Устройство для передачи поляризованного оптического излучения Советский патент 1992 года по МПК G02B6/00 

Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано для передачи информации через диспергирующие среды.

Известно устройство для передачи информации об изображении через неоднородные среды, содержащее источник когерентного света и приемник излучения, находящиеся по одну сторон/ неоднородной среды, а модулятор изображения и от- эажатель - по другую сторону

неоднородной среды, причем отражатель выполнен в виде зеркала, на котором происходит обращение волнового фронта при че- тырехволновом смещении.

Недостатком такого устройства является появление шумовой составляющей, величина которой зависит от дисперсионных свойств среды и сравнима по величине с величиной полезного сигнала.

Известно устройство,- в котором свет от лазера посредством микрообьектива ввоvi

ю

00 00 Сл)

ю

дится в многомодовое волокно с круговым поперечным сечением. Проходя через волокно, свет деполяризуется и на его выходе посредством микрообъектива и диафрагмы собирается в почти параллельный пучок света. Затем на поляризационной делительной призме пучок света разделяется по двум ортогональным X и Y поляризациям и испытывает обращение волнового фронта (ОВФ) на фоторефрактивных кристаллах ВаТЮз. Оптические оси кристаллов ориентированы параллельно поляризациям падающих пучков. На этих кристаллах происходит ОВФ за счет двухпучкового смещения. Коэффициенты отражения зеркал подбираются одинаковыми. При своем обратном распространении ортогонально поляризованные пучки с ОВФ-поляризаци- онной призмой собираются в один частично поляризованный пучок, который возбуждает в волокне самосопряженные моды. Распространяясь в обратном направлении,эти моды с ОВФ компенсируют дисперсионный фазовый сдвиг и на выходе волокна восстанавливают свою первоначальную поляризацию, которая регистрируется посредством делительной поляризационной призмы и делительного зеркала и приемника. Если в эксперименте используется только одно. ОВФ-зеркало, что поляризация на приемнике восстанавливается только частично. Для полного восстановления поляризации подбирают соответствующие размеры зрачков диафрагм.

Недостаток такого устройства заключается в том, что оно обеспечивает передачу только той поляризации, которая задается источником света, и любое возмущение ОВФ-пучка приводит к значительным искажениям первоначальной поляризации.

Цель изобретения -уменьшение помех при передаче поляризованного оптического излучения за счет снижения искажений поляризации.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 когерентного оптического излучения, входной светоделитель 2 оптического пучка, элемент ввода излучения, содержащий микрообъектив 3 и диафрагму 4, отрезок многомодового волоконного световода 5, элемент вывода излучения, содержащий микрообъектив б и диафрагму 7, первый 8 и второй 9 полупрозрачные светоделители, два оптических канала обращения волнового фронта, один из которых содержит расположенные по ходу луча поляризационный светоделитель 10, входное глухое зеркало 11, фоторефрактивный кристалл 12, модулятор 13 оптического излучения по поляризации, и выходное глухое зеркало 14, а второй канал состоит из поляризационного светоделителя 15, входного глухого зеркала 16, фоторефрактивно- го кристалла 17, модулятора 18 оптического излучения по поляризации и выходного глухого зеркала 19. Модуляторы 13 и 18 через источник 20 тока и устройство 21 управления электрически связаны между собой. Прием излучения осуществляется фотоприемным узлом 22. Многомодовый волоконный световод 5 выполнен анизотропным, причем его оси анизотропии ориентированы под углом л/А к направлению поляризации оптического излучения на его входе, а оси анизотропии модуляторов 13 и 18 установлены .параллельно осям анизотропии многомодового волоконного световода 5.

Устройство работает следующим образом.

