Способ изготовления волоконно-оптического светоделителя и устройство для его осуществления

 

Использование: в волоконной оптике. Сущность: в способе, включающем смещение не менее двух волокон, нагрев с одновременным вытягиванием и скручиванием при обеспечении постоянного контроля параметров изготавливаемого светоделителя , нагрев волокон осуществляют путем сканирования вдоль зоны взаимодействия между волокнами лазерным излучением, сфокусированным равномерно вокруг нее. 2 сп.ф-лы, 2 ид

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4955406/33 (22) 28.06.91 (46) 15.1193 Бюл. Na 41-42 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Толев Йордан Иванов(ВО); Мешковский И.К.;

Сухоруков СК (73) Институт точной механики и оптики г.СанктПетербурга (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛОКОННООПТИЧЕСКОГО СВЕТОДЕЛИТЕЛЯ И УСТРОЙ(19) RRU U(11) 2ОО2709 С). (51) 5 С03 837 ОО

СТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: в волоконной оптике. Сущность: в способе, включающем смещение не менее двух волокон, нагрев с одновременным вытягиванием и скручиванием при обеспечении постоянного контроля параметров изготавливаемого светодели— теля, нагрев волокон осуществляют путем сканирования вдоль зоны взаимодействия между волокнами лазерным излучением, сфокусированным равномерно вокруг нее. 2 сп.ф-лы, 2 ип

2002709 метры нагревателя при изменении размера зоны плавления.

Целью изобретения являются повышение качества изготавливаемого светоделителя за счет моделирования формы эоны взаимодействия, получаемой после плавления, вытягивания и скручивания волокон с одновременным повышением технологичности.

Это достигается тем, что в способе изготовления волоконно-оптического светоделителя, включающем совмещение не менее двух волокон, нагрев с одновременным вы10

Сущность изобретения заключается в следующем, между оптическими волокнами в процессе Диаметр вытягиваемого оптического изготовления, необходимость менять пара- волокна, расплавленного в зоне с опредеИзобретение относится к волоконной оптике. Известен способ изготовления волоконно-оптического светоделителя, включающий закрепление используемых оптических волокон, снятие части оболочки посредством полирования при постоянном контроле качества обрабатываемой поверхности и ее расстояние до середины волокна, совмещение двух таких поверхностей и настройки их взаимного положения до получения требуемых параметров волоконно-оптического светоделителя и склеивание волокон, Известно устройство для изготовления волоконно-оптического светоделитя, содержащее держатель, в котором распОлагаются стеклянные блоки с обработанными вместе с ними оптическими волокнами, установленными в каналах на этих блоках, дно которых представляет собой выпуклую кривую с определенным радиусом, два микрометрических винта и пружинные опоры, позволяющие настраивать взаимное положение волокон и фиксировать зто положение во время склеивания, Недостатками известных решений являются технологическая трудность обработки оптических волокон и настраивания их взаимного положения, а также наличие клея в зоне взаимодействия между оптическими волокнами, оптические параметры которого нестабильны во времени и меняются под воздействием внешних факторов.

Известен способ изготовления волоконно-оптического светоделителя, выбранный в качестве прототипа, включающий совмещение не менее двух волокон, их нагрев в зоне соприкосновения с одновременным вытягиванием и скручиванием, при обеспечении постоянного контроля параметров изготавливаемого светоделителя.

Известно устройство для изготовления волоконно-оптического светоделителя, выбранное в качестве прототипа, содержащее расположенные на одной оси каналы для закрепления оптических волокон, установленных с возможностью синхронного перемещения в противоположные стороны параллельно указанной оси и поворота вокруг нее, блок плавления, состоящий из горелок, установленных между каналами, блок контроля параметров изготавливаемого soлоконно-оптического светоделителя, соединенные с блоком управления, Недостатком известных решений являются невозможность влиять на параметры изготавливаемого светоделителя путем моделирования формы зоны взаимодействия тягиванием и скручиванием при обеспече15 нии постоянного контроля параметров изготавливаемого светоделителя, нагрев волокон осуществляют путем сканирования вдоль зоны взаимодействия между волокнами лазерным излучением, сфокусированным в виде кольца равномерно вокруг нее.

