волоконно-оптический соединитель

Классы МПК:G02B6/26 оптические средства соединения
G02B5/28 интерференционные 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Министерство обороны Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени С.М. Буденного (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-04-20
публикация патента:

Волоконно-оптический соединитель содержит первую и вторую полумуфты для заделки в них первого и второго отрезков оптического волокна, на торцах которых установлены первая и вторая пары повышающего и понижающего оптических многослойных трансформаторов. Между внешними слоями первой и второй пар оптических многослойных трансформаторов выполнен воздушный зазор. Слои первой и второй пар оптических многослойных трансформаторов выполнены из материалов с отличающимися показателями преломления и отсчитываются от внешних слоев понижающих трансформаторов первой и второй пар оптических многослойных трансформаторов в направлении к торцам соединяемых отрезков оптического волокна. Толщина каждого слоя составляет четверть средней волны волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0 сигнала, передаваемого по оптическому волокну, а число слоев выбрано из условий, приведенных в формуле изобретения. Технический результат - снижение уровня потерь мощности, возникающих из-за недостаточно плотного контактного или сварочного соединения, в месте соединения, а также расширение арсенала средств данного назначения. 3 з.п. ф-лы, 9 ил. волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический соединитель, содержащий первую и вторую полумуфты для заделки в них первого и второго отрезков оптического волокна и фиксатор, скрепляющий первую и вторую полумуфты, отличающийся тем, что в раскрыв каждой полумуфты установлена заглушка, конгруэнтная раскрыву полумуфты, которая снабжена направляющими элементами и отверстием для оптического волокна, дополнительно на торцах первого и второго отрезков оптических волокон установлены каскадно соединенные первая пара повышающего и понижающего и вторая пара повышающего и понижающего оптических многослойных трансформаторов, число слоев понижающего и повышающего трансформаторов первой пары выбраны N11 и N12, а число слоев понижающего и повышающего трансформаторов второй пары выбраны N21 и N22, слои первой и второй пар оптических многослойных трансформаторов выполнены из материалов с отличающимися показателями преломления - n11i, n12j и n21k , n22t, где i=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 , N11, j=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 , N21 - номера слоев в понижающем и повышающем трансформаторах первой пары оптических многослойных трансформаторов, a k=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 , N21 и t=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 , N22 - номера слоев в понижающем и повышающем трансформаторах второй пары оптических многослойных трансформаторов, слои отсчитывают от внешних слоев понижающих трансформаторов первой и второй пар оптических многослойных трансформаторов в направлении к торцам первого и второго соединяемых отрезков оптического волокна, a N11=N12 и N21=N 22, причем толщина каждого слоя составляет четверть средней длины волны волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0 сигнала, передаваемого по оптическому волокну, а число слоев N11, N12, N21 и N22 выбраны из условий

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

где nов1 и nов2 - показатели преломления оптических волокон первого и второго соединяемых отрезков оптического волокна, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 a1 и волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 а2 - предварительно заданные значения рабочего затухания в первой и второй парах оптических многослойных трансформаторов, дополнительно на удалениях f1 и f2 от внешнего слоя каждого из оптических многослойных трансформаторов установлены плосковыпуклые диэлектрические линзы, причем удаления f1 и f2 равны расстоянию от фокуса линзы до ее вершины, а показатели преломления линз выбраны из условий

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 ;

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 ,

где nmin1 и nmin2 - предварительно заданные минимально допустимые значения реализуемых показателей преломления первых слоев первой и второй пар оптических многослойных трансформаторов,

причем в собранном виде соединителя между поверхностями диэлектрических линз установлен воздушный зазор размером волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 .

2. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что фиксатор выполнен в виде первого и второго цилиндров, установленных на внешней поверхности первой и второй полумуфт и снабженных резьбовым соединением.

3. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что зазор волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 выбран в интервале волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 =(1волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 2000)волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0.

