Устройство стабилизации и перестройки центральной длины волны волоконно-оптического фильтра на основе волоконной брэгговской решетки Российский патент 2025 года по МПК G02B6/34 

Описание патента на изобретение RU2836609C1

Изобретение относится к волоконно-оптическим технологиям, в частности к способу перестройки и стабилизации по температуре волоконно-оптического фильтра (ВОФ) на основе волоконной брэгговской решетки (ВБР).

Известно устройство стабилизации и перестройки центральной длины волны волоконно-оптического фильтра (ВОФ) [Патент US номер 7711224 В1, G02B 6/34, H04J 14/02, 12.09.2008], содержащее участок оптического волокна с индуцированной в сердцевине волоконной брэгговской решеткой (ВБР), длина волны брэгговского резонанса которой при температуре 25°С соответствует центральной длине волны ВОФ при 25°С. Указанное волокно под натяжением жестко скреплено с элементом для приложения механического растяжения, выполненным из материала с высоким коэффициентом теплового расширения, к которому, в свою очередь, прикреплен нагревательный элемент. Кроме этого, оптическое волокно расположено в полости удлиненного теплопроводящего элемента, который находится в тепловом контакте с двумя элементами для управления температурой, находящихся на противоположных концах теплопроводящего элемента по обе стороны от ВБР. Датчики температуры также расположены на концах теплопроводящего элемента для мониторинга температуры, воздействующей на ВБР. При этом датчик температуры, нагревательные элементы и элементы управления температурой подключены к блоку управления. Перестройка центральной длины волны ВОФ заключается в следующем. На элемент для приложения механического растяжения с помощью нагревательного элемента подается тепловая энергия, далее элемент для приложения механического растяжения расширяется в соответствии с коэффициентом теплового расширения, тем самым увеличивая расстояние между точками крепления волокна. При растяжении участка оптического волокна с ВБР, сформированной в сердцевине, длина волны брэгговского резонанса ВБР смещается в результате упругооптического эффекта, что приводит к сдвигу центральной длины волны ВОФ в длинноволновую область. В случае перестройки в коротковолновую область блок управления подает сигнал на элементы управления температурой, которые равномерного охлаждают участок оптического волокна с ВБР с помощью теплопроводящего элемента.

Недостатком вышеописанного устройства является наличие приложенного натяжения на участок оптического волокна, содержащий ВБР, что делает систему чувствительной к внешним механическим воздействиям, то есть ограничивает использование устройства в реальных условиях, в результате которых стабилизировать центральную длина волны данного ВОФ будет невозможно. Кроме этого, в устройстве используются элементы для принудительного охлаждения, что усложняет схему управления, а также повышает количество потребляемой энергии во время работы.

Известно устройство ВОФ на основе ВБР, сформированной в сердцевине оптического волокна, с возможностью перестройки и температурной стабилизации центральной длины волны фильтра, выбранный в качестве прототипа [Патент US номер 8331745 В2, G02B 6/34,11.12.2012], содержащее внутреннюю оболочку, выполненную из теплопроводящего материала, в полости которой расположен участок оптического волокна с индуцированной ВБР, длина волны брэгговского резонанса которой при температуре 25°С соответствует центральной длине волны ВОФ при 25°С. Конструкция помещена в теплопроводящую оболочку, образующую внешнюю изоляционную камеру, при этом соответствующие концы внешней и внутренней оболочки находятся в герметичном тепловом контакте, а между стенками внешней и внутренней оболочки образуется воздушная полость, которая обеспечивает предотвращение потери тепла из внутренней оболочки в окружающую среду. При этом внутреннюю полость герметизируют с помощью наконечников, выполненных из материала с низким коэффициентом теплового расширения, и имеющих отверстие для оптического волокна, Нагревательный элемент представляет собой намотанные резистивные элементы на концах внешней оболочки, или элемент Пельтье, осуществляющий термоэлектрический нагрев и охлаждение. Для обеспечения обратной связи при стабилизации центральной длины волны ВОФ по температуре в устройство добавлены датчики температуры, расположенные в различных местах: один или несколько датчиков размещены на внутренней оболочке для мониторинга температуры оптического волокна с решеткой Брэгга, другие датчики - на внешней оболочке для контроля температуры внешней среды. Резистивные элементы, датчик температуры и элемент Пельтье подключены к блоку управления, который в зависимости от температуры окружающей среды подает необходимое значение напряжения на соответствующий элемент. Таким образом, тепловая энергия, подаваемая на концы внешней оболочки устройства, создает равномерное распределение температуры в полости, где расположена ВБР, сформированная в сердцевине оптического волокна, что ввиду термооптического эффекта и теплового расширения волокна прямо пропорционально влияет на длину волны брэгговского резонанса решетки, то есть обеспечивает перестройку центральной длины волны ВОФ. При этом нагрев смещает длину волны брэгговского резонанса решетки в длинноволновую область, когда охлаждение - в коротковолновую область. Для стабилизации центральной длины волны ВОФ с помощью датчика температуры блок управления считывает показания температуры окружающей среды и подает необходимое значение напряжения на соответствующий элемент.

