Оптический вентиль Советский патент 1993 года по МПК G02F3/00 

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано как элемент оптической развязки и оптической схе- мотехники, в первую очередь, в волоконной оптике для защиты полупроводникового лазера от обратного излучения, т.е. излучения, распространяющегося по оптическому тракту в направлении, противоположном направлению распространения излучения лазера.

Целью изобретения является повышение технологичности сборки и снижение прямых потерь,

Функциональная схема оптического тракта оптического вентиля приведена на фиг. 1, где приняты следующие обозначения: лазер 1, первая линза 2, фарадеевский

ротатор 3, вторая линза 4, анализатор 5, второй световод 6 (на фиг. 1 условно в качестве первой линзы 2 изображена шаровая линза, а в качестве второй линзы 4 - градиентная стержневая линза). Лазер 1, первая линза 2, фарадеевский ротатор 3, вторая линза 4, анализатор 5 и второй световод 6 расположены на оптической оси последовательно друг за другом.

Функциональная схема оптического вентиля приведена на фиг. 1, где приняты следующие обозначения: корпус 7 источника оптического излучения (лазера), первый магнитный шунт 8, кольцевой магнит 9, крр- пус 10, узел крепления световода 11, кольцевой выступ 12, второй магнитный шунт 13. Лазер 1, закрепленный в корпусе лазера 7,

00

о

$

ю

вторая линза 2, фарадеевский ротатор 3, вторая линза 4, анализатор 5 и узел крепления световода расположены на оптической оси последовательно друг за другом. Фарадеевский ротатор 3 помещен в поле, создаваемое магнитной системой. Магнитная система представляет собой совокупность первого магнитного шунта 8, кольцевого магнита 9 и второго магнитного шунта 13. В корпусе 10 расположены на оптической оси последовательно друг за другом фарадеевский ротатор 3, вторая линза 4 и анализатор 5 в центральном отверстии корпуса 10. Центральное отверстие корпуса 10 у второго торца снабжено кольцевым выступом 12. Узел крепления световода 11 закреплен на втором торце корпуса 10 (на фиг. 2 второй торец корпуса 10 не показан).

Оптический вентиль работает следующим образом. Оптическое излучение с линейной поляризацией выходит из лазера 1 в виде расходящегося пучка. Первая линза 2 превращает этот пучок в плоско-параллельный, который проходит через фарадеевский ротатор 3, где плоскость поляризации оптического излучения вследствие магнитооптического эффекта Фарадея поворачивается на 45°, после чего оптическое излучение проходит через вторую линзу 4, в которой оптическое излучение превращается в сходящийся пучок (для того, чтобы оно вошло во второй световод 6 с минимальными потерями). После второй линзы 4 оптическое излучение проходит через анализатор 5, который выполнен и установлен таким образом, что оптическое излучение проходит через него почти без потерь. Затем оптическое излучение входит во второй световод 6. Оптическое излучение, отраженное от элементов оптического тракта оптической схемы и распространяющееся в обратном направлении, при выходе из световода 6 становится расходящимся. Излучение, распространяющееся в обратном направлении при прохождении через анализатор 5, распадается на два луча-обыкновенный и необыкновенный. Необыкновенный луч отклоняется отоптической оси и не попадает в лазер 1. Обыкновенный луч после прохождения через вторую линзу 4 проходит через фарадеевский ротатор 3, где его плоскость поляризации поворачивается на 45° и становится перпендикулярной плоскости поляризации генерируемого лазером 1 оптического излучения. Вследствие того, что плоскость поляризации обратного излучения будет иметь плоскость поляризации, перпендикулярную плоскости поляризации выходящего из первого световода 1, обратное излучение будет очень слабо влиять на процесс генерации полупроводникового лазера, излучение которого входит в оптический вентиль с помощью первого световода 1.