4. Соединитель по п.1, отличающийся тем, что показатели преломления i-го, j-го и k-го, t-го слоев понижающего n11i и повышающего n12j трансформаторов, принадлежащих первой паре оптических многослойных трансформаторов, и понижающего n21k и повышающего n22t трансформаторов, принадлежащих второй паре оптических многослойных трансформаторов, вычисляют по формулам

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 ;

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 ;

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 ;

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 ,

n11,1=nmin1, n 21,1=nmin2,

где волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 и волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 - характеристические показатели преломления в первой и во второй парах оптических многослойных трансформаторов в точках соединения их понижающих и повышающих оптических многослойных трансформаторов, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 и волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 - характеристические показатели преломления первой и второй пар оптических многослойных трансформаторов в сечениях, совпадающих с плоскостями первых слоев понижающих оптических трансформаторов и воздушных зазоров, расположенных между первыми слоями понижающих оптических трансформаторов и диэлектрическими линзами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области техники волоконно-оптических систем передачи, в частности к волоконно-оптическим соединителям (ВОС), реализуемым с использованием нанотехнологий.

Известны оптические соединители (ОС) контактного типа, в которых минимум потерь мощности в соединителях достигается за счет увеличения плотности прилегания соединяемых оптических волокон (ОВ) друг к другу по всей поверхности торцов ОВ.

Известно устройство для соединения световодов (см. патент США № 5857045, МПК G02B 6/38, опубл. 20.05.1997 г.).

Известное устройство включает: гнездо, состоящее из первого тела заранее определенной длины, снабженное канавками, прорезанными по длине через центр контактной поверхности, и второго тела аналогичного первому, расширяющие элементы для разделения первого и второго тел и обеспечивающие ввод световодов в прорезанные канавки и средства изгиба, расширяющие внешнюю поверхность гнезда розетки, которая надежно удерживает первое и второе тела вместе и обеспечивает необходимую силу фиксации.

Недостаток данного устройства для соединения световодов - относительно высокий уровень потерь в соединителе.

Известен также соединитель для оптического волокна с отделяющейся системой (см. патент США № 5067783, МПК G02B 6/36 от 16.10.1990 г.).

Известный соединитель оптических волокон содержит две собранных втулки, по крайней мере, одна из них содержит фиксирующий ключ. Соединитель снабжен отдельным блоком, содержащим трубчатую часть, снабженную продольным шпоночным пазом и фиксатором.

Недостатком данного соединителя световодов является относительно высокий уровень потерь в месте соединения световодов.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному волоконно-оптическому соединителю является волоконно-оптический соединитель возвратно-поступательного действия (см. патент РФ № 2126545, МПК G02B 6/38).

Волоконно-оптический соединитель-прототип содержит каркас, первую и вторую полумуфты для заделки в них соответственно первого и второго отрезков оптического волокна и фиксатор. Фиксатор выполнен в виде двух гибких рычагов защелки, прикрепленных к наружной поверхности полумуфт. Отсоединение соединителя от розеточной части производится оттягиванием полумуфт, в результате чего скошенные поверхности каркаса взаимодействуют с рычагами защелки, поднимая их и освобождая от язычков розеточной части.

Недостатком известного волоконно-оптического соединителя является относительно высокий уровень потерь мощности сигнала, обусловленной неустойчивостью соединения. Кроме того, изменение сопротивления контактного перехода из-за неплотного прилегания торцов ОВ приводит к искажению сигнала.

Целью изобретения является разработка волоконно-оптического соединителя, обеспечивающего снижение уровня потерь мощности в месте соединения в заданном диапазоне длин волн для широкого класса волоконно-оптических соединителей при реализуемых на практике технологиях достижения требуемых показателей преломления. Заявленное устройство расширяет арсенал средств данного назначения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном волоконно-оптическом соединителе, содержащем первую и вторую полумуфты для заделки в них первого и второго отрезков оптического волокна и фиксатор, скрепляющий первую и вторую полумуфты, в раскрыв каждой полумуфты установлена заглушка, конгруэнтная раскрыву полумуфты. Каждая полумуфта снабжена направляющими элементами и отверстием для оптического волокна. Дополнительно на торцах первого и второго отрезков оптических волокон установлены каскадно-соединенные первая пара повышающего и понижающего и вторая пара повышающего и понижающего оптических многослойных трансформаторов. Число слоев понижающего и повышающего трансформаторов первой пары выбраны N11 и N12 , а число слоев понижающего и повышающего трансформаторов второй пары выбраны N21 и N22. Слои первой и второй пар ОМСТ выполнены из материалов с отличающимися показателями преломления n11i, n12j и n21k , n22t, где i=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 N11, j=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 N21 номера слоев в понижающем и повышающем трансформаторах первой пары ОМСТ, а k=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 N21 и t=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 N22 номера слоев в понижающем и повышающем трансформаторах второй пары ОМСТ, слои отсчитывают от внешних слоев понижающих трансформаторов первой и второй пар ОМСТ в направлении к торцам первого и второго соединяемых отрезков оптического волокна, a N11=N12 и N21=N22 . Толщина каждого слоя составляет четверть средней волны волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0 сигнала, передаваемого по оптическому волокну, т.е. равна:

