Волоконно-оптический ответвитель Советский патент 1992 года по МПК G02B6/26 

Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано при изготовлении компонентов волоконно-оптических систем: в оптических линиях связи и передачи информации и в устройствах измерения их оптических характеристик.

Известен асимметричный волоконно- оптический ответвитель для локальной оптической сети, представляющий собой кварц-полимерное волокно с сердцевиной диаметром 112 мкм, обмотанное вокруг более толстого кварц-полимерного волокна с сердцевиной диаметром 200 мкм, в месте их контакта удалена полимерная оболочка на длине 3 см 1.

Недостатками этого ответвителя являются высокие потери излучения в основной ветви ответвителя, вызванные удалением полимерной оболочки световодов, и относительно невысокий коэффициент ответвления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пластиковый волоконно-оптический ответвитель, выполненный в виде изогнутого основного световода, в котором моды сердцевины переходят в моды оболочки, и прямого ответвляющего световода с оголенной частью своей сердцевины, соприкасающейся с оболочкой основного световода, область соприкосновения световодов залита твердеющей полимерной композицией, выравнивающей показатели преломления оболочки основного и сердцевины ответви ляющего светодиодов 2,

Недостатками известного ответвителя являются потери примерно половины потока излучения, распространяющегося в оптической ветви основного световода, и отсутствие помехозащищенности основной оптической ветри от перехода в нее излучения, распространяющегося в обратном направлении по ответвляющему световоду.

Целью изобретения является уменьшение оптических потерь в основном световоде.

Ч|

сл

СО 4

Поставленная цель достигается тем, что в волоконно-оптическом ответвителе, состоящем из двух оптических ветвей, выполненных в виде опирающихся на общее основание и соприкасающихся волоконных световодов - изогнутого основного световода, образующего основную ветвь, и ответвляющего, соприкасающегося оголенной частью его сердцевины с основным, при этом область соприкосновения ветвей от- ветвителй заполнена прозрачной твердеющей композицией, ответвляющий волоконный световод изогнут с тем же зна- кривизны, что и основной, в качестве основного световода использован световод с нарушенным защитна,л покрытием, показатель преломления которого больше, чем у оболочки этого световода, радиус и длина дуги изгиба основного световода выбраны из соотнгшения ц (R) I К, где I - длина дуги изгиба основного световода; /г (R) - оптические потери на единицу длины дуги изгиба радиуса R; К - допустимые оптические потери в основной ветви ответвителя.

С целью повышения помехозащищенности за счет придания ответвителю свойства необратимости ответвления, т.е. обеспечения передачи излучения из основного световода в ответвляющий и устранения передачи излучения, в ответвителе показатель преломления твердеющей композиции Пк меньше, чем показатель преломления материала сердцевины ответвляющего световода пс.

Диаметр сердцевины ответвляющего световода do близок и равен диаметру защитного покрытия основного световода D.

В предлагаемом волоконно-оптическом ответвителе созданы условия для беспрепятственного и наиболее эффективного перехода излучения из изгиба основного световода в ответвляющий и условия, в то же время, практически полностью препятствующие обратному переходу излучения из ответвляющего световода в основной, за счет создания положительного градиента показателя преломления при переходе излучения из сердцевины основного световода в его оболочку и затем в покрытие и отрицательного градиента при направлении излучений из сердцевины ответвляющего световода. При этом потери излучения в основном световоде могут быть сведены к любому, практически допустимому минимуму, обеспечивающему ответвления такой части излучения, которая необходима и достаточна для поддержания работоспособности ответвляющей ветви. Кроме того, получение достаточно высокого коэффициента ответвления достигается не за счет увеличения количества выводимого из основного

световода излучения и вызванного таким увеличением возрастания потерь в основной ветви, а за счет наиболее эффективного сбора ответвляющим световодом выходящего под разными углами излучения из основного световода и удержания этого излучения внутри сердцевины ответвляющего световода. Кроме того, расположением сердцевины ответвляющего световода вокруг выводящего изгиба основного достигается возможность ответвления излучения в одну и в другую (противоположную) сторону из выводящего изгиба, поэтому могут быть образованы как трехпортовые, так и четы- рехпортовые ответвители, которые в свою

очередь могут быть симметричными и асимметричными в зависимости от размеров областей соприкосновения по разные стороны общей оси симметрии выводящего изгиба. На фиг.1 схематично показан ответвитель, вид сверху; на фиг.2 - основные стадии процесса изготовления ответвителя; на фиг.З - поперечное сечение ответвителя симметричной плоскостью, проходящей через область касания световодов, а также

профили показателя преломления световодов и полимерной композиции.