Конструктивная реализация заявляемого оптического вентиля не вызывает затруднений. Если оптический вентиль предназначен для защиты одномодового одночастотного полупроводникового лазера от обратного излучения, то целесообразно в качестве

первой линзы 2 использовать шаровую линзу. Вторая линза 4 может быть выполнена, например, в виде градиентной стержневой линзы. Корпус 10 может быть выполнен в виде (фиг. 3) цилиндра с центральным отверстием 14, снабженным у второго торца кольцевым выступом 12 и кольцевой канавкой 15. Корпус 10 может быть снабжен фланцами 16 и 17, причем к фланцу 16 может быть закреплен (фиг. 4) первый магнитный шунт 8 (в этом

случае первый магнитный шунт 8 фиксирует кольцевой магнит 9 в кольцевой канавке 15 корпуса 10), а к фланцу 17 может быть закреплен узел крепления световода 11. Первая линза 2 может быть закреплена в

центральном отверстии первого магнитного шунта 8, либо в оправе из немагнитного материала, которая, в свою очередь, может быть закреплена в центральном отверстии первого магнитного шунта 8. В центральном

отверстии корпуса 10 размещены фарадеевский ротатор 3, вторая линза 4 и анализатор 5. В кольцевой канавке 15 размещены кольцевой магнит 9 и второй магнитный шунт 13. Корпус 7 лазера 1 может быть закреплен к

первому магнитному шунту 8.

Технико-экономическая эффективность заявляемого технического решения по сравнению с прототипом заключается в повышении потребительских свойств оптического

вентиля, а именно: повышении технологичности сборки, снижении прямых потерь и повышении степени подавления обратного излучения. Выполнение магнитной системы в виде совокупности кольцевого магнита и

двух магнитных шунтов, выполненных в виде шайб с центральным отверстием, причем размер центрального отверстия в первом магнитном шунте меньше центрального отверстия во втором магнитном шунте, создает градиент магнитного поля вдоль оптической оси, вследствие чего появляется действующая на фарадеевский ротатор сила, направление которой совпадает с оптической осью. При этом фарадеевский

ротатор прижимается ко второй линзе, которая прижимается к анализатору, который, в свою очередь, прижимается к кольцевому выступу, расположенному у второго торца корпуса. При этом отпадает необходимость в использовании какой-нибудь прижимной

шайбы, упирающейся в первый торец фара- Деевского ротатора, вследствие чего повышается технологичность сборки (достаточно в центральное отверстие корпуса последовательно ввести анализатор, вторую линзу и фарадеевский ротатор) и снижаются прямые потери (так как отсутствует прижимная файба, то входная апертура фарадеевского ротатора ничем не затеняется). Использование анализатора из рутила позволяет увеличить степень подавления обратного излучения, так как рутил имеет большую разницу показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей по сравнению с другими материалами, применяемыми для Изготовления поляризаторов, в результате Чего увеличивается угол отклонения обратного луча от оптической оси.

Формула изобретения 1. Оптический вентиль, содержащий первую линзу, установленные последовательно по оптической оси и расположенные 1 23

и

в центральном канале корпуса фарадеевский ротатор, вторую линзу, анализатор, и световод, закрепленный на выходном торце корпуса, а также магнитную систему, о т л и5 чающийся тем, что, с целью повышения технологичности сборки, снижения прямых потерь, в канале корпуса со стороны анализатора выполнены кольцевые уступы для упора анализатора, магнитная система вы10 полнена в виде кольцевого магнита с двумя магнитными шунтами, расположенными по торцам корпуса, причем размер центрального отверстия в первом магнитном шунте, установленном со стороны, входного торца

15 корпуса, меньше размера центрального отверстия во втором магнитном шунте, установленном со стороны выходного торца корпуса.

2. Вентиль по п. 1,отличающийся 20 тем, что, с целью увеличения степени подавления обратного излучения, анализатор выполнен из рутила.

456

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано как элемент оптической развязки и оптической схе- мотехники, в первую очередь в волоконной оптике для защиты полупроводникового лазера от обратного излучения, т.е. излучения, распространяющегося по оптическому тракту в направлении, противоположном направлению распространения излучения лазера. Сущность: оптический вентиль содержит корпус, магнитную систему и последовательно расположенные на оптической оси первую линзу - фарадеевский ротатор, вторую линзу - анализатор и закрепленный на втором торце корпуса узел крепления световода. При этом центральное отверстие корпуса снабжено у второго торца корпуса кольцевым выступом, магнитная система выполнена в виде кольцевого магнита с двумя магнитными шунтами, выполненными в виде шайб с центральным отверстием, причем размер центрального отверстия в первом магнитном шунте меньше размера центрального отверстия во втором магнитном шунте, а анализатор выполнен из рутила. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. СП с

. i

.г

Фш. Ъ