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

Число слоев N11, N12 , N21 и N22 выбрано из условий:

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

где nов1 и noв2 - показатели преломления оптических волокон первого и второго соединяемых отрезков оптического волокна, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 a1 и волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 а2 - предварительно заданные значения рабочего затухания в первой и второй парах ОМСТ. Дополнительно на удалениях f1 и f2 от внешнего слоя каждого из многослойных трансформаторов установлены плосковыпуклые диэлектрические линзы, причем удаления f1 и f2 равны расстоянию от фокуса линзы до ее вершины, т.е. от F1 (F2) до вершины линзы Q1 (Q2). Показатели преломления линз выбраны из условий:

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

где nmin1 и nmin2 - предварительно заданные минимально допустимые значения реализуемых показателей преломления первых слоев первой и второй пар ОМСТ. Причем, в собранном виде соединителя между поверхностями диэлектрических линз установлен воздушный зазор волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 в интервале волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 =(1волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 2000)волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0.

Фиксатор соединителя выполнен в виде первого и второго цилиндров, установленных на внешней поверхности первой и второй полумуфт. Цилиндры снабжены резьбовым соединением.

Показатели преломления i-го, j-го и k-го, t-го слоев понижающего n11i и повышающего n12j трансформаторов, принадлежащих первой паре оптических многослойных трансформаторов, и понижающего n21k и повышающего n22t трансформаторов, принадлежащих второй паре оптических многослойных трансформаторов, вычисляют по формулам:

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

где волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 и волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 - характеристические показатели преломления в первой и во второй парах ОМСТ в точках соединения их понижающих и повышающих ОМСТ, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 и волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 - характеристические показатели преломления первой и второй пар ОМСТ в сечениях, совпадающих с плоскостями первых слоев понижающих оптических трансформаторов и воздушных зазоров, расположенных между первыми слоями понижающих оптических трансформаторов и диэлектрическими линзами.

Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков обеспечивается плавное согласование волновых сопротивлений соединяемых отрезков оптического кабеля путем последовательной повышающей и понижающей трансформации показателей преломления оптических волокон до значения показателя преломления воздуха при использовании материалов слоев с практически реализуемыми значениями показателей преломления. Что позволяет обеспечить согласованное бесконтактное соединение оптических волокон. А применение диэлектрических линз, установленных на удалениях f1 и f2 от внешнего слоя каждого понижающего трансформатора первой и второй пар ОМСТ, обеспечивает выполнение более точной юстировки оптических волокон и попадание оптических волн с одного волокна на другое с минимальным рассеиванием при соединении двух волокон. Тем самым снижаются потери мощности сигнала в соединителе.

Заявленный волоконно-оптический соединитель поясняется чертежами, на которых показаны:

на фиг.1 - общий вид соединителя;

на фиг.2 - вид поперечного сечения полумуфты;

на фиг.3 - рисунок, поясняющий принцип работы диэлектрических линз;

на фиг.4 - структура оптических многослойных трансформаторов и диэлектрических линз соединителя;

на фиг.5 - профиль показателей преломления оптических многослойных трансформаторов и диэлектрических линз соединителя;

на фиг.6 - расчетная частотная характеристика затухания волоконно-оптического соединителя при воздушном зазоре - волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 =100волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0=0.1 мм;

на фиг.7 - расчетная волновая характеристика затухания волоконно-оптического соединителя при воздушном зазоре - волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 =100волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0=0.1 мм;

на фиг.8 - расчетная частотная характеристика затухания волоконно-оптического соединителя при воздушном зазоре волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 =2000волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0=2 мм;

на фиг.9 - расчетная волновая характеристика затухания волоконно-оптического соединителя при воздушном зазоре волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 =2000волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0=2 мм.