На фиг.1-3 обозначены по- показатель преломления оболочки основного световода; пп - показатель преломления защитного

покрытия основного световода; г - радиус дуги изгиба ответвляющего световода; А, В - точки закрепления основного световода на подложке; Е, D -точки закрепления ответвляющего световода на подложке; С - область соприкосновения световодов, плоскопараллельная пластина 1, пластина 2 из кварцевого стекла, цилиндр 3 из кварцевого стекла; основной световод 4; эпоксидный клей 5, ответвляющий световод б,защитное покрытие 7 основного световода, полимерная композиция 8, источник 9 излучения, фотоприемник 10, специальный столик 11, микрометрический винт 12, винт 13, держатели 14, пружины 15, зажимы 16, ориентирующие винты 17, фотоприемники 18 и 19 ответвляющей ветви.

Волоконно-оптический ответвитель выполнен следующим образом.

На плоскопараллельной пластине 1 из

гетинакса или текстолита при помощи эпоксидного клея укреплена пластина 2 из квар- цевого стекла толщиной 0,8 мм. На поверхность пластины 2 при помощи эпоксидного клея прикреплен цилиндр 3 из кварцевого стекла, радиус которого 7 мм, а высота 2 мм. Основной волоконный световод 4 - градиентный многомодовый с эпоксиак- рилатным покрытием, диаметр которого D 0,25 мм, а показатель преломления 1,52, изогнут по дуге длиной I радиуса R 7 мм вдоль образующей цилиндра 3 и прикреплен к пластине 2 в точках А и В эпоксидным клеем 5. Ответвляющий оптический волоконный световод (ОВС) 6 типа кварц-полимер с диаметром сердцевины do 0,25 мм и показателем преломления сердцевины пс 1,46, часть (25 мм) покрытия которого удалена изогнуто в плоскости поверхности пластины 2 по дуге радиуса г 14 мм и касается основного ОВС в точке С. Ответвляющий ОВС 6 прикреплен к пластине 1 в точках D и Е эпоксидным клеем 5. Область касания световодов и весь оголенный участок ответвляющего ОВС залиты силиконовым каучуком, отвержденным тетраэтоксисиланом 8, показатель преломления которого пк 1,401. Основные параметры ответвителя коэффициент ответвления 30 дБ, потери в основном ОВС 0,1 дБ, развязка по обратному переходу света более 60 дБ.

При другом варианте выполнения ответвителя две плоскопараллельные пластины из текстолита 1 и кварцевого стекла 2 толщиной соответственно 2 и 0,5 мм склеены эпоксидным клеем и на поверхности пластины 2 тем же клеем укреплен кварцевый цилиндр 3 радиусом 4 мм и высотой 1,5 мм. Основной ОВС-многомодовый типа кварц- кварц с полиамидным защитным покрытием, диаметр которого D 0,3 мм, а показатель преломления 1,56, изогнут по дуге длиной I радиуса R 4 мм вдоль образующей цилиндра и закреплен в точках А и В эпоксидным клеем 5 Ответвляющий ОВС 6 типа кварц-полимер с диаметром сердцевины do 0,25 мм, показателем преломления сердцевины пс 1,46, часть покрытия (15 мм) которого удалена, изогнут в плоскости поверхности пластины 2 по радиусу г 12 мм и касается основного ОВС в точке С. Ответвляющий ОВС прикреплен к пластине 1 эпоксидным клеем 5 в точках Д и Е. Область касания световодов и весь оголенный участок ответвляющего ОВС 6 залиты смесью мономеров СКТВ-10 и отвердителя К-18 в соотношении 95 5. Показатель преломления этой композиции Пк 1,400. Основные параметры ответвителя: коэффициент ответвления 25 дБ, потери в основном 0В 0,4 дБ, развязка по обратному переходу света более 60 дБ.

Изготовление ответвителя осуществляется следующим образом.

