Способ определения модовых задержек в волоконно-оптических волноводах и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам определения модовых задержек в волоконно-оптических волноводах, и может применяться для исследований систем оптической связи. Изобретение позволяет повысить точность определения модовых задержек за счет увеличения отношения сигнал/шум. В испытуемый волновод вводят излучение с числовой апертурой, превышающей числовую апертуру испытуемого волновода, и определяют модовые задержки по приведенному соотношению. Модулированное излучение попадает в оптическую систему формирования пучка, состоящую из последовательно расположенных четвертьволновой пластинки 4, объектива 5, диафрагмы 6 и объективов 7 и 8. Часть волновода закреплена в кювете 9 с иммерсионной жидкостью 10. Выходной торец волновода связан с фотоприемником 11. Обработка выходного сигнала производится вычислительным устройством 19. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 М 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4311090/24-10 (22) 30.09.87 (46) 15.01.90. Бюл. У 2 (72) А.И. Кугушев, В.П. Исаков и A.À. Керимов (53) 535.818(088.8) (56) Optical and Ouantum Electronics, 1980, V. 12, р.р. 57-64.

Trans. of 7 Europ. Conf. on

0ptical Communication. Copenhagen, 198, р. 5.5-1. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДОВЫХ

ЗАДЕРЖЕК В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ

ВОЛНОВОДАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕ CTBJTF.НИЯ (57) Изобретение относится к,измерительной технике, а именно к средствам определения модовых задержек в волоконно-оптических волноводах, и может применяться для исследований

„„Я0„„1536233 А1

2 систем оптической связи. Изобретение позволяет повысить точность определения модовых задержек за счет увеличения отношения сигнал/шум. В испытутуемый волновод вводят излучение с числовой апертурой, превьппающей числовую апертуру испытуемого волновода, и определяют модовые задержки по приведенному соотношению. Модулированное излучение попадает в оптическую систему формирования пучка, состоящую из последовательно расположенных четвертьволновой пластинки 4, объектива 5, диафрагмы 6 и объективов 7 и 8.

Часть волновода закреплена в кювете 9 с иммерсионной жидкостью 10. Выходной торец волновода связан с фотоприемником 11. Обработка выходного сигнала производится вычислительным устройством 19. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1536233

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам определения модовых задержек в волоконно-оптических волноводах, и может

Применяться при производстве и для исследований волоконно-оптических волНоводов, предназначенных для систем птической связи и передачи информаи.

Целью изобретения является повышеие точности определения модовых заержек за счет увеличения отношения игнал/шум.

На фиг. 1 показана блок-схема 15 редложенного устройства; на фиг. 2— вета, осевой разрез.

Устройство содержит последовательо расположенные лазер 1, например елий-неоновый, модулятор 2, пропус- 20

1ание которого изменяется под действим сигнала генератора 3 гармонических олебаний. Далее излучение попадает оптическую систему формирования пуча, состоящ ло из последовательно рас- 25 оложенных четвертьволновой пластин4, объектива 5, например 3-кратноо, диафрагмы 6 (диаметром 50 мкм) объективов 7 и 8 (например, 5 и 20

««икрообъективов). Часть входного конца испытуемого волновода без защ«:, ного покрытия закреплена в кювете 9 с иммерсионнои КНрКосУ > 10, коэффициент преломления которой равен или превышает коэффициент преломления на оси волновода. Выходной конец волно вода связан с фотоприемником 11, элект( рический сигнал которого, пройдя узкополосный фильтр 12, подается на первые входы умножителей 13 и 14. Вто-40 рой вход умножителя 13 подключен к второму выходу генератора 3, первый выход генератора — к модулятору 2.