Заявленный волоконно-оптический соединитель, показанный на фиг.1, состоит из первой 1 и второй 2 полых полумуфт. В раскрывах полумуфт 1 и 2 установлены заглушки 3 и 4. Заглушки 3 и 4 снабжены направляющими элементами в виде штырей 5 и соответствующих им отверстий 6 (см. фиг.1, фиг.2). Соединяемые отрезки оптических волокон 7 и 8 установлены в полостях первой 1 и второй 2 полумуфт. Для исключения возможной деформации соединяемых отрезков оптических волокон 7, 8 в полости полумуфт 1 и 2 могут быть установлены направляющие цилиндрические трубки 9 и 10. Заглушки 3, 4 снабжены отверстиями 11,12 (см. фиг.2), диаметр которых равен диаметру поперечного сечения диэлектрических линз 16, 17 - DЛ. На торцах соединяемых отрезков оптических волокон 7 и 8, имеющих показатели преломления nов1 и nов2, установлены первый 13 и второй 14 ОМСТ, диаметр DОМСТ которых равен поперечному сечению соединяемых отрезков оптических волокон (см. фиг.3). Первый 13 ОМСТ состоит из N11 слоев понижающего и N12 слоев повышающего трансформаторов, а второй 14 ОМСТ - N21 слоев понижающего и N22 повышающего трансформаторов (см. фиг.4). Все слои первого 13 ОМСТ и второго 14 ОМСТ выполнены из материалов с отличающимися показателями преломления n11i, n 12j, и n21k, n22t, где i=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 N11, j=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 N21 номера слоев первого 13 ОМСТ, a k=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 N21 и t=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 N22 номера слоев второго 14 ОМСТ (см. фиг.4, фиг.5). Номера слоев отсчитывают от внешних слоев понижающих трансформаторов первого 13 ОМСТ и второго 14 ОМСТ в направлении к торцам первого 7 и второго 8 соединяемых отрезков оптического волокна (см. фиг.4). Толщина каждого слоя составляет четверть средней волны волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0 сигнала (см. фиг.4), передаваемого по оптическому волокну, а число слоев - N11, N12, N 21 и N22, выбраны из условий (2) и (3), причем N11=N12 и N21=N22 .

Дополнительно на удалениях f1 и f 2 от внешнего слоя каждого понижающего трансформатора первой 13 и второй пар 14 ОМСТ установлены две диэлектрические линзы 16 и 17 (см. фиг.3, фиг.4), показатели преломления которых выбраны из условий (4) и (5), причем их величина равна минимально реализуемому значению - 1,35. А удаления f1 и f2 равны расстоянию от фокуса линзы до ее вершины и выбраны из условия (10):

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

т.е. равной половине длины волны волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0 сигнала, передаваемого по оптическим волокнам. При волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0=1,087 мкм f1=f2=0,54 мкм. Радиусы кривизны поверхностей диэлектрических линз - R 1 и R2, значения которых вычисляются по формулам (11) и (12):

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

А при f1=f2=0,54 мкм R1=R2=0,19 мкм.

Линзы выполнены в виде плоско-выпуклой формы. Толщина линз dл1 и dл2 выбрана из условия (13) и равна при волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0=1,087 мкм dл1=dл2=0,54 мкм:

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

В свою очередь толщина линз dл1 и dл2 определяется по оптическому пути и связана с их диаметром DЛ1 и DЛ2 соотношениями (14) и (15):

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513

где волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 1max и волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 2max - угол между осью линзы и направлением из фокуса в крайнюю точку профиля, а угол 2волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 1max и 2волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 2max - является углом раскрыва каждой из диэлектрических линз. Исходя из значений геометрических размеров линз диаметр обоих линз равен DЛ=DЛ1=DЛ2=2,55 мм. Такие значения диаметра обеих линз обеспечивают выполнение более точной юстировки при диаметре оптического волокна - 0,5 мм.

