Устройство для коррекции дисперсии мод волоконных световодов Советский патент 1985 года по МПК G01M11/00 G02B6/14 

Изобретение относится к волоконно оптическим средствам связи и может быть использовано в волоконно-оптических системах различного назначени Известно устройство, с помощью которого производится смешение высших и низших направляемых мод, представляющее собой короткие отрезки световодов, деформированные либо с помощью механических воздействий, либо с помощью неоднородного электри ческого поля, изменяющего показатель предомления сердцевины отрезка волоконного световода вдоль его оси 1. Геометрические неоднородности, вызываемые внешними воздействиями и приводящие к связи мод световода, обуславливают неизбежные дополнитель ные потери световой энергии, что является серьезным недостатком корректоров дисперсии мод. Наиболее близким к предлагаемому является корректор дисперсии мод, содержащий последовательно расположенные после выходного торца, коррек тируемого волоконного световода набор фотодетекторов, усилители фототока и линии задержки, электрические выходы которых объединены в общую электрическую цепь Г2. Излучение каждой отдельной модовой группы корректируемого волоконно го световода попадает на определенны фотодетектор, набора и, после преобра зования в электрический сигнал задерживается на определенный промежуток времени таким образом, чтобы сигналы, переносимые всеми модовыми группами, приходили на выход устройства одновременно. Недостатками известного устройства является малая величина достижи-. мой коррекции сигнала и большие поте ри световой мощности. Цель изобретения - увеличение степени коррекции сигнала и уменьше ние потерь световой мощности в устройстве. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для коррекции дисперсии мод волоконных световодов содержащее фотодетекторы, выходы которых соединены с входами усилителей фототока, введены последовательно расположенные на оптической оси, проходящей через центр выходного тор ца корректируемого волоконного свето вода коллимирующая линза, набор жгутов волоконных световодов различ НОИ длины, входные торцы которых укреплены в одной плоскости, распо- ложенной перпендикулярно оптической оси, непосредственно за линзой и представляют собой концентрические кольца, центр которых расположен на оптической оси, причем выходные торцы жгутов с5птически сопряжены с фотодетекторами, а выходы усилителей фототока объединены в одну общую электрическую цепь. Такое выполнение устройства позволяет осуществить пространственную селекцию и выравнивание времени распространения различных модовых групп корректируемого волоконного световода, причем число корректирующих каналов (отдельных жгутов волоконных : световодов может быть сделано значи- тельно большим, чем в известном, что и позволяет существенно увели-, чить степень коррекции передаваемых по волоконному световоду сигналов. Особенностью и существенным отличием предлагаемого устройства является особое выполнение жгутов волоконных световодов, выполненных так, что входом отдельного жгута является концентрическое кольцо, а выходом площадка определенной, например, круглой формы. Подобное выполнение жгутов волоконных световодов и позволяет эффективно осуществлять пространственную селекцию определенных модовых групп корректируемого волоконного световода. С помощью жгутов волоконных световодов осуществляется и задержка различных модовых групп на определенные временные интервалы, что приводит к выравниванию времени рас-пространения различных модовых групп. На фиг. 1 изображено устройство; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Устройство включает в себя линзу 1, расположенную так, что расстояние между ней и выходным торцом 2 корректируемого волоконного световода 3 равно фокусному расстоянию этой линзы, набор жгутов волоконных световодов различной длины 4 выполнен так, что их входные торцы 5 укреплены в одной плоскости перпендикулярно оптической оси устройства непосредственно за линзой 1 и представляют собой концентрические кльца, центр которых есть точка пересечения оптической оси и плоскости, в которой расположены входные торцы корректрующих волоконных жгутов. Набор фото3

детекторов 6, светочувствительные площадки которых опти.чески сопряжены с выходными торцами 7 жгутов набора 4, набор усилителей 8 фототока, электрические входы которых соединены с выходными клеммами фотодетекторов, а выходы усилителей объединены в общую выходную цепь 9, нагрузкой которой является сопротивление 10. Выходом устройства являются кдеммы 11, соединенные с сопротивлением 10.

Устройство работает следующим образом.

