Лазерный модуль со встроенной схемой диагностики оптической цели, обеспечивающий надежность и простоту контроля целостности Российский патент 2023 года по МПК H04B10/80 

Область техники

Существуют различные способы контроля целостности оптической цепи в пиротехническом устройстве.

Уровень техники

Известно устройство, позволяющее производить непрерывный контроль оптической мощности оптического сигнала на приемном конце волоконно-оптического линейного тракта (патент Российской Федерации RU 2152689 C1, Н04В 10/08, 10.07.2000 г.). Известное устройство содержит оптический разветвитель, подсоединенный между оптическим входом и оптическим выходом. Оптический разветвитель имеет вторичный выход, подсоединенный через электрооптический детектор к цепи измерения мощности оптического излучения, и отделяет на вторичном выходе часть рабочей мощности оптического излучения в соответствии с предопределенным отношением расщепления. Часть рабочей мощности оптического излучения обрабатывается цепью измерения мощности оптического излучения и подается на электрический выход измерительной цепи. Недостатком данного устройства является невозможность предварительной проверки целостности оптической цепи из-за опасности нештатного срабатывания пиротехнических устройств в связи с использованием в качестве источника лазерного излучения штатного источника, предназначенного для инициирования применяемого светочувствительного взрывчатого вещества.

Известен способ контроля целостности оптических цепей, основанный на подаче низкого значения оптической мощности на лазерный диод и приеме обратного сигнала от специализированной электрооптической схемы, построенной на двунаправленных оптических приемопередатчиках и специальных контрольно-измерительных приборах (патент РФ RU №185626 U1 «Волоконно-оптическое устройство дистанционного управления взрывом»). Недостатком указанного способа является необходимость включения в оптическую схему дополнительных электрооптических элементов и контрольных приборов, а само инициирование взрывчатого вещества производится при помощи электродетонатора, что затрудняет техническую реализацию схемы при многоканальном исполнении.

Известен способ контроля целостности оптических цепей, основанный на использовании отражения от поверхности взрывчатого вещества при вводе в оптическую цепь дополнительного светофильтра с поглощением 95-99%. При этом ослабленный оптический сигнал, отраженный от поверхности взрывчатого вещества, фиксируется специальной аппаратурой, позволяющей определить по итоговому уровню детектируемого оптического сигнала целостность оптической цепи, (патент RU 2691381 «Устройство лазерного инициирования»). Недостатком указанного способа является повышенная сложность конструкции, и, как следствие, снижение надежности при вибрационных и ударных нагрузках, а также необходимость специальной обработки взрывчатого вещества для получения нужного коэффициента отражения. Кроме того, использование режима полной мощности лазерного диода во время проверки цепей небезопасно в случае неисправности затвора, а также отрицательно сказывается на ресурсе оптических компонентов, входящих в состав цепей.

В качестве наиболее близкого аналога выбран патент RU 2642829 «Устройство для одновременной передачи данных и мощности по оптическому волноводу», в котором применены два излучающих модуля, один из которых, высокой мощности, служит для передачи оптической мощности по оптоволокну, а второй, низкой мощности, является сигнальным и служит для передачи данных от базовой станции к удаленной станции. Недостатком данного устройства является отсутствие контрольных фотодиодов, измеряющих уровень прямого и отраженного сигнала, вводимого в оптоволокно, а также необходимость наличия измерительных фотоприемных устройств на выходном конце оптоволокна.

Раскрытие сущности изобретения

В основу настоящего изобретения положено решение задачи безопасного контроля целостности всей оптической цепи волоконно-оптического тракта мощного лазерного диода от излучающего модуля до селективного диэлектрического зеркала, нанесенного на выходной элемент оптической цепи, повышение надежности схемы и снижение трудоемкости проведения контроля целостности оптических цепей за счет исключения необходимости подключения и перестыковки каких-либо внешних или дополнительных устройств.

Согласно изобретению, эта задача решается за счет того, что в оптическую схему ввода излучения от полупроводникового лазерного диода, например, в многомодовое оптическое волокно, вводятся дополнительные оптические элементы, в именно:

- в корпус лазерного модуля в ход оптического луча от основного лазерного диода (1). до оптического волокна вводятся две плоскопараллельные пластины под углом, к примеру, 45 градусов, изготовленные из материала, прозрачного к рабочей длине волны основного лазерного диода, с нанесенными на них диэлектрическими интерференционными покрытиями, работающими как просветляющие для рабочей длины волны основного лазерного диода, и как отражающие для длины волны тестирующего лазерного диода с эффективностью не менее 95% но и не более чем 99,5%.

- в корпус лазерного модуля дополнительно монтируется полупроводниковый лазерный диод с мощностью, достаточной для проверки целостности оптической цепи, но недостаточной для случайного запуска какой-либо фотохимической или реакции, к примеру, несколько сотен микроватт. Лазерный диод позиционируется таким образом, чтобы излучение, отразившись от плоскопараллельной пластины с нанесенным интерференционным покрытием, являющимся эффективным отражающим для данной длины волны, было введено в тестируемое оптическое волокно.