Полумуфты 1 и 2 снабжены фиксатором 15, который выполнен в виде двух цилиндров, установленных на внешней поверхности полумуфт 1, 2. Один из цилиндров зафиксирован на внешней поверхности одной из полумуфт (на фиг.1 на второй полумуфте 2), а другой установлен с возможностью его перемещения вдоль полумуфты (на фиг.1 - первой 1). Полумуфты 1, 2 скрепляют с помощью имеющихся на цилиндрах резьбовых соединений. Диаметр D полумуфт 1 и 2 выбирают из технологических условий их эксплуатации, например, в интервале D=3÷4 см (см. фиг.2). Отрезки оптических волокон 7 и 8 устанавливают в полумуфтах 1 и 2 таким образом, чтобы в собранном виде соединителя между поверхностями диэлектрических линз устанавливался воздушный зазор волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 в пределах волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 =(100-2000)волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0 (см. фиг.3 и фиг.4). Толщина d каждого из слоев первой 13 и второй 14 пар ОМСТ выбрана из условия (1), т.е. равной четверти длины волны волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0 сигнала, передаваемого по оптическим волокнам (см. фиг.4)

Число слоев N11 и N 12 первого 13 ОМСТ и N21 и N22 второго 14 ОМСТ выбраны из условий (2) и (3), исходя из предварительно заданных допустимых уровней рабочего затухания волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 a1 и волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 a2 в соответствующих ОМСТ 13 и 14. Показатели преломления n1i и n2j i-го и j-го слоев первого 13 ОМСТ и второго 14 ОМСТ вычисляют по формулам (6)-(9).

Заявленный волоконно-оптический соединитель работает следующим образом. Основной задачей при соединении двух отрезков оптических волокон является их соединение с более низкими потерями мощности сигнала. Потери возникают из-за технологических сложностей обеспечения идеального совмещения поверхностей торцов соединяемых отрезков оптических волокон из-за неустранимых шероховатостей торцевых поверхностей и, как следствие, рассеяние значительной доли мощности. Потери существенно возрастают при соединении отрезков оптических волокон с отличающимися показателями преломления n ов1 и nов2 из-за скачкообразного изменения показателей преломления материалов оптических волокон.

В заявленном соединителе влияние указанных причин потерь мощности в значительной мере устраняется. Это объясняется следующим. Отрезки оптических волокон 7 и 8 закрепляют в первой и второй полумуфтах. На торцах отрезков оптических волокон 7 и 8 устанавливают первый 13 и второй 14 ОМСТ (см. фиг.1 и фиг.3). Дополнительно на удалениях f 1 и f2 от внешнего слоя первого 13 и второго 14 ОМСТ установлены две диэлектрические линзы 16 и 17, показатели преломления которых выбраны из условий (4) и (5), причем их величина равна минимально реализуемому значению - 1,35 (см. фиг.1 и фиг.3).

Функциональное назначение первой пары ОМСТ (см. фиг.5) заключается в предварительном повышении показателя преломления воздуха с помощью N11 слоев (i=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 N11) понижающего трансформатора от n0 =1,0003 до значения характеристического показателя преломления G1 (см. фиг.5), причем значение показателя преломления материала первого (i=1) слоя выбирается минимально допустимым n11,1=nmin1волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 1,35, и последующим понижении характеристического показателя преломления с помощью N12 слоев (j=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 N12) повышающего трансформатора от G1 до значения показателя преломления nов1 первого оптического волокна 7 (см. фиг.4 и фиг.5). Вторая пара ОМСТ решает аналогичную задачу: повышает показатель преломления воздуха в зазоре волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 с помощью N21 слоев (k=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 N21)понижающего трансформатора от n0 =1,0003 до значения характеристического показателя преломления, причем значение показателя преломления материала первого (k=1) слоя выбирается минимально допустимым n21,1=n min2волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 1,35, с последующим понижением характеристического показателя преломления с помощью N22 слоев (t=1, 2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 N22) повышающего трансформатора от G2 до значения показателя преломления nов2 второго оптического волокна 8 (см. фиг.4 и фиг.5). Полное согласование первого 7 и второго 8 оптических волокон обеспечивается при воздушном зазоре волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 в интервале волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 =(100волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 2000)волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0, установленного между примыкающими поверхностями диэлектрических линз (см. фиг.3 и фиг.4).