Недостатком вышеописанного устройства является использование термоэлектрического охлаждения с помощью элемента Пельтье, для управления которого требуется биполярный источник тока, что усложняет схему управления, а также повышает количество потребляемой энергии во время работы.

Заявляемое устройство решает задачу обеспечения перестройки и стабилизации центральной длины волны ВОФ при уменьшении энергопотребления при работе устройства за счет использования только нагревательного элемента при отсутствии элемента принудительного охлаждения, сокращения количества технологических операций при сборке, с одновременным упрощением конструкции с меньшим числом элементов, обладающих простотой изготовления, что повышает надежность работы устройства.

Поставленная задача решается следующим способом.

В устройстве стабилизации и перестройки центральной длины волны ВОФ, представляющем собой теплораспределитель, включающий участок оптического волокна, со сформированной в его сердцевине волоконной брэгговской решеткой (ВБР) и размещенный внутри теплопроводящей внутренней оболочки, вокруг которой размещена, скрепленная с ней, внешняя теплопроводящая оболочка, образующая, окружающую внутреннюю оболочку, воздушную полость, а также подключенные к блоку управления проволочный нагревательный элемент, намотанный вдоль поверхности внешней оболочки и датчик температуры, размещенный на внутренней поверхности внешней оболочки на оси симметрии теплораспределителя, внутренняя и внешняя оболочка скреплены с помощью, расположенных между ними двух элементов крепления, выполненных из материала с низким коэффициентом теплопроводности и размещенных на внутренней оболочке симметрично на ее противоположных краях, элементы крепления выполнены в виде фланцев, представляющих собой плоское кольцо с равномерно распределенными по периметру сквозными отверстиями, при этом внешний диаметр кольца соответствует внутреннему диаметру внешней оболочки, а внутренний диаметр центрального отверстия кольца соответствует внешнему диаметру внутренней оболочки, а толщина кольца h менее величины расстояния от внешнего края внутренней оболочки до соответствующего края участка оптического волокна, в сердцевине которого сформирована ВБР, а длина внутренней оболочки удовлетворяет соотношению

Lвнутр.оболочки ≥ 2d + LВБР,

где Lвнутр.оболочки - длина внутренней оболочки, LВБР - длина участка оптического волокна со сформированной ВБР в сердцевине, d - диаметр внешней оболочки, при этом длина волны брэгговского резонанса волоконной брэгговской решетки рассчитывается по формуле

где - требуемая центральная длина волны ВОФ при нормальных условиях (Т = Т0), βλ - температурный коэффициент ВБР, Tмакс - верхняя граница диапазона температур возможного нагрева ВБР, Tэмакс - верхняя граница диапазона допустимой температуры эксплуатации устройства, Т0 -начальная температура, определяемая нормальной температурой (25°С).

Сущность заявляемого устройства поясняется следующим.

Перестройка центральной длины волны ВОФ на основе ВБР, сформированной в сердцевине оптического волокна, реализуется корпусированием участка вышеуказанного волокна в теплораспределитель и путем равномерного нагрева или охлаждения ВБР, в результате которого происходит сдвиг длины волны брэгговского резонанса решетки в соответствии с термооптическим эффектом и тепловым расширением волокна:

ΔλB = λB(α + ξ)ΔT,

где λB - длина волны брэгговского резонанса решетки, α - коэффициент теплового расширения оптического волокна, ξ - термооптический коэффициент оптического волокна, ΔТ - изменение температуры окружающей среды. При повышении температуры окружающей среды длина волны брэгговского резонанса сдвигается в длинноволновую область, а при уменьшении температуры - в коротковолновую область. Для поддержания постоянных оптических параметров ВБР, например, полуширины на полувысоте, коэффициента отражения и др., при перестройке длины волны брэгговского резонанса необходимо обеспечивать равномерное температурное воздействие на протяжении всего участка оптического волокна, в сердцевине которого сформирована ВБР.