Сигнальный когерентный световой пучок от лазерного источника 1 света посредством микрообъектива 3 и диафрагмы 4

вводится в волоконный световод 5 с выделенными осями анизотропии Yi, Xi.Анизотропия в волокне может создаваться либо за счет деформации кругового поперечного сечения в эллиптическое поперечное сечение,

либо за счет оптической анизотропии материала сердцевины. В таком волокне возбуж- даются мрдовые группы с преимущественными поляризациями вдоль собственных осей анизотропии. Эти модовые группы имеют различные постоянные распространения (модовая дисперсия), вследствие чего первоначально однородно поляризованный световой пучок трансформируется в частично поляризованный или,

если модовых групп достаточно много, в полностью деполяризованный. Внутри каждой j-й ортогонально поляризованной модо- вой группы возникает разность фаз д Такой частично поляризованный пучок на выходе

волокна коллимируется микрообъективом 6 в квазипараллельный пучок, который через диафрагму 7 поляризационным светоделителем 15 разделяется на два пучка, поляризованных вдоль осей Y и X соответственно. Далее каждый из пучков разделяется первым 8 и вторым 9 делителями на сигнальный и опорный пучки, которые, отразившись от глухих зеркал 11 и 16, смешиваются на фоторефрактивных кристаллах 12 и 17.

Оптические оси с кристаллов ориентируют параллельно поляризациям соответствующих пучков. Считывающие пучки формируются выходными глухими зеркалами 11 и 19. Установленные между кристаллом 12 и зеркалом 14 и между кристаллом 17 и зеркалом 19 поляризационные модуляторы 13 и 18 соответственно управляются блоками 20 и 21. При прохождении через поляризационный модулятор каждая из поляризаций X и Y получает соответствующий фазовый сдвиг т/V , i/v который приобретают и пучки с ОВФ, распространяющиеся в обратном направлении. На поляризационном светоделителе 15 эти пучки с возмущен- ными ортогональными поляризациями вновь смешиваются и посредством микрообъектива 6 возбуждают анизотропный во- локонный световод 5. Поскольку постоянный фазовый сдвиг не формирует структуру собственных мод анизотропной среды, на входе волокна возбуждаются самосопряженные ортогонально поляризованные медовые группы с фазовыми

множителями е и Эти модовые группы с ОВФ при обратном распространении компенсируют дисперсионную разность фаз 5j так что на выходном торце остаются некомпенсированными только

е и е фазовые множители, общие для всех мод. Приемник 22 через входной светоделитель 2 и поляризованный светоделитель 10 регистрирует заданное, модуляторами 13 и 18 состояние поляризации.

Если требуется передать два независимых сообщения, то каждый из модуляторов 13 и 18 посредством блока 21 управления программирует на свое сообщение. Тогда на выходе волокна поляризационным светоделителем 10 и входным светоделителем 2 осуществляются поляризационное разделение излучения и независимый его прием устройством 22.

Если требуется модулировать направление плоскости поляризации поля на выходе волокна, то вместо поляризационных модуляторов 13 и 18 устанавливаются ячейки с управляемым фотопоглощением, скажем с еа и

соответственно. Тогда на .

oL

выходе волокна образуется сигнал (е) с углом наклона плоскости поляризации tg р е(«Оценка перекрестных полей, возникающих при передаче поляризованного света, показывает, что статистический шум, степень поляризации и величина перекрестных полей тем ниже, чем выше анизотропия оптического волокна, и отсутствуют при соблюдении условия коллинеарности осей анизотропии возмущающих модуляторов и оси анизотропии волокна.

Пример. Чтобы на фоторефрактивном кристалле имело место обращение волнового фронта пучка, необходимо выполнение требования высокой когерентности транслируемого излучения, а длина волны этого

излучения соответствовала рабочим квантовым переходам кристалла. Поэтому рабочая длина волны лазерного источника подбирается исходя из требования малого спектрального поглощения оптического волокна

и высокого коэффициента отражения ОВФ- пучка на данном кристалле.

Источником квазимонохроматического света служит Не- Ne-лазер типа Л Г-72, работающий в режиме генерации одной продольной моды с временем когерентности излучения гк 0,3 10 с и рабочей длиной волны Я 0,63 мкм со средней мощностью 8 мВт. Для поляризационных светоделителей 10 и 15 выбираются призмы Волластона.

Опытным образцом выбрано оптическое волокно с эллиптическим поперечным сечением, с относительным показателем преломления А.0,01, волноводным параметром ,8, с отношением полуосей

рх//Эу 0,9. Степень поляризации света; прошедшего волокно, при возбуждении 20х микрообъективом и ориентацией плоскости поляризации под углом 45° к осям волокна составляет р 0,061. Волокно длиной 55

м наматывается равномерно без скрутки на барабан диаметром 10 см; Излучение вводится и выводится из волокна 20х просветленными микрообъективами 3,6. В качестве фоторефрактивных кристаллов 12 и 17выбираются кристаллы BiTi02oc коэффициентом отражения О В Ф-пучка, поляризованного вдоль оси С, ,11.

