Многоканальный оптический вращающийся соединитель

 

Изобретение относится к оптическим системам передачи информации. Цель изобретения - уменьшение величины амплитудных искажений оптического сигнала и повышение технологичности устройства за счет повышения технологичности компенсатора вращения световых пучков. Многоканальный оптический вращающийся соединитель содержит два шарнирно соединенных узла 1,2, несущих соединяемые части 3,4 оптических каналов передачи, которые попарно оптически связаны через компенсатор 5 вращения световых пучков. Компенсатор 5 состоит из двух жгутов 11,12 с регулярно уложенными световодами 13,14. Торцы 15,16 жгутов 11,12 оптически сопряжены вогнутым зеркалом 17, а торцы 18,19 ориентированы в противоположные стороны и симметрично установлены по оси вращения 20 узлов 1,2. Узлы 1,2 связаны дифференциальным передаточным механизмом 6 с компенсатором 5. При вращении узла 1 относительно узла 2 изображения вращающихся торцов световодов 3 последовательно передаются жгутом 11 с торца 18 на торец 15, затем зеркалом 17 на торец 16 и жгутом 12 с торца 16 на торец 19. При этом направление вращения изображения на торце 19 оказывается противоположным направлению вращения компенсатора 5. При равенстве угловых скоростей этих вращений достигается полная компенсация вращения изображения по отношению к световодам 4 узла 2, и тем самым обеспечивается непрерывная оптическая связь между световодами 3,4 при. любом их азимутальном положении друг относительно друга. 2 ил. (Л XI ю XI о ю ю

((9) (3! ) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 02 В 6/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4750155/10 (22) 18.10.89 (46) 15.04.92. Бюл. ¹ 14 (71) Институт полупроводников АН УССР (72) В.Н.Шапарь, Г.С.Свечников, В.3. Островский, Т.Н.Зайкина и И.Ц.Гроссман (53) 535.813(088.8) (56) Патент США ¹ 4027946, кл. 350 — 96, опублик. 1977.

Патент США ¹ 4109998, кл. 350 — 23, опублик. 1978.

Патент США ¹ 4447114, кл. 350-96.2, опублик. 1984. (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ

ВРАЩАЮЩИЙСЯ СОЕДИНИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к оптическим системам передачи информации. Цель изобретения — уменьшение величины амплитудных искажений оптического сигнала и повышение технологичности устройства за счет повышения технологичности компенсатора вращения световых пучков. Многоканальный оптический вращающийся соединитель содержит два шарнирно соединенных узла 1,2, несущих соединяемые части 3,4 оптических каналов передачи, коИзобретение относится к оптическим системам передачи информации, в частности к многоканальным оптическим вращающимся соединителям.

Известны многоканальные оптические вращающиеся соединители, содержащие два шарнирно соединенных крепежных узла, несущих соединяемые части оптических каналов передачи. торые попарно оптически связаны через компенсатор 5 вращения световых пучков.

Ком пенсатор 5 состоит из двух жгутов 11,12 с регулярно уложенными световодами

13,14. Торцы 15,16 жгутов 11,12 оптически сопряжены вогнутым зеркалом 17, а торцы

18,19 ориентированы в противоположные стороны и симметрично установлены по оси вращения 20 узлов 1,2. Узлы 1,2 связаны дифференциальным передаточным механизмом 6 с компенсатором 5. При вращении узла 1 относительно узла 2 изображения вращающихся торцов световодов 3 последовательно передаются жгутом 11 с торца

18 на торец 15, затем зеркалом 17 на торец

16 и жгутом 12 с торца 16 на торец 19. При этом направление вращения изображения на торце 19 оказывается противоположным направлению вращения компенсатора 5, При равенстве угловых скоростей этих вращений достигается полная компенсация вращения изображения по отношению к световодам 4 узла 2, и тем самым обеспечивается непрерывная оптическая связь между световодами 3.4 при„любом их азимутальном положении друг относительно друга. 2 ил.

Крепежные узлы содержат соосно установленные пары оптических "контактных колец", с каждой парой которых связаны соединяемые части одного канала передачи.

Недостатком известных устройств является ограниченное число соединяемых оптических каналов передачи.

Известен многоканальный вращающийся соединитель, содержащий два шарнирно

1727099

10

45

55 соединенных крепежных узла, несущих соединяемые части оптических каналов передачи, которые попарно оптически связаны через компенсатор вращения световых пучков, причем компенсатор вращения установлен с возможностью вращения вокруг оси вращения крепежных узлов, и связан с ними дифференциальным передаточным механизмом.

Компенсатор вращения выполнен в виде призмы Дове, установленной между коллимирующей и фокусирующей линзами.

Недостатки известного устройства вытекают из недостатков оптической схемы компенсации светового пучка с помощью призмы Дозы: — сложность, необходимость в коллимирующей и фокусирующей линзах (как правило, многокомпонентных объективах с высокими апертурными и полевыми характеристиками), продиктованная условием работы призмы Дове в параллельном ходе лучей; — повышенная чувствительность к децентрировкам, а отсюда высокие требования к точности юстировки и, как следствие, сложность аппаратной (конструкторской) реализации оптической схемы; — большие удельные массогабаритные показатели (объем и масса устройства, приходящиеся на один канал передачи), которые, к тому же, растут с числом каналов передачи и практически ограничивают зто число, так как с увеличением линейного поля оптической системы объем и масса призмы и линз увеличиваются в кубической зависимости.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, в котором компенсатор вращения световых пучков выполнен в виде волоконно-оптического жгута с расположенными по окружностям торцами оптических световодов, причем последовательность расположения по окружностям одних торцов световодов на одном торце жгута выбрана обратной по отношению к последовательности расположения других торцов соответствующих световодов на противоположном торце жгута.