Для этого устройство содержит теплораспределитель, конструкция которого образована следующим образом. Вокруг области оптического волокна с ВБР, сформированной в его сердцевине, расположена внутренняя оболочка, выполненная из теплопроводящего материала, которая помещена в продольной полости внешней оболочки, также выполненной из теплопроводящего материала. При этом между стенками внутренней и внешней оболочки расположена воздушная полость, сообщающаяся с воздухом снаружи теплораспределителя, и обеспечивающая теплопередачу между полостью внутренней оболочки, где размещен участок оптического волокна со сформированной в его сердцевине ВБР, и окружающей средой. Внутренняя и внешняя оболочки скреплены с помощью расположенных между ними двух элементов крепления, выполненных из материала с низким коэффициентом теплопроводности и размещенных на внутренней оболочке симметрично на ее противоположных краях. Элементы крепления выполнены в виде фланцев, представляющих собой плоское кольцо с равномерно распределенными по периметру сквозными отверстиями толщиной менее расстояния от внешнего края внутренней оболочки до соответствующего края участка оптического волокна, в сердцевине которого сформирована ВБР, при этом внешний диаметр кольца соответствует внутреннему диаметру внешней оболочки, а внутренний диаметр центрального отверстия кольца соответствует внешнему диаметру внутренней оболочки, а длина внутренней оболочки определяется из соотношения

Lвнутр.оболочки ≥ 2d + LВБР,

где Lвнутр.оболочки - длина внутренней оболочки, LВБР - длина участка оптического волокна со сформированной ВБР в сердцевине, d - диаметр внешней оболочки. Вокруг внешней оболочки расположен проволочный нагревательный элемент с электроизолирующим покрытием, намотанный вдоль всей поверхности внешней оболочки, два выхода которых соединены с блоком управления.

В предлагаемой конструкции теплораспределителя теплопередача от внешней оболочки к внутренней через воздушную полость осуществляется, главным образом, посредством теплового излучения, и, в существенно меньшей степени, за счет теплового контакта через сопряженные поверхности, что позволяет обеспечивать равномерное распределение температуры на участке оптического волокна с ВБР, помещенного во внутреннюю оболочку, за счет использования элементов, выполненных из материалов с высоким коэффициентом теплопроводности и обладающих простотой изготовления, что способствует сокращению технологических операций при сборке.

Одним из факторов, влияющих на равномерность температурного распределения вдоль ВБР, является перенос тепла в окружающую среду элементами предлагаемой конструкции. Это приводит к снижению температуры оптического волокна при удалении от плоскости симметрии конструкции и наиболее явно проявляется на краях внутренней оболочки и на прилежащих участках оптического волокна. Для обеспечения равномерного распределения температуры вдоль всей длины ВБР и сохранения формы ее спектра, длина внутренней оболочки предлагаемой конструкции определяется из выражения:

Lвнутр.оболочки ≥ 2d + LВБР,

где Lвнутр.оболочки - длина внутренней оболочки, LВБР - длина участка оптического волокна с сформированной ВБР в сердцевине, d - диаметр внешней оболочки. При выполнении данного условия неравномерность температурного распределения вдоль длины ВБР становится несущественной и не приводит к деформации спектрального отклика.

В заявляемом решении отсутствует элемент принудительного охлаждения, недостатком которого является низкий коэффициент полезного действия и необходимость использования биполярного источника тока, поэтому уменьшение температуры участка с ВБР, то есть перестройка центральной длины волны ВОФ в коротковолновую область, происходит за счет естественной передачи тепла элементами устройства в окружающую среду в результате теплообмена излучением и естественной конвекции внутри теплораспределителя. Такое технологическое решение обеспечивает уменьшение энергопотребления работы устройства, а также повышает надежность и упрощает блок управления устройства.