В свою очередь дополнительно установленные диэлектрические линзы 16 и 17 (см. фиг.1, фиг.3, фиг.4) обеспечивают снижение потерь мощности сигнала в соединителе, что объясняется основными правилами оптики [Володин В.А. «Энциклопедия». Том 16. Физика. Ч.2. "Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц". М.: Аванта+, 2000] (см. фиг.3):

- лучи, проходящие через фокус в сторону собирающей линзы, после преломления на главной плоскости становятся параллельными ее главной оси;

- лучи, до собирающей линзы идущие параллельно ее главной оптической оси, после преломления обязательно пройдут через главный фокус.

Следовательно, обеспечивается попадание основного потока мощности оптических волн, проходящих через фокус F1 первой линзы на вторую линзу и далее в ее фокус F2, испытывая при этом минимум потерь оптической мощности (см. фиг.3). Тем самым, в предлагаемом соединителе снижаются потери мощности сигнала при соединении двух оптических волокон. А применение диэлектрических линз диаметром больше диаметра оптического волокна (0,5 мм), т.е. равным значению DЛ=DЛ1 =DЛ2=2,55 мм, способствует выполнению более точной юстировки оптических волокон при их соединении и, следовательно, дополнительному снижению рассеяния мощности оптических волн.

Это упрощает конструкцию соединителя и его эксплуатацию в полевых условиях.

Порядок изготовления волоконно-оптического соединителя можно показать на примере его расчета с заданной характеристикой затухания.

Пусть необходимо получить волоконно-оптический соединитель с частотной характеристикой затухания, показанной на фиг.6, при следующих исходных данных:

- показатели преломления материалов первого и второго оптических волокон nов1=nов2=1,47;

- показатели преломления слоев ОМСТ1 (ОМСТ2) должны находиться в пределах 1,35-2,5 на краях диапазона частот в интервале от 176 ТГц до 376 ТГц, что соответствует диапазону длин волн в интервале от 1705 нм до 800 нм при средней длине волны волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0=1087 нм;

- максимально допустимое затухание волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 а волоконно-оптического соединителя - не более 0,5 дБ;

- геометрические размеры линз выбраны из ранее проведенных расчетов и равны DЛ=DЛ1=DЛ2=2,55 мм, R1=R2=0,19 мкм, dЛ1=d Л2=0,54 мкм, f1=f2=0,54 мкм, показатель преломления вещества, из которого изготовлены линзы, равен минимально реализуемому значению, т.е. nл1=nmin1=n л2=nmin2=1,35.

С учетом заданных условий задачи значений nов1, nов2, волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 a1 и волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 a2 определяют по формулам (2) и (3) определяют число слоев ОМСТ1 и ОМСТ2: N11=N12=N 21=N22=2. Тогда по формулам (6)-(9) определяют значения показателей преломления каждого слоя ОМСТ1 и ОМСТ2: n11,1=n21,1=1,35; n11,2=n 21,2=2,14; n12,1=n22,1=2,19; n 12,2=n22,2=1,76.

На фиг.6 приведена расчетная частотная характеристика затухания волоконно-оптического соединителя, на фиг.7 - расчетная волновая характеристика затухания волоконно-оптического соединителя в составе: ОМСТ1 - (воздушный зазор, равный фокусному расстоянию до линзы 16 - f1 =0,54 мкм) -диэлектрическая линза - (воздушный зазор с волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 =100волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0=0,1 мм) - (воздушный зазор, равный фокусному расстоянию до линзы 17 - f2=0,54 мкм) - ОМСТ2. Максимальное затухание волоконно-оптического соединителя в пределах заданного диапазона длин волн составит 0,48 дБ, что удовлетворяет заданному требованию - а<волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 a=0,5 дБ.