Благодаря такой инверсной структуре расположения световодов по торцам компенсатора достигается эффект инверсии направления вращения светового пучка на выходе волоконно-оптического компенсаторэ по отношению к входу, как и в призменных компенсаторах.

В отличие от устройства с и ризменн ыми компенсаторами вращения световых пучков, это устройство лишено указанных выше недостатков, Вместе с тем, ему присущи такие существенные недостаткИ: крайне низкая технологичность устройства, из-за низкой технологичности компенсатора вращения световых пучков, и значительные амплитудные искажения оптического сигнала, обусловленные модуляцией коэффициента передачи оптического канала связи ОВС с вращением одной части оптического канала относительно другой вследствие неэквивалентности различных участков кольцевого входа и кольцевого выхода компенсатора с точки зрения величины оптических потерь ввода-вывода излучения из компенсатора сквозь эти участки.

Цель изобретения — уменьшение величины амплитудных искажений оптического сигнала и повышение технологичности устройства за счет повышения технологичности компенсатора вращения световых пучков.

На фиг. 1 схематически изображен многоканальный оптический вращающийся соединитель; нэ фиг. 2 — траектории движения световых пучков при сопряжении торцов жгутов вогнутым зеркалом.

Соединитель содержит два крепежных узла 1,2, несущих соединяемые части 3,4 оптических каналов передачи, в качестве которых могут быть волоконные световоды, фотоприемники, излучатели и т.п. в зависимости от вида линий связи в каналах передачи и места установки соединителя в линиях. На чертеже соединяемые части 3,4 оптических каналов передачи выполнены в виде волоконных световодов.

Крепежные узлы 1,2 шарнирно соединены между собой (установлены с возможностью вращения друг относительно друга).

Компенсатор 5 вращения светового пучка связан с узлами 1,2 дифференциальным передаточным механизмом 6 на цилиндрических зубчатых колесах 7,8,9,10 с

Z> Z4 передаточным отношением К = — — = 1:2.

22 Лз

Компенсатор 5 состоит из двух жгутов

11,12 с регулярно уложенными световодами

13,14. Торцы 15,16 жгутов размещены в одной плоскости и установлены на двойном фокусном расстоянии от вогнутого сферического зеркала 17 симметрично относительно его оптической оси (т.е, торцы 15, 16 оптически сопряжены вогнутым зеркалом

17). Торцы 18,19 жгутов ориентированы в противоположные стороны и симметрично установлены по оси вращения 20 узлов 1,2 (т,е. мысленным поворотом торцов 18,19 относительно оси 20 и перемещением вдоль нее достигается совпадение торцов 18,19 и совмещение торцов, оптически сопряжен1727099 ных зеркалом 17 световодов жгутовинтовая симметрия торцов 18,19 по оси 20).

Световоды 3,4 попарно оптически связаны через волоконные световоды 13 жгутов 11,12 компенсатора 5. 5

Устройство работает следующим образом.

Принимают, без потери общности, световоды 3 излучающими, а световоды 4 принимающими излучение. 10

При вращении узла 1 относительно узла

2 зубчатая передача 6 приводит в движение компенсатор 6, который вращается в ту же сторону, что и узел 1, с вдвое меньшей скоростью (К = 1:2). При этом скорость враще- 15 ния узла 1 относительно компенсатора 5 оказывается равной скорости вращения компенсатора 5 относительно узла 2.

Световоды 3, перемещаясь по круговой 20 траектории относительно торца 17 жгута 11, последовательно возбуждают световоды 13 жгута 11. Световоды 13 жгута 11 передают излучение к торцу 15 жгута 11, относительно которого вышедшие из жгута световые лучи 25 вращаются по круговым траекториям со скоростью, равной скорости вращения узла

1 относительно компенсатора 5. Сферическое зеркало 17 строит изображение этих траекторий на торце 16 жгута 12, при этом 30 направление вращения пучков на торце 16 совпадает с направлением их вращения на торце 15 (см. фиг. 2). Световодный жгут 12 передает изображение с торца 16 на торец

19, где направление вращения лучей стано- 35 вится противоположным по отношению к их, направлению вращения на торце 18 жгута

11, а следовательно, и по отношению к направлению вращения компенсатора 5. E силу равенства угловых скоростей 40 компенсатора и световых лучей на выходе компенсатора, вращающихся в противоположном направлений по отношению к направлению вращения компенсатора, достигается полная компенсация вращения световых пучков относительно стационарного узла 2, и, тем самым, обеспечивается непрерывная оптическая связь между световодами 3,4 при любом их азимутальном положении друг относительно друга.

Формула изобретения

Многоканальный оптический вращающийся соединитель, содержащий два шарнирно соединенных крепежных узла, несущих соединенные части оптических каналов передачи, которые попарно оптически связаны через компенсатор вращения световых пучков, установленный с возможностью вращения вокруг оси вращения крепежных узлов и связанный с ними дифференциальным передаточным механизмом, причем компенсатор вращения световых пучков включает волоконно-оптический жгут, один из торцов которого установлен по оси вращения крепежных узлов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения величины амплитудных искажений оптического сигнала и повышения технологичности устройства за счет повышения технологичности компенсатора вращения световых пучков, световоды в волоконно-оптическом жгуте уложены регулярно, при этом в устройство введен второй волоконно-оптический жгут с регулярной укладкой световодов, один из торцов которого установлен по оси вращения крепежных узлов и ориентирован в противоположную сторону по отношению к ориентации установленного по оси вращения торца первого жгута, а другой торец оптически сопряжен с другим торцом первого жгута вогнутым зеркалом, 1727099

Составитель В.Шапарь

Редактор Г.Мозжечкова Техред М.Моргентал Корректор С.Л ыжова

Заказ 1278 Тираж Подписное

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