Для повышения динамичности остывания, необходимо обеспечить газообмен между воздушной полостью и окружающей средой, что достигается использованием двух элементов крепления, расположенных между внутренней и внешней оболочками, выполненных из материала с низким коэффициентом теплопроводности, размещенных на внутренней оболочке симметрично на ее противоположных краях, элементы крепления выполнены в виде фланцев, представляющих собой плоское кольцо с равномерно распределенными по периметру сквозными отверстиями. Для эффективного крепления внешней и внутренней оболочек друг к другу и обеспечения контакта между стенками оболочек внешний диаметр кольца соответствует внутреннему диаметру внешней оболочки, а внутренний диаметр центрального отверстия кольца соответствует внешнему диаметру внутренней оболочки. Кроме того, толщина кольца h менее величины расстояния от внешнего края внутренней оболочки до соответствующего края участка оптического волокна, в сердцевине которого сформирована ВБР. Как указано ранее, нагрев участка оптического волокна с ВБР, сформированной в сердцевине, то есть теплопередача от внешней оболочки к внутренней, осуществляется через воздушную полость, образованную внешней и внутренней оболочками, а также элементами крепления, посредством теплового излучения. Следовательно, равномерный нагрев участка оптического волокна с ВБР, сформированной в сердцевине, обеспечивается при условии, когда длина воздушной полости не менее длины ВБР. Данное условие выполняется при ограничении толщины элементов крепления h.

Так как центральная длина волны ВОФ на основе ВБР определяется длиной волны брэгговского резонанса решетки, предлагаемое техническое решение требует использование ВБР в составе устройства с длиной волны брэгговского резонанса, определяемой из выражения (1) ввиду отсутствия элемента принудительного охлаждения.

Ввиду температурной зависимости оптических параметров ВБР, центральную длину волны ВОФ необходимо стабилизировать по температуре для корректной работы. Для этого устройство содержит линию обратной связи, содержащую датчик температуры, размещенный на внутренней поверхности внешней оболочки на оси симметрии теплораспределителя и соединенный с блоком управления.

Данная конфигурация позволяет снизить энергопотребление во время работы устройства, сократить количество технологических операций при сборке, а также повысить надежность работы устройства в результате использования более простой конструкции с меньшим числом элементов, обладающих простотой изготовления, за счет использования только нагревательного элемента при отсутствии принудительного охлаждения, что является основным преимуществом изобретения.

Сущность заявленного устройства ВОФ на основе ВБР, сформированной в сердцевине оптического волокна, с возможностью перестройки центральной длины волны фильтра поясняется чертежом, где приняты следующие обозначения:

1 - внутренняя оболочка

2 - оптическое волокно

3 - ВБР, сформированная в сердцевине оптического волокна

4 - внешняя оболочка

5 - воздушная полость

6 - элемент крепления

7 - проволочный нагревательный элемент

8 - датчик температуры

9 - теплораспределитель

10 - блок управления

На чертеже приведена схема устройства стабилизации и перестройки центральной длины волны ВОФ.

Устройство включает, размещенный внутри теплопроводящей внутренней оболочки 1, участок оптического волокна 2, со сформированной в его сердцевине волоконной брэгговской решеткой (ВБР) 3, вокруг которой размещена внешняя теплопроводящая оболочка 4, образующая, окружающую внутреннюю оболочку 1, воздушную полость 5, внутренняя 1 и внешняя 4 оболочки скреплены с помощью расположенных между ними двух элементов крепления 6, проволочный нагревательный элемент 7, намотанный вдоль поверхности внешней оболочки 4 и датчик температуры 8, размещенный на внутренней поверхности внешней оболочки 4. Вышеуказанные элементы образуют теплораспределитель 9. Устройство включает блок управления 10, к которому подключены нагревательный элемент 7 и датчик температуры 8.

Устройство имеет два режима работы: стабилизация и перестройка центральной длины волны ВОФ.

Первый режим работы устройства заключается в следующем. После включения устройства блок управления 10 подает необходимый электрический ток на проволочный нагревательный элемент 7, который, в свою очередь, нагревает внешнюю оболочку 4. Тепловое излучение с внешней оболочки 4 распространяется через воздушную полость 5, попадая на внутреннюю оболочку 1, выполненную из теплопроводного материала. Тепловое поле равномерно распределяется по внутренней оболочке 1, а также вдоль участка оптического волокна 2 с ВБР 3, сформированной в сердцевине. В результате теплового воздействия длина волны брэгговского резонанса ВБР 3 смещается в длинноволновую область, соответствующее изменение температуры ВБР 3 регистрирует датчик температуры 8. Блок управления 10, проволочный нагревательный элемент 7 и датчик температуры 8 образуют систему с обратной связью, где блок управления 10 регулирует ток, подаваемый на проволочный нагревательный элемент 7, для поддержания требуемой температуры ВБР 3. В случае, когда требуемая температура неизменна, система принимает стационарный режим работы. При изменении требуемой центральной длины волны ВОФ система переходит в режим перестройки.