Пусть на входной торец корректируемого волоконного световода 3 поступает входной сигнал. На выходе этого световода, в следствие того, что сигнал будет переноситься (от входного до выходного торца различными модовыми группами с различной скоростью выходной сигналимеет вид

V,)

:где Ф. - световая мощность, переносимая i-и модовой группой (модой); f - разность времен прихода

высшей и низшей мод; tj - время задержки, обусловленное конечностью скорости распространения световых волн в корректируемом волоконном световоде.

и

определяются из

2 1лп. .

2h,

(2)

- длина корректируемого волоконного световода;

п,- показатель преломления

сердцевины этого световода;

Л - коэффициент ступенчатости

С - скорость света в вакууме;

Vj.p- групповая скорость распространения световых волн в корректируемом волоконном световоде ;

N - полнЬе число мод, могущих распространяться в этом световоде.

Световая мощность, переносимая модой, излучается из выходного ца 2 корректируемого волоконного

I386804

световода в виде полого конуса вых лучей с углами при вершине

в,.,,„ «гсз.п 5L dc 1

Л

б. ractsin

2(iM) 1 max

где dc - диаметр сердцевины корректируемого волоконного световода ;

f. длина волны светового излучения, распространяющегося в этом световоде.

После прохождения воздушного промежутка протяженностью F (где Fфркусное расстояние линзы I) и пространственно-угловое распределение этой линзы световой мощности для отдельных мод приобретает вид полых цилиндров, максимальные и минимальные диаметры которых находятся из соотношений

1,-т л--2 Чв)

(1

Bimo,,+ «(.

где Q . ,1 и fi. определяются формулами СЗ .

Жгуты 4 волоконных световодов собирают оптическую мощность, переносимую отдельной -й модовой группой, состоящей из мод. Для этого их входная плоскость 5 расположена за линзой и выполнена в виде концентрических колец, диаметры которых

имеют следующие размеры:

;D,,,,2F4|«rcsi.|.t2(,

п,о,Г-2Рч{«- 4у У 1 1 U)

L L JJ

где г принимает значения 1,2,...,га.

Длина каждого жгута 4 выбирается таким образом, чтобы модовыс группы распространяющиеся в каждом из п жгутов, приходили в выходную плоскость каждого иэ жгутов одновременно-,

Нетрудно показать, что условие одновременности прихода модовых групп к.выходным плоскостям жгутов корректора будет выполнено, если длина Г-го жгута удовлетворяет отдельного соотношению 4(-) где некоторая постоянная величина, выбираемая из соображений удобства конструктивного выполнения устройства. В выходной плоскости 7 корректора оптический сигнал имеет вид () .(Ь1у вык КОР 0 . .Сравнение выражений (11и (71показыfpaeT, что сигнал на выходе корректо ра имеет в т раз меньшие яасготные искажения, т.е. степень коррекции предлагаемого устройства равна m . Набор фотодетекторов 6 осуществляет фотон-электронное преобразование оптических сигналов, снимаемых с отдельных волоконных жгутов корректора в электрические сигналы, которые затем усиливаются усилителями фототока 8 и суммируются в выходной злектри ческой цепи 9. В предлагаемом устройстве не существует никаких принципиальных ограничений для увеличения m до любого, но не превосходящего N значения. Устройство технологично, имеет небольшие размеры, высокие эксплуатационные качества и может найти широкие применение в волоконно-оптических системах связи.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ДИСПЕРСИИ МОД ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ, содержащее фотодетекторы, выходы которых соединены с входами усилите.лей фототока, отличающееся тем, что, с целью увеличения степени коррекции и уменьшения потерь световой мощности, в него введены последовательно расположенные на оптической оси, проходящей через центр выходного торца корректируемого волоконного световода, коллимирующая линза, набор жгутов волоконных световодов различной длины, входные торцы которых укреплены в одной плоскости, расположенной перпендикулярно оптической оси, непосредственно за линзой и представляют собой концентрические кольца, центр которых расположен на Оптической оси, причем выходные торцы жгутов оптически сопряжены с фотодетекторами, а выходы усилителей фототока объединеi ны в одну общую электрическую цепь.