В устройстве изготовления светоделителя, содержащем расположенные по одной оси механизмы закрепления волокон, установленные с возможностью синхронного перемещения в противоположные стороны параллельно указанной оси и поворота вокруг нее, средство нагрева волокон, размещенное между механизмами закрепления, и блок контроля параметров иэготавливаемоЗ0 го светоделителя, средство нагрева волокон выполнено в виде лазера и оптической системы. жестко закрепленной на каретке, установленной с возможностью перемещения вдоль оси, соединяющей механизмы заЗ5 крепления, и выполненной в виде оптически связанных расположенного под углом 45 к оптической оси по ходу излучения первого зеркала с центральным отверстием, зеркального конуса с углом при направленной

40 в сторону зеркала вершине 90 и установленного соосно внутри первого полого усеченного зеркального конуса с вершиной направленной в противоположную сторону, второго зеркала с центральным отверстием, расположенного по ходу излучения за первым зеркалом и перпендикулярно его плоскости, зеркального объектива с центральным отверстием и второго усеченного конуса с центральным отверстием и

50 углом при направленной в сторону второго зеркала вершине 135 С и расположенного по оптической оси, совмещенной на участке между зеркальным объективом и вторым полым усеченным конусом с осью размещения

55 механизмов закрепления волокон.

2002709

D(Z) = Dt(+ ) 7 ), 5

35

45

50 ленным размером, изменяется по параболическому закону и описывается формулой где Z —.текущая координата профиля; Dt— диаметр минимального размера профиля; у- постоянная для данного параболического профиля, зависящая от размера зоны плавления ЬЕ и длины растяжения I.

При заданных размерах зоны плавления Ы и длины растяжения параметр у изменяется по определенному закону, в процессе растяжения и при завершении этого процесса имеет определенную величину, Если в процессе вытягивания оптического волокна есть возможность менять размер зоны плавления AZ то и параметр у формируется с учетом этого изменения и при завершении этого процесса получают форму профиля, соответствующую полученному параметру профиля у.

Механизм формирования профиля зоны взаимодействия в волоконно-оптическом светоделителе аналогичен вышеуказанному. При вытягивании расплавленных в зоне соприкосновения оптических волокон их сердцевины теряют в большой степени свои проводящие свойства, а волокна — свою индивидуальность. Полученная таким образом, структура представляет собой вол новод сложной формы, сердцевина которого имеет показатель преломления оболочки используемых волокон, а оболочка имеет показатель преломления окружающей среды. Механизм перераспределения оптических полей в этой структуре связан с интерференцией мод, возбуждаемых в ней, и зависит от ее формы, которая оказывает влияние на качество изготавливаемого волоконно-оптического светоделителя, а именно на потери и на температурную стабильностьь.

Формирование размера эоны плавления hZ и его изменение в процессе изготовления волоконно-оптического светоделителя осуществляется посредством сканирования по зоне соприкосновения оптических волокон зоной локального плавления с размером д2 . Зона локального плавления dZ формируется лазерны л излучением, фокусируемым оптической системой. Для обеспечения равномерного нагрева расплавляемых волокон поперечное сечение лазерного пучка преобразуется посредством конусных зеркал в кольцо. При помощи двух плоских зеркал преобразованное таким образом лазерное излучение направляется на зеркальный обьектив и при помощи зеркального конуса пересекает оптическую ось, по которой проходят расплавляемые волокна. формирует на их поверхности зону локального плавления и фокусируется в виде кольца вокруг зоны соприкосновения этих волокон, Изменение расстояния между зеркальным обьектовом и зеркальным конусом, дает возможность изменять размер зоны lloKBllbHOIO плавления и подобрать оптимальную для данного типа волокон плотность мощности лазерного излучения.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для изготовления волоконнооптического светоделителя; на фиг. 2— оптическая система.

Устройство содержит механизмы 2 и 3 закрепления волокон, расположенные на одной оси и установленные с возможностью синхронного перемещения в противоположные стороны параллельно указанной оси, осуществляемого с помошью винта с нарезанными на ней правой и левой резьбой, поворот вокруг этой оси осуществляется с помощью редуктора и электродвигателя, блок 3 контроля параметров изготавливаемого светоделителя, средство 4 нагрева волокон, выполненное в виде лазера 5 и оптической системы 6, жестко закрепленной на каретке, и блок 8 управления механизмами закрепления l1 кареткой, Каретка 7 расположена между механизмами

1 и 2 и направление ее движения совпадает с направлением оси, соединяющей эти механизмы. Направление излучения лазера 6 совпадает с направлением оси. соединяющей механизмы 1 и 2. Оптическая система

6, жестко закрепленная на каретке 1, выполнена в виде расположенных по ходу излучения лазера 5, первого зеркала 9 с централ ьн ым отверстием, располо>кен ного под углом 45 к оптической оси зеркального о конуса 10 с.углом при вершине 90О, а вершина направлена в сторону первого зеркала 9, установленного внутри полого усеченного зеркального конуса 11 с углом при вершине

90 и соосно с ним, причем вершины конусов направлены в противоположные стороны, второе зеркало 12 с центральным отверстием, расположенное под углом 45 к оптической оси и по ходу излучения эа первым зеркалом 9. зеркальный обьектив 13 с центральным отверстием, усеченный зеркальный конус 14 с центральным отверстием с угло л при вершина 135, вершина которого направлена в сторону второго зеркала 12 и расположена на оптической оси, совмещенной на участке между зеркальным обьективом 13 и зеркальным конусом 14 с

2002709

40

45 расположенного под углом 45 к оптиче50 о

55 вым зеркалом и перпендикулярно к его плоскости, зеркального обьектива с центральным отверстием и второго усеченного конуса с центральным отверстием и углом при направленной в сторону второго зеркала вершине 135 и расположенного на осью, на которой расположены механизмы

1 и 2.

