Волоконно-оптический ответвитель

 

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 соо-Сношению. 2 з п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 02 В 6/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4821476/10 (22) 15.03,90 (46) 07.08,92. Бюл. ¹ 29 (71) Ленинградское отделение Центрального научно-исследовательского института связи и Кооператив "Яблоко" Обьединения

"Азимут" (72) M,À.Áóõøòàá и Д,Д.Толстой (56) 1, Proc. Soc. Photo-Opt, Instrum, Eng., 1986, № 722, р. 53-58, 2. Opt, Eng., 1988, н. 27, ¹ 11, р. 978 — 984, (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ

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 волоконнооптический 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 пластико>5U,, 1753441 А1

{57) 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!изгиба основного световода удовлетворяют приведенному соотношению. 2 з.п. ф-лы, 3 ил, вый 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, сойрикасающейся с с оболочкой основного световода, область (Я соприкосновения световодов"залита твер- (Ъ деющей полимерной композицией, выравнивающей показатели преломления оболочки основного и сердцевины ответв° вВ ляющего светодиодов (21, Недостатками .известного ответвителя являются потери примерно половины пото- д ка излучения, распространяющегося в оптической ветви основного световода, и отсутствие помехозащищенности основной оптической ветви от перехода в нее излучения, распространяющегося в обратном направлении по ответвляющему световоду.

Целью изобретения является уменьшение оптических потерь в основном световоде, 1753441

10 ем .сердцевины ответвляющего световода вокруг выводящего изгиба основного дости15, гается возможность ответвления излучения в

25

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 ответв.ляющего, соприкасающегося . оголенной частью его сердцевины с основным, при этом область соприкосновения ветвей ответвителФ эаполнена прозрачной твердеющей кбмпозицией, ответвляющий волоконный световод изогнут с тем же знаitoM кривизны„что и основной, в качестве основйого световода использован световод с нарушенным защитнь,4 покрытием, показатель преломления которого больше, чем у оболочки этого световода, радиус и длина дуги изгиба основного световода выбраны из соотнгшения,и (R) . I K, где! — длина дуги изгиба основного световода; р (R) — оптические потери на единицу длины дуги изгиба радиуса R; К вЂ” допустимые оптические потери в основной ветви ответвителя.

С целью повышения помехозащищенности за счет придания ответвителю свойства необратимости ответвлен-ия, т.е. обеспечения передачи излучения из основного световода в ответвляющий и устранения передачи излучения, в ответвитеhe показатель преломления твердеющей композиции пк меньше. чем показатель преломления материала сердцевины ответвляющего световода п, Диаметр сердцевины отвЕтвляющего световода do близок и равен диаметру защитного покрытия основного световода D.

B 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 излучения 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 работоспособ40

55 ности 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, расположениодну и в другую (противоположную) сторону из выводящего изгиба, поэтому могут быть образованы как трехпортовые, так и четырехпортовые 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,3 — поперечное сечение ответвителя симметричной плоскостью, проходящей через область касания световодов, а также профили показателя преломления световодов и полимерной композиции.

На фиг.1-3 обозначены no — показатель преломления оболочки основного световода; и, — показатель преломления защитного покрытия основного световода; r - радиус дуги изгиба ответвляющего световода; А, В— точки закрепления основного световода на подложке; Е, D — точки закрепления ответвляющего световода на подложке; С вЂ” область соприкосновения световодов, плоскопараллельная пластина 1, пластина 2 из кварцевого стекла, цилиндр 3 из кварцевого стекла, основной световод 4; эпоксидн ый клей 5, ответвля ю щий световод 6,. 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 кварцевого стекла толщиной 0,8 мм. На поверхность пластины 2 при помощи эпоксидного клея прикреплен цилиндр 3 из квар 1753441 цевого стекла, радиус которого 7 мм, а высота 2 мм. Основной волоконный световод

4 — градиентный многомодовый с эпоксиакрилатным 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 dp = 0,25 мм и показателем преломления сердцевины и, - 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 тбчке С

Ответвляющий ОВС 6 прикреплен к пластине 1 в точках О и Е эпоксидным клеем 5.

