Формирователь модового состава

 

Применение: волоконно-оптическая техника. Устройство может быть использовано при измерении потерь, вносимых пассивными компонентами волоконно-оптических линий связи. Сущность изобретения: получение на выводе формирователя воспроизводимого модового распределения передаваемого излучения за счет использования трехзвенной цепочки типа градиентное - ступенчатое - градиентное волокна с изготовленным на ее третьем звене биоконическим модовым фильтром. 3 ил.

Изобретение относится к технике волоконно-оптических систем передачи (ВОСП), в частности к конструкции оптических смесителей мод, и может быть использовано для стандартизации условий ввода излучения при измерениях параметров волоконных световодов.

Известен смеситель мод, получаемый при помещении световода между двумя листами абразивной бумаги с соответственно подобранным диаметром зерна.

Недостатком такого смесителя является непредсказуемость его выходных параметров (диаметра пятна излучения, числовой апертуры) и модового состава выходного излучения. Также такой смеситель не надежен, так как сильная связь между отдельными модовыми группами достигается за счет возникновения достаточного количества новых дефектов в волокне, микроизгибов, напряжений, что в конечном итоге приводит к разрушению волокна.

Известен волнообразно изогнутый смеситель, который изготавливается путем навивки световода на штыри с радиусом, близким к критическому для данного световода.

Такой смеситель является, по существу, смесителем и модовым фильтром. Однако его выходные параметры могут меняться от одного смесителя к другому. Это определяется усилием навивки световода на штыри.

Такой смеситель также не обладает необходимой надежностью, так как изгиб на критический радиус вызывает не только перемешивание отдельных модовых групп, но и приводит к разрушению волокна.

Недостатком такого смесителя является вывод и затухание не только вытекающих, но и определенной части направляемых мод.

В качестве прототипа выбран многозвенный смеситель мод, полученный путем чередования отрезков ступенчатого и градиентного волокна.

Смеситель-прототип имеет недостатки: каждый смеситель на выходе дает свое значение пятна излучения и числовой апертуры, зависящее от параметров волокна, используемого в качестве последнего звена в смесителе.

Целью изобретения является повышение стабильности параметров выходного излучения, используемого при измерении характеристик волоконных световодов.

Это достигается благодаря тому, что в формирователе модового состава, содержащем цепочку световодов с различными профилями показателя преломления, предусмотрены следующие отличия: цепочка выполнена трехзвенной типа Г-С-Г, где Г - градиентное звено, С - ступенчатое звено, звенья цепочки соединены, например, с помощью оптических соединителей.

Кроме того, предложенный формирователь имеет на последнем звене, изготовленном из волокна в эпоксиакрилатном покрытии, биконический модовый фильтр, представляющий собой металлическую оправку с цилиндрической средней частью с заранее заданным диаметром, на которую намотано оптическое волокно третьего звена.

Благодаря тому, что используется трехзвенная цепочка типа Г-С-Г, формирователь позволяет получать воспроизводимое модовое распределение при стыковке с различными излучателями независимо от их диаграмм направленности.

Установка биконического модового фильтра, выполненного со средней цилиндрической частью, размеры которой можно менять, на третьем звене цепочки, изготовленном из оптического волокна в эпоксиакрилатном покрытии, позволяет менять выходные оптические параметры, а именно диаметр пятна излучения и числовую апертуру.

На фиг.1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - биконический модовый фильтр, на фиг.3 - зависимость изменения диаметра пятна излучения и числовой апертуры третьего звена формирователя при наматывании его на биконическую оправку от изменения диаметра цилиндрической части.

Предложенный формирователь модового состава (см.фиг.1) состоит из трех последовательно соединенных отрезков градиентного и ступенчатого волокна. Первое 1 и третье 2 звено формирователя модового состава выполняется из градиентного волокна в эпоксиакрилатном покрытии. Второе звено 3 выполняется из ступенчатого волокна и подбирается максимально сходным по диаметру сердцевины и числовой апертуре с градиентными звеньями 1 и 2. Звенья соединены между собой, например, оптическими соединителями 4.

На третьем звене 2 выполнен биконический модовый фильтр 5, представляющий собой металлическую оправку, имеющую две конические 6 и одну цилиндрическую 7 части. На металлическую оправку намотано оптическое волокно третьего звена 2. Изменяя диаметр цилиндрической части 7, можно менять диаметр пятна излучения и числовую апертуру формирователя. Конические части 6 оправки служат в одном случае для постепенного перехода к необходимому диаметру цилиндрической части 7, в другом - для постепенного перехода к прямому волокну 2, что позволяет выводить модовые группы высоких порядков и не приводит к перераспределению энергии между направляемыми модами.

График изменения диаметра пятна излучения 8 и числовой апертуры 9 при изменении диаметра цилиндрической части d модового фильтра показан на фиг. 3. Исходя из того, какие оптические параметры необходимо получить на выходе формирователя, выбирается диаметр цилиндрической оправки d модового фильтра. Например, при измерении потерь, вносимых оптическими соединителями, собранными на волокне с диаметром сердцевины 50 мкм, необходимо обеспечить условие 70% возбуждения измеряемого световода. Для этого необходимо получить диаметр светового пятна на выходе формирователя ≈ 35 мкм и числовую апертуру ≈ 0,14, что соответствует диаметру цилиндрической части равной 10 мм.

Формула изобретения

ФОРМИРОВАТЕЛЬ МОДОВОГО СОСТАВА, содержащий последовательно расположенные и оптически связанные световоды с различными профилями показателя преломления, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности параметров выходного излучения, он содержит последовательно соединенные отрезки первого градиентного световода со ступенчатым профилем показателя преломления и второго градиентного световода с равными диаметрами сердцевин, причем второй градиентный световод намотан на биконическую оправу, выполненную в виде пространственно перекрывающихся усеченных конусов и цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3