выходными волоконными световодами. Полированные плоские части сферы соединены с помощью клея, имеющего такой же показатель преломления, что и кварцевое стекло и полностью покрытым после склеивания таким же отражающим покрытием, что и отражающие зеркальные экраны, и дополнительно покрытый защитным полимерным слоем (RU 2776092, МПК G02B 6/28, опубл. 13.07.2022).

Недостатком прототипа является то, что оптический разветвитель не выполняет функции древовидного оптического разветвителя для волоконно-оптических систем связи.

Технический результат заключается в том, что древовидный оптический разветвитель позволяет четко рассчитывать величину энергетических потерь на любом входе или выходах разветвителей, а угол между входным волоконным световодом и нормалью к зеркальному экрану позволяет полностью избежать обратного отражения поступающего или общего выходящего оптического потока из древовидного оптического разветвителя.

Сущность изобретения заключается в том, что древовидный оптический разветвитель без потерь на обратном отражении и с нулевыми коэффициентами передачи и направленности для волоконно-оптических систем связи содержит волоконные световоды на основе кварцевого стекла и отражающее сферическое покрытие. Древовидный оптический разветвитель имеет сферическую форму и изготовлен из кварцевого стекла с показателем преломления n = 1,46 – 1,49. Он состоит из двух частей сферы с нанесенным на их внешнюю сферическую поверхность отражающим покрытием, при этом каждая часть сферы включает отражающие зеркальные экраны, площадями, не позволяющими излучению от входного волоконного световода напрямую взаимодействовать с выходными волоконными световодами. Части сферы соединены с помощью клея, имеющего такой же показатель преломления, что и кварцевое стекло и полностью покрытым после склеивания таким же отражающим покрытием, что и отражающие зеркальные экраны, и дополнительно покрытый защитным полимерным слоем. Древовидный оптический разветвитель содержит один входной волоконный световод, оптическая ось которого составляет с нормалью к зеркальному экрану угол α и выходные волоконные световоды от 2 до 32 на основе кварцевого стекла.

На чертеже представлена схема древовидного оптического разветвителя.

Древовидный оптический разветвитель 1 имеет сферическую форму, изготовлен из кварцевого стекла с показателем преломления n = 1,46 – 1,49 и содержит один входной волоконный световод 2, оптическая ось которого составляет с нормалью к зеркальному экрану 3 угол α, и выходные волоконные световоды 4 в количестве от 2 до 32 на основе кварцевого стекла. Древовидный оптический разветвитель 1 состоит из двух частей сферы 5 и 6, с плоскими полированными поверхностями и с нанесенным на их внешнюю сферическую поверхность отражающим покрытием 7. На каждой плоской части сферы 5 и 6 имеются отражающие зеркальные экраны 3, площадями, не позволяющими излучению от входного волоконного световода 2 напрямую взаимодействовать с выходными волоконными световодами 4. Полированные плоские части сферы 5 и 6 соединены клеем, имеющим такой же показатель преломления, что и кварцевое стекло и полностью покрыты после склеивания таким же отражающим покрытием 6, что и отражающие зеркальные экраны 3. Дополнительно древовидный оптический разветвитель 1 покрыт защитным полимерным слоем 8.

Устройство работает следующим образом. Световые потоки из входного волоконного световода 2 попадают на отражающие зеркальные экраны 3 в первой части сферы 5, что вызывает многократные отражения в обеих частях 5, 6 сферы и выходят через выходные волоконные световоды 4 к потребителю. Угол α между оптической осью входного волоконного световода 2 и нормалью к зеркальному экрану 3 позволяет полностью избежать обратные отражения входного волоконного световода 2 или выходных волоконных световодов 4 из древовидного оптического разветвителя. Угол α определяется углом отражения от зеркального экрана 3. Он определяется опытным путем.

Предлагаемая конструкция древовидного оптического разветвителя, для которого коэффициенты передачи (коэффициенты вносимых потерь), коэффициенты направленности (коэффициенты однородности), потери на обратном рассеянии теряют смысл. Входной 2 и выходные 4 волоконные световоды встраиваются в оптический разветвитель любым способом терминирования оптических волокон перед полировкой поверхностей на каждом сферическом элементе.

По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет четко рассчитывать величину энергетических потерь на любом входе или выходах разветвителей и, таким образом, обеспечивать требуемые равномерности входящих и выходящих световых потоков, уменьшает энергетические потери за счет многократного отражения входных излучений в древовидном оптическом разветвителе, изготовленном из кварцевого стекла. А угол между входным волоконным световодом и нормалью к зеркальному экрану позволяет полностью избежать обратного отражения поступающего или общего выходящего оптического потока из древовидного оптического разветвителя.

Изобретение относится к волоконно-оптическим разветвительным устройствам и может быть использовано в волоконно-оптических сетях информационного обмена. Древовидный оптический разветвитель без потерь на обратном отражении и с нулевыми коэффициентами передачи и направленности для волоконно-оптических систем связи содержит волоконные световоды на основе кварцевого стекла и отражающее сферическое покрытие. Древовидный оптический разветвитель имеет сферическую форму и изготовлен из кварцевого стекла с показателем преломления n = 1,46–1,49. Он состоит из двух частей сферы с нанесенным на их внешнюю сферическую поверхность отражающим покрытием, при этом каждая часть сферы включает отражающие зеркальные экраны, площадями, не позволяющими излучению от входного волоконного световода напрямую взаимодействовать с выходными волоконными световодами. Части сферы соединены с помощью клея, имеющего такой же показатель преломления, что и кварцевое стекло, и полностью покрыты после склеивания таким же отражающим покрытием, что и отражающие зеркальные экраны, и разветвитель дополнительно покрыт защитным полимерным слоем. Древовидный оптический разветвитель содержит один входной волоконный световод, оптическая ось которого составляет с нормалью к зеркальному экрану угол α и выходные волоконные световоды от 2 до 32 на основе кварцевого стекла. Технический результат – обеспечение возможности равномерности входящих и выходящих световых потоков, а также уменьшение энергетических потерь за счет многократного отражения входных излучений в древовидном оптическом разветвителе, изготовленном из кварцевого стекла. 1 ил.

Древовидный оптический разветвитель без потерь на обратном отражении и с нулевыми коэффициентами передачи и направленности для волоконно-оптических систем связи, содержащий волоконные световоды, выполненные на основе кварцевого стекла, и отражающее сферическое покрытие, при этом разветвитель имеет сферическую форму и изготовлен из кварцевого стекла с показателем преломления n = 1,46–1,49, состоит из двух частей сферы с нанесенным на их внешнюю сферическую поверхность отражающим покрытием, при этом каждая часть сферы включает отражающие зеркальные экраны, площадями, не позволяющими излучению от входного волоконного световода напрямую взаимодействовать с выходными волоконными световодами, части сферы соединены с помощью клея, имеющего такой же показатель преломления, что и кварцевое стекло, и полностью покрыты после склеивания таким же отражающим покрытием, что и отражающие зеркальные экраны, кроме того, разветвитель дополнительно покрыт защитным полимерным слоем, отличающийся тем, что древовидный оптический разветвитель содержит один входной волоконный световод, оптическая ось которого составляет с нормалью к зеркальному экрану угол α, и выходные волоконные световоды в количестве от 2 до 32 выполнены на основе кварцевого стекла.