Принцип работы устройства для перестройки центральной длины волны ВОФ заключается в следующем. Во время стационарной работы устройства, описанной ранее, блок управления 10 меняет величину подаваемого электрического тока на проволочный нагревательный элемент 7, намотанный на внешнюю оболочку 4. При перестройке центральной длины волны ВОФ в коротковолновую область участок оптического волокна 2 с ВБР 3 равномерно охлаждается в результате уменьшения выделяемого тепла проволочным нагревательным элементом 7, что вызывает сдвиг длины волны брэгговского резонанса ВБР 3. Для повышения динамичности процесса остывания в устройстве с помощью элементов крепления 6 обеспечена свободная циркуляция воздуха внутри воздушной полости 5 параллельно оси оптического волокна 2, что позволяет осуществлять охлаждение участка оптического волокна 2 с ВБР 3 за счет естественного остывания без использования дополнительных элементов охлаждения. В случае перестройки в длинноволновую область температура внутренней оболочки 1 увеличивается. При достижении необходимого значения центральной длины волны ВОФ система переходит в стационарный режим.

В качестве конкретного примера осуществления заявляемого решения предлагается устройство ВОФ на основе ВБР с длиной волны брэгговского резонанса при нормальных условиях 1550,12 нм с возможностью перестройки центральной длины волны ±0,16 нм и поддержания постоянной центральной длины волны ВОФ при температуре от 10°С до 40°С.

Перед записью ВБР рассчитывается необходимая длина волны брэгговского резонанса решетки в составе ВОФ при нормальных условиях (25°С). В расчете применяется значение требуемой центральной длины волны ВОФ при нормальных условиях 1550,12 нм, температурной чувствительности ВБР 10 пм/°С, верхней границы диапазона температур возможного нагрева ВБР 85°С, верхней границы диапазона допустимой температуры эксплуатации устройства 40°С. Следовательно, рассчитанная длина волны брэгговского резонанса решетки равна 1549,745 нм, что является минимально возможным значением центральной длины волны ВОФ при заданных параметрах.

В качестве внешней оболочки теплораспределителя используется медная трубка (коэффициент теплопроводности меди 401 Вт/(м*°С)) наружным диаметром 6 мм и толщиной стенки 0.5 мм, а в качестве внутренней оболочки - стальной капилляр наружным диаметром 0.8 мм и толщиной стенки 0.2 мм (коэффициент теплопроводности стали 16 Вт/(м*°С)). Внутри стального капилляра длиной 57 мм размещают участок оптического волокна SMF-28 (стандарта G.657.A2) с нанесенной структурой ВБР, длина волны брэгговского резонанса которой при нормальных условиях соответствует рассчитанному ранее значению 1549,745 нм, при этом длина ВБР составляет 45 мм. Полученную конструкцию помещают во внутреннюю полость медной трубки длиной 57 мм и закрепляют с помощью размещенных между ними двух элементов крепления, выполненных из нейлона с коэффициентом теплопроводности 0,2 Вт/(м*°С)) и размещенных на внутренней оболочке симметрично на ее противоположных краях, выполненных в виде фланцев, представляющих собой кольцо с равномерно распределенными по периметру сквозными отверстиями для газообмена, толщина которого равна 2,5 мм. Размер внешнего диаметра кольца составляет 5,5 мм, а внутренний диаметр центрального отверстия кольца - 0,8 мм. На внутренней поверхности медной трубки располагают датчик температуры, в качестве которого используют терморезистор, продольное положение которого определяет ось симметрии теплораспределителя. В качестве проволочного нагревательного элемента используют нихромовую нить диаметром 0,2 мм с электроизолирующим покрытием, выполненным из тефлона. Блок управления представляет собой ЭВМ, содержащую электронный ключ для контроля подаваемого тока через нихромовую нить и регистрации температуры с датчика температуры.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает возможность стабилизации и перестройки центральной длины волны ВОФ на основе ВБР, при этом по сравнению с устройством-прототипом обеспечивает уменьшение энергопотребления при работе устройства за счет использования только нагревательного элемента при отсутствии элемента принудительного охлаждения, сокращает количество технологических операций при сборке, с одновременным упрощением конструкции с меньшим числом элементов, обладающих простотой изготовления, что повышает надежность работы устройства.