Способ осуществляется следующим образом.

Оптические волокна, используемые для изготовления волоконно-оптического светоделителя, закрепляются в механизмы 1 и 2 такимобразом, чтобы между ними формировалась зона соприкосновения, совпадающая с осью, на которой они расположены.

Излучение лазера 5, поперечное сечение которого преобразовано зеркальными конусами 10 и 11 в кольцо, направляется посредством зеркал 9 и 12 на зеркальный объектив 13, который с помощью зеркального конуса 14 формирует на поверхности этой зоны зону локального плавления, фокусирует ее вокруг зоны соприкосновения волокон.

Перемещение эоны локального плавления по зоне взаимного соприкосновения волокон, осуществляемое посредством сканирования оптической системой 6, жестко закрепленной на каретке 7 вдоль оси, соединяющей механизмы 1 и 2, вытягивание расплавляемых волокон посредством синхронного перемещения в противоположные стороны механизмов 1 и 2 вдоль соединяющей их оси и последующее скручивание расплавляемых волокон посредством синхронного поворота каналов 1 и 2 в противоположные стороны вокруг соединяющей их оси позволяют получить предвариФормула изобретения

1. Способ изготовления волоконно-оптического светоделителя, включающий совмещение не менее двух волокон, нагрев с одновременным вытягиванием и скручиванием при обеспечении постоянного контроля параметров изготавливаемого светоделителя, отличающийся тем, что нагрев волокон осуществляют путем сканирования вдоль зоны взаимодействия между волокнами лазерным излучением, сфокусированным в виде кольца равномерно вокруг нее.

2. Устройство изготовления волоконнооптического светоделителя, содержащее расположенные по одной оси механизмы закрепления волокон, установленные с возможностью синхронного перемещения в противоположные стороны параллельно указанной оси и поворота вокруг нее, средство нагрева волокон, размещенное между механизмами закрепления, и блок

30 тельно заданную форму зоны взаимодействия между волокнами, Параметры сканирования, вытягивания и скручивания задаются блоком 8 управления и контролируются им.

Измерение параметров изготавливаемого волоконно-оптического светоделителя контролируется блоком 3 и полученные данные поступают в блок 8 управления.

При формировании профиля зоны взаимодействия между волокнами существенное значение имеет скорость вытяжки и скручивания, Скорость сканирования определяет нагрев зоны плавления и ее величина зависит от типа используемых волокон.

Таким образом, описываемый способ изготовления волоконно-оптического светоделителя позволяет задавать различные размеры эоны плавления, не меняя при этом параметры элементов устройства, что повышает технологичность способа и качество изготавливаемых волокон. (56) R.À. Bergh; G. Kotier, Н.J, Shaw. Sinle

mode fibre optic directional coupler

"Electronocs 1 etters" 1980, 16, р.260

M.0lgonnet, Н.J.Shaw Anglisis of

atunable single mode optical fibre coupler

"! ЕЕЕ Journal of Quantum Electronics", 1982, 4, р.746.

l.Yokohama, J. Noda Fibrecoupler

fabrication with automatic fusion elongation

processes for low exess and high conpling

ratio accuracy. "Journal of Lightwate

thecnobogy", 1987, 7, р.910, контроля параметров изготавливаемого светоделителя, отличающееся тем, что средство нагрева волокон выполнено в виде лазера и оптической системы, жестко закрепленной на каретке, установленной с возможностью перемещения вдоль оси, соединяющей механизмы закрепления, и выполненной в виде оптически связанных ской оси по ходу излучения первого зеркала с центральным отверстием, зеркального конуса с углом при направленной в сторону зеркала вершине 90 и установленного соосно внутри первого полого усеченного зеркального конуса с вершиной, направленной в противоположную сторону, второго зеркала с центральным отверстием, расположенного по ходу излучения эа пер2002709

10 оптической оси, совмещенной на участке полым усеченным конусом с осью размемежду зеркальным объективом и вторым щения механизмов закрепления волокон.

2002709

Составитель И. Плотникова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А. Мотцль

Редактор Н. Федорова

Ти рамс Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3212

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101