Для поляризационных модуляторов 12 и 18 используются электрооптические кристаллы KNbOa с постоянно приложенным напряжением, величину которого можно изменять устройством 21 управления. Углы схождения сигнального и опорного пучков 01 и 02 на кристаллах подбираются исходя из условия максимальности коэффициента отражения ОВФ и равняются 0|-.02 29°, а также выставляется параллельность осей в анизотропии волоконного световода 5 Yi. Xi, осей полупрозрачного

зеркала 15-Y4, Х4, осей модуляторов Y2, Х2 и УЗ и Хз и параллельность оси Ci и оси Y4 и оси С2 и оси Х2 с точностью 0,5°. Для возбуждения волокна с ориентацией плоскости поляризации под углом Jr/4 к осям волокна

оси поляризационной призмы Yo, Хо ориентируются под углом 45° к осям Yi, XL Плоскость поляризации лазерного излучения

eo//Y 0.

Таким образом, поляризованное

излучение лазера возбуждает в волокне Y и X группы мод, которые на длине волокна практически полностью деполяризуют излу- чение. На выходе волокна эти группы мод разделяются на два ортогонально поляризованных потока. На кристаллах происходит ОВФ при четырехпучковом смещении и модуляции поляризаций X и Y. Далее поток распределяется в обратном направлении по волокну и, разделившись на поляризационном светоделителе 10, регистрируется фотодиодом и цифровыми вольтметрами.

Устройство обеспечивает снижение ис- кажений поляризации модулированного излучения и обеспечивает возможность передачи информации через дисперсионные среды. Кроме того, устройство обеспечивает передачу поляризованного света и через волокна, обладающие оптической анизотропией показателя преломления материала сердцевины волокна.

Формула изобретения Устройство для передачи поляризован- ного оптического излучения, содержащее последовательно расположенные источник когерентного поляризованного оптического

излучения, входной и первый поляризационный светоделители оптического пучка, элемент ввода излучения, отрезок многомо- дового волоконного световода, элемент вывода излучения, второй поляризационный светоделитель оптического пучка, два оптических канала обращения волнового фронта, каждый из которых включает полупрозрачный светоделитель, фотореф- рактивный кристалл, входное и выходное глухие зеркала, а также фотоприемный узел, отличающееся тем, что, с целью уменьшения помех при передаче поляризованного оптического излучения за счет снижения искажений поляризации, дополнительно между фоторефрактивными кристаллами и выходными глухими зеркалами введены электрически связанные между собой модуляторы оптического излучения по поляризации, многомодовый волоконный световод выполнен анизотропным, его оси анизотропии ориентированы под углом я /4 к направлению поляризации оптического излучения на его входе, а оси анизотропии модуляторов установлены параллельно осям анизотропии многомодо- вого волоконного световода.

Изобретение касается волоконной оптики и может быть использовано для передачи информации через диспергирующие среды. Цель изобретения - уменьшение помех при передаче поляризованного оптического излучения за счет снижения искажений поляризации. Устройство содержит последовательно расположенные источник когерентного поляризованного оптического излучения, входной светоделитель и первый поляризационный светоделитель оптического пучка, элемент ввода излучения, отрезок многомодового волоконного световода, элемент вывода излучения, второй поляризационный светоделитель, два оптических канала обращения волнового фронта и фотоприемный узел. Каждый из каналов включает полупрозрачный светоделитель, фоторефрактивный кристалл, входное и выходное глухие зеркала, причем между фоторефрактивными кристаллами и выходными глухими зеркалами введены электрически связанные между собой модуляторы оптического излучения по поляризации. Многомодовый волоконный световод выполнен анизотропным, его оси анизотропии ориентированы под угломтг/4 к направлению поляризации оптического излучения на его входе, а оси анизотропии модуляторов установлены параллельно осям анизотропии световода. 1 ил. (/ G