Похожие патенты RU2836609C1

название год авторы номер документа
Способ и волоконный чувствительный элемент для определения тепловых характеристик веществ (жидкостей и газов) 2022
  • Клишина Виктория Александровна
  • Варжель Сергей Владимирович
  • Лосева Елизавета Артуровна
  • Куликова Варвара Александровна
RU2804474C1
Способ пассивной компенсации температурной зависимости оптических параметров волоконной брэгговской решетки 2022
  • Куликова Варвара Александровна
  • Варжель Сергей Владимирович
  • Дмитриев Андрей Анатольевич
  • Козлова Александра Игоревна
  • Куликов Андрей Владимирович
  • Клишина Виктория Александровна
RU2793155C1
Устройство формирования волоконной решетки Брэгга с возможностью перестройки длины волны отражения 2024
  • Куликова Варвара Александровна
  • Варжель Сергей Владимирович
  • Дмитриев Андрей Анатольевич
  • Майорова Елизавета Артуровна
  • Калязина Дарья Владимировна
  • Куликов Андрей Владимирович
RU2828253C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОЛОКОННОЙ БРЭГГОВСКОЙ РЕШЕТКИ 2015
  • Беликин Михаил Николаевич
  • Куликов Андрей Владимирович
  • Алейник Артем Сергеевич
  • Мешковский Игорь Касьянович
RU2602998C1
Устройство для перестройки длины волны генерации волоконного лазера 2019
  • Бабин Сергей Алексеевич
  • Вольф Алексей Анатольевич
  • Достовалов Александр Владимирович
  • Скворцов Михаил Игоревич
  • Распопин Кирилл Сергеевич
RU2730879C1
Способ формирования волоконной брэгговской решётки с фазовым сдвигом 2018
  • Новикова Виктория Александровна
  • Коннов Кирилл Александрович
  • Грибаев Алексей Иванович
  • Варжель Сергей Владимирович
RU2676191C1
Способ формирования массива волоконных решеток Брэгга с различными длинами волн отражения 2018
  • Грибаев Алексей Иванович
  • Коннов Кирилл Александрович
  • Варжель Сергей Владимирович
RU2690230C1
Чувствительный элемент волоконно-оптического датчика и способ динамического измерения скорости, веса и расстояния между колесами транспортных средств 2023
  • Моор Янина Дмитриевна
  • Варжель Сергей Владимирович
  • Козлова Александра Игоревна
  • Дмитриев Андрей Анатольевич
  • Савин Владислав Витальевич
  • Токарева Владислава Дмитриевна
RU2816110C1
Чувствительный элемент волоконно-оптического тензометрического датчика для измерения продольного механического натяжения и способ измерения продольного механического натяжения объекта волоконно-оптическим тензометрическим датчиком 2021
  • Варжель Сергей Владимирович
  • Коннов Кирилл Александрович
  • Дмитриев Андрей Анатольевич
  • Грибаев Алексей Иванович
RU2771446C1
Волоконный кольцевой источник лазерного излучения с пассивным сканированием частоты 2022
  • Владимирская Анастасия Дмитриевна
  • Поддубровский Никита Романович
  • Лобач Иван Александрович
  • Каблуков Сергей Иванович
RU2801639C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 836 609 C1

Реферат патента 2025 года Устройство стабилизации и перестройки центральной длины волны волоконно-оптического фильтра на основе волоконной брэгговской решетки