- в корпус лазерного модуля дополнительно монтируется два фотодиода, один из которых позиционируется напротив тестирующего лазерного диода, с противоположной стороны от плоскопараллельной пластины с нанесенным интерференционным покрытием, другой фотодиод позиционируется в ходе распространения отраженного луча, выходящего из оптического волокна, и отраженного от второй плоскопараллельной пластины с нанесенным интерференционным покрытием.

- оптическая цепь, подлежащая тестированию, оснащается селективным оптическим отражателем, к примеру, интерференционным оптическим покрытием, прозрачным для рабочей длины волны основного источника излучения, и отражающим для длины волны тестирующего лазерного диода.

Внутри корпуса полупроводникового лазерного модуля монтируется предложенная оптическая схема, (см. прилагаемый рисунок (Фиг.1)).

Осуществление изобретения

Для тестирования оптической цепи подается оптический сигнал от тестирующего лазерного диода (4). Сигнал может быть как постоянного типа, так и, например, модулированный по частоте. Оптическое излучение от тестирующего лазерного диода, отраженное от первой плоскопараллельной пластины (5) с нанесенным интерференционным покрытием, попадает в световедущую жилу оптического волокна (6), являющегося составной частью тестируемой оптической цепи. Часть излучения, которое не будет отражено интерференционным покрытием, попадает на контрольный фотодиод (7), который расположен за первой плоскопараллельной пластиной с нанесенным интерференционным покрытием, и служит для контроля работоспособности тестирующего источника излучения. Основная часть оптического излучения от тестирующего диода попадает в оптоволокно, и. после отражения от нанесенного на конечный элемент тестируемой оптической цепи отражающего покрытия, попадает последовательно на две плоскопараллельные пластины с нанесенным интерференционным покрытием. На первой пластине излучение от тестируемого лазера будет ослаблено на величину, соответствующую коэффициенту отражения нанесенного интерференционного покрытия.

После прохода первой плоскопараллельной пластины с нанесенным интерференционным покрытием оптическое излучение от тестирующего лазерного диода попадает на вторую пластину (3), отражается от нее и попадает на второй фотодиод (8), являющийся контрольным для целостности цепи.

Уровень сигнала на фотодиодах будет зависеть от уровня оптического отражения выходного торца оптической цепи и будет отличаться в случае отражения от скола или обрыва оптоволокна, или другого повреждения тестируемой оптической цепи ввиду более низкого коэффициента отражения от сколов и трещин в оптоволокне и оптических компонентах. При рабочем режиме, излучение от основного лазерного диода (1), проходя через фокусирующую микрооптику (2) и установленные последовательно пластины с нанесенными покрытиями (3) и (5), попадает в оптическое волокно (6), не испытывая дополнительных оптических потерь.

Критерием исправности тестируемой оптической цепи будет наличие заранее известного для исправной оптической цепи постоянства соотношения измеренных оптических мощностей на обоих фотоприемниках.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных данному изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».

Изобретение относится к области измерительной техники, касается опроса оптических цепей и может использоваться в изготовлении полупроводниковых диодных излучающих лазерных модулей для пиротехнических систем. Техническим результатом является повышение надежности схемы и снижение трудоемкости проведения контроля целостности оптических цепей. Упомянутый технический результат достигается тем, что лазерный модуль для контроля целостности цепи в пиротехническом устройстве содержит модуль дополнительного тестирующего лазерного диода малой мощности с длиной волны излучения, отличающейся от длины волны излучения основного лазерного диода и пары фотоприемников, предназначенных для контроля работы тестирующего лазерного диода, лазерного диода основной мощности и контроля целостности оптической цепи. 1 ил.

Лазерный модуль для контроля целостности цепи в пиротехническом устройстве, содержащий основной источник лазерного излучения большой мощности с фокусирующей микрооптикой, причем оптическая мощность основного источника излучения достаточна для срабатывания светочувствительного пиротехнического устройства, оптическое волокно и фотодиоды, отличающийся тем, что в лазерный модуль введены второй источник лазерного излучения с низкой мощностью для проверки целостности оптической цепи, две плоскопараллельные пластины, расположенные между основным источником лазерного излучения и оптическим волокном и установленные под углом 45°, при этом плоскопараллельные пластины изготовлены из материала, прозрачного для рабочей длины волны основного источника излучения, с нанесенными на них диэлектрическими интерференционными покрытиями, работающими как просветляющие для рабочей длины волны основного источника лазерного излучения, и как отражающие для рабочей длины волны второго источника излучения, который расположен с возможностью отражения его излучения от одной плоскопараллельной пластины и введения его излучения в оптическое волокно, при этом оптическое волокно оснащено селективным оптическим отражателем для длины волны второго источника излучения, при этом один из фотодиодов расположен напротив второго источника излучения с противоположной стороны одной из плоскопараллельных пластин, а второй фотодиод позиционируется в ходе распространения отраженного луча, выходящего из оптического волокна и отраженного от второй плоскопараллельной пластины с нанесенным интерференционным покрытием.