Второй вход умножителя 14 подключен к выходу фазовращателя 15, вхсд кото- 45 рого подключен к второму выходу генератора 3. Выходы умножителей 13, 14 подключены соответственно к входам интеграторов 16, 17, а их выходы соединены с раздельньгми входами аналого-цифрового преобразователя 18, например Ф7077/1. Выход АЦП подключен к входу вычислительного устройства 19, например "Электроника ДЗ-28". Первый выход этого устройства подключен к

5 алфавитно-цифровому печатающему устройству (АЦПУ) 20, второй выход— к исполнительному механизму,трехкоординатного устройства 21 линейного перемещения, который жестко соединен с кюветой 9. Диафрагма 6 расположена в задней фокальной плоскости объектива 5, которая одновременно является передней фокальной плоскостью объектива 7.

Основными элементами кюветы 9 (фиг. 2) являются входное окно 22 (покровное стекло), выходное окно 23, капилляр 24, расположенный в центре выходного окна, основание 25, которое жестко крепится к трехкоординатному устройству 21 линейного перемещения. Часть испытуемого волновода (10 мм) без защитного покрытия входит сквозь капилляр 24 до упора к стеклу 22 и полностью иммерсируется, Способ осуществляют следующим образом.

Излучение лазера 1, модулированное по инте««си «ности гармоническим сигналом частоты <Л от генератора 3 в модуляторе 2 через четвертьволновую пластинку 4, преобразующую линейную поляризацию в круговую, направляют на объектив 5, в задней факальной пло =.гости которого отверстие диафрагмы 6 служит вторичным истчником излучения и пространственным фильтром. Объективы 7,8 трансформируют излучение из отверстия диафрагмы 6 в пучок с числовой апертурой 0,5 и диаметром пятна 2 мкм в задней фокальной плоскости объектива 8, с которой совпадает входной торец испытуемого квазипараболического волновода.

При сканиронании по командам вычислительного устройства 19 пятна излучения по входному торцу волновода лучи, входящие в волновод под углами, большими угла захвата направляемыми модами (фиг. 2), рефрагируют из волновода в иммерсионную жидкость 10. На фиг.2 показано: sin 8 — локальная числовая апертура волновода в точке входного торца с координатой r; sin $ — числовая апертура возбуждающего пучка.

С выходного торца испытуемого волновода излучение поступает на фотоприемник 11, где преобразуется в электрический сигнал той же частоты Q .

Далее сигнал после фильтрации в узкополосном фильтре 12 поступает на первые входы умножителей 13, 14. На второй вход умножителя 13 поступает гармонический сигнал с частотой Я, с второго выхода генератора 3 а на второй вход умножителя 14 поступает тот г

2 (х) = (As (х) + В (х)) А, = А(х) cos(g,с — Ф) В,cos(g,t) 5 1536233 б же сигнал, но со сдвигом по фазе на Вычисляют мощность сигнала на вью

-90 в фазовращателе 15. На выходе ходе испытуемого волновода для кажумножителя 13 сигнал описывается вы- дого значения k ражением (сn s 9 + sos (2 a,с - 9 ))

А(х) Во г

10 а на выходе умножителя 14

О

В, = A(x)cos(g,t — Ф )В„соя(G t — 90 ) =

А(х)В, г

tsin9 — sin(2я,t — (С )), 15

А (х) = cos f9 (x)j;

В (x) = () -y(x)).

С выходов интеграторов сигналы

А и В поступают на разные входы аналого-цифрового преобразователя 18, gp в котором они преобразуются в цифровую форму, и далее поступают на вход вычислителя 19, где запоминаются и осуществляется алгоритм расчета модовых задержек. 45

Этот алгоритм заключается в следующем. Для фиксированных значений параметра х = (/а)г в вычислителе

19 запоминаются значения сигналов

Л (x) = созе(х) А(х) ВВ (2 и В (х) = яз.пФ, (х), Л(х) В, 55 где k — целое число, k („„ = гВ, а n — количество дискретных значений координаты r радиуса испытуемого волновода. где ф = ф (х) — фазовый сдвиг, обусловленный модовым характером распростране- 20 ния излучения в испытуемом волноводе;

A(x) — амплитуда колебания электрического сигнала на выходе фильтра 12; 25

Во — амплитуда гармонического сигнала на втором выходе генератора 3.