Изобретение относится к волоконно-оптическим технологиям, в частности к способу перестройки и стабилизации по температуре волоконно-оптического фильтра (ВОФ) на основе волоконной брэгговской решетки (ВБР). Устройство стабилизации и перестройки центральной длины волны ВОФ представляет собой теплораспределитель, включающий участок оптического волокна со сформированной в его сердцевине волоконной брэгговской решеткой (ВБР), размещенный внутри теплопроводящей внутренней оболочки, вокруг которой размещена скрепленная с ней внешняя теплопроводящая оболочка, образующая окружающую внутреннюю оболочку воздушную полость, а также подключенные к блоку управления проволочный нагревательный элемент, намотанный вдоль поверхности внешней оболочки, и датчик температуры, размещенный на внутренней поверхности внешней оболочки на оси симметрии теплораспределителя. Внутренняя и внешняя оболочки скреплены с помощью расположенных между ними двух элементов крепления, выполненных из материала с низким коэффициентом теплопроводности и размещенных на внутренней оболочке симметрично на ее противоположных краях, элементы крепления выполнены в виде фланцев, представляющих собой плоское кольцо с равномерно распределенными по периметру сквозными отверстиями, при этом внешний диаметр кольца соответствует внутреннему диаметру внешней оболочки, а внутренний диаметр центрального отверстия кольца соответствует внешнему диаметру внутренней оболочки, а толщина кольца h менее величины расстояния от внешнего края внутренней оболочки до соответствующего края участка оптического волокна. Технический результат - уменьшение количества потребляемой при работе устройства электрической энергии, сокращение числа технологических операций при сборке и повышение надежности работы за счет простой конструкции с меньшим числом элементов, обладающих простотой изготовления. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 836 609 C1

Устройство стабилизации и перестройки центральной длины волны волоконно-оптического фильтра, представляющее собой теплораспределитель, включающий участок оптического волокна со сформированной в его сердцевине волоконной брэгговской решеткой (ВБР), размещенный внутри теплопроводящей внутренней оболочки, вокруг которой размещена скрепленная с ней внешняя теплопроводящая оболочка, образующая окружающую внутреннюю оболочку воздушную полость, а также подключенные к блоку управления проволочный нагревательный элемент, намотанный вдоль поверхности внешней оболочки, и датчик температуры, размещенный на внутренней поверхности внешней оболочки на оси симметрии теплораспределителя, отличающееся тем, что внутренняя и внешняя оболочки скреплены с помощью расположенных между ними двух элементов крепления, выполненных из материала с низким коэффициентом теплопроводности и размещенных на внутренней оболочке симметрично на ее противоположных краях, элементы крепления выполнены в виде фланцев, представляющих собой плоское кольцо с равномерно распределенными по периметру сквозными отверстиями, при этом внешний диаметр кольца соответствует внутреннему диаметру внешней оболочки, а внутренний диаметр центрального отверстия кольца соответствует внешнему диаметру внутренней оболочки, а толщина кольца h менее величины расстояния от внешнего края внутренней оболочки до соответствующего края участка оптического волокна, в сердцевине которого сформирована ВБР, а длина внутренней оболочки удовлетворяет соотношению

,

где - длина внутренней оболочки, - длина участка оптического волокна с сформированной ВБР в сердцевине, d - диаметр внешней оболочки, при этом длина волны брэгговского резонанса волоконной брэгговской решетки рассчитывается по формуле

,

где - требуемая центральная длина волны ВОФ при нормальных условиях , - температурный коэффициент ВБР, - верхняя граница диапазона температур возможного нагрева ВБР, - верхняя граница диапазона допустимой температуры эксплуатации устройства, - начальная температура, определяемая нормальной температурой (25°С).

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2025 года RU2836609C1

US 20110069928 A1, 24.03.2011
СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ДЛИНЫ ВОЛНЫ УЗКОПОЛОСНОГО ВОЛОКОННОГО ЛАЗЕРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2017
  • Колегов Алексей Анатольевич
  • Софиенко Глеб Станиславович
RU2664758C1
US 7711224 B1, 04.05.2010
US 20200284621 A1, 10.09.2020
Устройство для гофрирования искусственной колбасной оболочки 1984
  • Пименов Виктор Дмитриевич
  • Пономарев Василий Васильевич
  • Груздев Ирк Эйзерович
  • Трапезов Валерий Егорович
SU1266504A1
Метчик 1985
  • Цветков Геннадий Матвеевич
  • Ольговский Евгений Дмитриевич
SU1355390A1
US 6834142 B2, 21.12.2004.

RU 2 836 609 C1

Авторы

Куликова Варвара Александровна

Варжель Сергей Владимирович

Волковский Сергей Александрович

Васильев Алексей Владимирович

Куликов Андрей Владимирович

Даты

2025-03-18Публикация

2024-08-07Подача