Область касания светаводов и весь oroленный 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 кварцкварц с полиамидным защитным покрытием, диаметр которого 0 = 0,3 мм, а показатель преломления 1,56, изогнут по дуге длиной! 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 dp = 0,25 мм, показателем преломления сердцевины пс = 1,46, часть покрытия (15 мм) которого удалена, изогнут в плоскости поверхности пластины 2 по радиусу

r =. 12 мм и касается основного QBC в точке

С. Ответвляющий ОВС прикреплен к пластине 1 эпоксидным клеем 5 в точках Д и Е.

Область касания световодов и весь оголен- 50 ный участок ответвляющего ОВС 6 залиты смесью мономеров CKTB-10 и отвердителя

К-18 в соотношении 95:5. Показатель преломления этой композиции пк = 1,400, Основные параметры ответвителя. коэф- 55 фициент ответвления 25 дБ, потери, в основном ОВ 0,4 дБ, развязка по обратному переходу света более 60 дБ;

Изготовление ответвителя осуществля- ется следующим образом.

Склееные между собой при помощи эпоксидного клея текстолитовая или гетинаксовая пластина 1, кварцевая пластина 2. и кварцевый цилиндр 3 представляют собой подложку; на которой закрепляются оба

ОВС. Основной ОВС 4 изгибается по радиусу, заданному цилйндром 3, а на концах основного ОВС помещаются источник 9 излучения и фотоприемник 10. Исходя из показаний фотоприемника, изгиб основного

08С 4 осуществляется таким образом, что оптические потери в OBC 4 не превышают заданную величину. После того, как это условие выполнено; осйовной ОВС закрепляется на подложке 2 в точках А и B эпоксидным клеем. После окойчательного затвердевания клея 5 подложку с закрепленным основным ОВС помещают на специальный столик 11, который может двигаться поступательно при помощи микрометриче- ского винта 12, а также вращаться вокруг оси, проходящей через центр цилийдра 3, при помощи винта 13. В неподвижной опоре столика 11 имеются две стойки с держателями 14, к которйм прйкреплены две пружины 15 и два зажима 16. Держатели 14 могут перемещаться при помощи микрометрических винтов 17 вверх-вниз (перпендикулярно плоскости чертежа), Ответвляющий

OBC 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 17 ответвляющий 0ВС 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 источникамй излучения, которые могут включаться как вместе, так и попеременно. . После этого йри помощи винта 12 осуществляется поступательное движение столика

11,.вследствие чего ответвляющий ОВС 6 изгибается, а пружины 15 растягиваются (фиг.26).

Вращением винтов 12 и 13 добиваются соответствия параметров ответвителя заданным, т,е. симметричности ответвителя (одинаковые коэффициенты ответвления в направлениях 9-19 и 10--18), а также необ ходимых значений коэффицйентов ответвления. После этого, область касания ./ волокон, а также весь оголенный участок 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

1753441 A C

no(nn о 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

OBC ответвителя позволяют использовать

era 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, о т л и ч а ю щ и й5 с я тем, что, с целью уменьшения оптических потерь, основной волоконный световод выполнен с защитным покрытием, показатель преломления которого больше, чем показатель преломления его оболочки, 10 при этом радиус 8 и длина дуги изгиба основного световода удовлетворяют соотношению (1;и (R) К, где,и (R) — оптические потери на единицу длины дуги изгиба; К— допустимые оптические потери в основной

15 ветви ответвителя.

2. Ответвитель Ro п.1, о т л и ч а ю щ.и йс я тем, что, с целью повышения помехоза.щищенности, показатель преломления твердеющей композиции п< и показатель

20 преломления материала сердцевины и< ответвляющего волоконного световода удовлетворяют условию nK < пс.

3. Ответвитель по пп.1 и 2, о т л и ч à юшийся тем, что ответвляющий волокон25 ный световод выполнен с диаметром сердцевины do, а основной волоконный световод — с диаметром защитного покрытия Э, при этом do О, 1753441

12

1Ц

Фиг.2

Составитель Д.Толстой

Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец

Редактор И.Шмакова

Заказ 2767 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретейиям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

П роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101