С вь.ходов умножителей 13, 14 сигналы Л, и В, поступают на входы интег- д0

pGToDQB 16, 17, в которых выделяются средние значения сигналов: и фазу

В „(х)

А:х(х)

Лппроксимируют значения I<(x) и ф„(х) сплайн-функциями и получают выражения Т (х) и (((э(х). Вычисляют модовые задержки по формуле с(х)= — Г(В (х) + агссВ(а ) а(х)(«}1 о (dI (х) /dx (2) Для устранения при измерении погрешности, связанной с фазовой задержкой сигнала в электрических цепях, обламывают испытываемый волновод со стороны выходного торца без изменения условий возбуждения на входном торце так, чтобы оставшаяся длина волновода была не более 1 м, совмещают оси пучка и волновода и определяют фазовую задержку 9 электрического сигнала по формуле (1). По формуле (2) определяют модовые задержки, где вместо Уз(х) используют значения

Ч,(x) -,Р, °

На вход аналого-цифрового преобразователя выдаются из вычислителя дпя регистраци на твердом носителе значения х = (r/à) и (.,(х), т.е. нормированный параметр направленных мод х соответствующее ему значение модовых задержек.

Формула изобретения

Способ определения модовых задержек в волоконно-оптических волноводах, заключающийся в том, что в испытуемый волновод вводят пучок амплитудно-модулированного гармоническим сигналом монохроматического излучения с размером пятна, меньшим диаметра сердцевины волновода, сканируют этот пучок поперек торца волновода, преобразуют излучение, прошедшее испытуемый волновод, в электрический сигнал, измеряют его амплитуду и разность фаэ меж. ду ним и гармоническим сигналом и вычисляют модовые задержки, о т л и-. чающий с я тем, что, с целью повышения точности определения модо1536233

1 где х = (r/а) нормированный параметр, соответствующий определенной группе мод; текущая координата вдоль радиуса волновода; 20 радиус сердцевины волновода; частота гармонического, сигнала; разность фаз электри-,25 ческаго сигнала на

Р (х) выходе испытуемого волновода и гармонического сигнала; амплитуда. электрического сигнала.

I(x) 30

2. Устройство для определения модовых задержек в волоконно-оптических волноводах, содержащее последовательно установленные источник монахроматического излучения, модулятор, оптическую систему формирования пучСоставитель В. Лавров

Редактор М. Бандура Техред Л.Сердюкова Корректор Н. Король

Заказ 102 Тираж 432 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101 вых задержек за счет увеличения отношения сигнал/шум, в испытуемый. волновод вводят пучок излучения с числовой апертурой превышающей числовую апер1

5 туру испытуемого волновода, а модовые задержки вычисляют по формуле

1 () dg (x) л (х) = — ф (х) + arctgr dx

dI(x) 10 ка, кювету с иммерсионной жидкостью, в которой закреплен входной торец испытуемого волновода с удаленным защитным покрытием, фотоприемник, оптически связанный с выходным торцом испытуемого волновода, соединенный через паласовой фильтр с первыми входами двух умножителей, выход каждого из которых соединен с входом одного из двух интеграторов, выходы которых подключены к раздельным входам аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу вычислительного устройства, генератор гармонического сигнала, выход которого соединен с модулятором„ с вторым входом первого умножителя и через фа".oâðàùàòåëü с вторым входом второго умножителя, а выход вычислительного устройства соединен с исполнительным механизмом трехкоординатного устройства линейного перемещения, на котором установлена кювета, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения модовых задержек за счет увеличения отношения сигнал/шум, оптическая система формирования пучка состоит из четвертьволновой пластинки, трех объективов и диафрагмы, расположенной в задней фокальной плоскости первого объектива, которая совпадает с передней фокальной плоскостью второго объектива, причем числовая апертура третьего объектива„ установленного на выходе системы, превышает числовую апертуру испытуемого волновода.