На фиг.8 приведена расчетная частотная характеристика затухания волоконно-оптического соединителя, на фиг.9 - расчетная волновая характеристика затухания волоконно-оптического соединителя в составе: ОМСТ1 - (воздушный зазор, равный фокусному расстоянию до линзы 16 - f1=0,54 мкм) - диэлектрическая линза - (воздушный зазор с волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 =2000волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 0=2 мм) - (воздушный зазор, равный фокусному расстоянию до линзы 17 - f2=0,54 мкм) - ОМСТ2. Максимальное затухание волоконно-оптического соединителя в пределах заданного диапазона длин волн составит 0,48 дБ, что удовлетворяет заданному требованию - а<волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 а=0,5 дБ.

Полученные результаты расчетов свидетельствуют о малой зависимости затухания заявленного волоконно-оптического соединителя от величины волоконно-оптический соединитель, патент № 2393513 воздушного зазора, что гарантирует надежное соединение ОВ в экстремальных условиях строительства и эксплуатации волоконно-оптических кабелей связи.

Полученная в расчетных примерах максимально-плоская форма характеристики затухания волоконно-оптического соединителя показывает, что варьируя требования к величине затухания на краях заданного диапазона длин волн, с помощью формул (2, 3, 6-9) можно конструировать соединители с малым, близким к нулевому, значением затухания.

Приведенный пример свидетельствует о возможности построения волоконно-оптических соединителей с малыми заданными требованиями к величине мощности потерь за счет отражений и к волновым (частотным) характеристикам затухания в заданном диапазоне длин волн. Достоинством предложенного технического решения является значительное снижение затухания соединения до 0,5 дБ на краях рабочего диапазона длин волн по сравнению с существующими аналогами. Кроме того, применение диэлектрических линз способствует снижению потерь мощности сигнала за счет уменьшения рассеяния при соединении оптических волокон. А применение линз с диаметром больше диаметра оптического волокна (0,5 мм), т.е. равным значению DЛ=DЛ1=DЛ2=2,55 мм, способствует выполнению более точной юстировки оптических волокон при их соединении. Тем самым упрощается эксплуатация соединителей в полевых условиях и снижается время на обеспечение надежности соединителя по сравнению с существующими соединителями, в которых применяются дополнительные средства контроля, измерения, крепления и сварки оптических волокон. Отмеченные достоинства указывают, что при использовании заявленного волоконно-оптического соединителя возможно достижение сформулированного технического результата.

Класс G02B6/26 оптические средства соединения

применение фотополимеризующейся композиции для коннектирования световодов, способ коннектирования световодов и устройство для осуществления способа -  патент 2472189 (10.01.2013)
волоконно-оптический термодатчик -  патент 2441205 (27.01.2012)
устройство для передачи оптических сигналов из входного световода в выходной световод (варианты) -  патент 2414729 (20.03.2011)
соединитель для оптических кабелей -  патент 2402794 (27.10.2010)
универсальный волоконно-оптический вращающийся соединитель -  патент 2402051 (20.10.2010)
волоконно-оптический соединитель -  патент 2399071 (10.09.2010)
устройство для раскалывания оптических волокон -  патент 2377617 (27.12.2009)
устройство ввода лазерного излучения в волокно -  патент 2325676 (27.05.2008)
оптические волокна, снабженные линзами путем фотополимеризации, и оптические компоненты -  патент 2312381 (10.12.2007)
оптический элемент -  патент 2213987 (10.10.2003)

Класс G02B5/28 интерференционные 

способ повышения плотности мощности светового излучения внутри среды -  патент 2525674 (20.08.2014)
сканирующее интерференционное устройство в виде двухзеркального интерферометра фабри-перо -  патент 2518366 (10.06.2014)
перестраиваемый интерферометр фабри-перо -  патент 2517801 (27.05.2014)
парный оптикопеременный защитный элемент, имеющий характерные длины волн отраженного излучения -  патент 2517546 (27.05.2014)
дихроический отрезающий фильтр для получения изображения -  патент 2516194 (20.05.2014)
интерференционный многолучевой светофильтр (варианты) -  патент 2515134 (10.05.2014)
составной интерференционный фильтр с изменяемым пропусканием -  патент 2512089 (10.04.2014)
способ спектральной фильтрации диффузного излучения -  патент 2511036 (10.04.2014)
многоспектральный интерференционный светофильтр для защиты от лазерного излучения -  патент 2504805 (20.01.2014)
интерференционный многолучевой светофильтр (варианты) -  патент 2491584 (27.08.2013)
Наверх