Склееные между собой при помощи эпоксидного клея текстолитовая или гети- наксовая пластина 1, кварцевая пластина 2 и кварцевый цилиндр 3 представляют собой

5 подложку, на которой закрепляются оба ОВС. Основной ОВС 4 изгибается по радиусу, заданному цилиндром 3, а на концах основного ОВС помещаются источник 9 излучения и фотоприемник 10. Исходя из по10 казаний фотоприемника, изгиб основного ОбС 4 осуществляется таким образом, что оптические потери в ОВС 4 не превышают заданную величину. После того, как это условие выполнено, основной ОВС закрепля15 ется на подложке 2 в точках А и В эпоксидным клеем. После окончательного затвердевания клея 5 подложку с закрепленным основным ОВС помещают на специальный столик 11, который может двигаться

0 поступательно при помощи микрометрического винта 12, а также вращаться вокруг оси, проходящей через центр цилиндра 3, при помощи винта 13. В неподвижной опоре столика 11 имеются две стойки с де5 ржателями 14, к которым прикреплены две пружины 15 и два зажима 16. Держатели 14 могут перемещаться при помощи микрометрических винтов 17 вверх-вниз (перпендикулярно плоскости чертежа). Ответвляющий

0 ОВС 6 типа кварц-полимер с удаленным на длине большей, чем ширина пластины 2, но меньшей, чем ширина пластины 1, защитным покрытием 7 закрепляется в зажимах 16(фиг.2а). При помощи винтов 17ответвля5 ющий ОВС ориентируется таким образом, что его оголенный участок лежит на поверхности пластины 2. Концы ответвляющего ОВС сопрягаются с фотоприемниками 18 и 19. Концы основного ОВС сопрягаются с

0 источниками излучения, которые могут включаться как вместе, так и попеременно. После этого при помощи винта 12 осуществляется поступательное движение столика 11, вследствие чего ответвляющий ОВС 6

5 изгибается, а пружины 15 растягиваются (фиг 26).

Вращением винтов 12 и 13 добиваются соответствия параметров ответвителя заданным, т.е. симметричности ответвителя

0 (одинаковые коэффициенты ответвления в направлениях 9-19 и 10-18), а также необходимых значений коэффициентов ответвления. После этого, область касания волокон, а также весь оголенный участок

5 ответвляющего ОВС заливают полимерной прозрачной композицией 8, например силиконовым каучуком с отвердителем на основе тетраэтоксисилана (п 1,401). По окончании полимеризации проверяют

соответствие параметров ответвителя, для

чего меняют местами источник света и фотоприемник в поз. 9 и 18, а также в поз. 10 и 19. Ответвляющий ОВС прикрепляется к пластине 1 в точках Д и Е при помощи эпоксидного клея 5. После затвердевания клея 5 ответвитель снимают со столика 11 и помещают в герметичный корпус с четырьмя прорезями для концов ОВС,

Малые оптические потери в основном ОВС ответвителя позволяют использовать его при контроле сигнала, идущего на большие расстояния, а необратимость позволяет избавиться от паразитных сигналов, которые могут являться помехой при высокой плотности передаваемой информации и высокой чувствительности детекторов, например, в волоконно-оптических рефлектометрах.

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический ответвитель, состоящий из двух оптических ветвей, выполненный в виде опирающихся на общее основание и соприкасающихся друг с другом волоконных световодов - изогнутого основного световода, образующего основную ветвь, и ответвляющего, соприкасающегося

оголенной частью его сердцевины с основным, при этом область соприкосновения ветвей ответвителя заполнена прозрачной твердеющей композицией, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения оптических потерь, основной волоконный световод выполнен с защитным покрытием, показатель преломления которого больше, чем показатель преломления его оболочки,

при этом радиус R и длина I дуги изгиба основного световода удовлетворяют соотношению (I jU (R) К, где /л (R) - оптические потери на единицу длины дуги изгиба; К - допустимые оптические потери в основной

ветви ответвителя.

2.Ответвитель по п. 1,отличающий с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, показатель преломления твердеющей композиции пк и показатель

преломления материала сердцевины пс ответвляющего волоконного световода удовлетворяют условию пк пс.

3.Ответвитель по пп.1 и2,отличаю- щ и и с я тем, что ответвляющий волоконный световод выполнен с диаметром сердцевины do, а основной волоконный световод - с диаметром защитного покрытия D, при этом do D.

Использование: в оптических линиях связи и в устройствах измерения их оптических характеристик. Сущность изобретения: в ответвителе, содержащем изогнутый основной световод и ответвляющий световод, соприкасающийся с основным оголенной частью сердцевины, область соприкосновения заполнена прозрачной твердеющей композицией, основной световод имеет защитное покрытие с показателем преломления, большим показателя преломления его оболочки, при этом радиус R и длина дуги I изгиба основного световода удовлетворяют приведенному со- о-Сношению. 2 з п. ф-лы, 3 ил.

ПК Пс Чо Пп

a w ,ff

0Wr J

Составитель Д.Толстой

Редактор И.ШмаковаТехред М.МоргенталКорректор М.Максимишинец

Заказ 2767ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101