АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ КОММУТАЦИИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к оптоволоконной технике, а именно к акустооптическим коммутаторам волоконно-оптических линий связи.
Акустооптический преобразователь для коммутации (АОПК) волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) может быть использован для связи в распределенных информационно-измерительных системах.
Известен акустооптический (АО) коммутатор волоконно-оптических линий связи (Acousto-optical switch for fiber optic lines), содержащий входное оптическое волокно, которое передает входной оптический сигнал, блок линз, коллимирующий оптическое излучение, устройство поворота плоскости поляризации оптического сигнала, два акустооптических дефлектора, отклоняющие оптический сигнал в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, закрепленных с помощью двух каркасных рамок. Генератор, связанный управляющими линиями с пьезоэлектрическим преобразователем каждого акустооптического дефлектора, управляет их угловыми отклонениями.
Акустооптический коммутатор содержит сферическую линзу и массив микролинз для фокусировки оптического сигнала на торцевой поверхности выходного волоконно-оптического массива (Пат. 6539132 B2 США, МПК G02F 1/335. Acousto-optic switch for fiber optic lines/ Ivtsenko G., Narver V., Magdich L., Solodovnikov N. - заявл. 22.02.01; опубл. 25.05.03.)
Это изобретение выбрано в качестве прототипа. К недостаткам изобретения относится:
- оптический шум, вызванный обратными отражениями оптического сигнала элементами оптики;
- оптические потери, вызванные недостаточной точностью позиционирования оптического сигнала.
Задача - исключить указанные недостатки, а именно:
- снижение оптических шумов;
- уменьшение оптических потерь.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в акустооптическом преобразователе для коммутации волоконно-оптических линий связи, содержащем оптически сопряженные входное оптическое волокно, двухкоординатный акустооптический дефлектор, линзу для фокусировки отклоненного оптического сигнала, причем двухканальный генератор для возбуждения акустических волн электрически соединен с двухкоординатным акустооптическим дефлектором, в отличие от прототипа, в устройство введены коллиматор, имеющий наклонную систему подключения, и волоконно-оптический массив коллиматоров, выполненный в виде массива микролинз и волоконно-оптического массива, соединенных вместе, а входное оптическое волокно имеет скошенный под углом 8° торец.
На фиг. 1 изображена структурная схема АОПК ВОЛС.
2
Входное оптическое волокно 1, имеющее скошенный под углом 8° торец и оконцованное FC-APC коннектором 2, соединено с FC-APC розеткой 3 коллиматора 4 (фиг. 1). Ось 5 FC-APC розетки 3 наклонена относительно оси 6 коллиматора 4. Коллиматор 4 оптически сопряжен с двухкоординатным акустооптическим дефлектором 7 посредством пучка коллимированного света 8. Коллиматор 4 состоит из двух линз 9, обеспечивающих коллимирование оптического сигнала. Поляризатор 10 смонтирован так, что плоскость поляризации коллиматора может быть скорректирована механизмом ручной корректировки плоскости поляризации (не изображен), расположенного на корпусе коллиматора 4. Двухканальный генератор 11 предназначен для формирования синусоидального частотно-модулированного сигнала при подаче на вход управляющего цифрового кода 12. Двухканальный генератор 11 имеет два независимых выходных канала 13, 14 для формирования электрических частотно-модулированных сигналов, поступающих на акустооптические дефлекторы 15, 16. Каждый из акустооптических дефлекторов выполнен из оптически активных кристаллов парателлурита TeO 17, 18, соединенных с пьезоэлектрическими преобразователями 19, 20 соответственно. Фокусирующий объектив 21 служит для преобразования отклоненного коллимированного оптического сигнала 22 в сходящийся пучок света 23. Волоконно-оптический массив коллиматоров 24 представляет собой массив микролинз 25 и волоконно-оптический массив 26, соединенных вместе. Торцы оптических волокон вставляются в периодически расположенные V-образные углубления кремниевой подложки 27 волоконно-оптического массива 26 и склеиваются вместе силиконовым клеем или адгезивом.
Каждая пара «микролинза 28-оптическое волокно 29» расположена соосно друг относительно друга и периодически располагается в пределах волоконно-оптического массива коллиматоров 24.
Поскольку массив микролинз 25 и волоконно-оптический массив 26 соединены вместе, точность наведения волоконно-оптического массива коллиматоров 24 увеличивается. Каждое оптическое волокно находится на постоянном фокусном расстоянии от соответствующей ему микролинзы, что обеспечивает низкие входные потери.
На вход устройства подается оптический сигнал 30, а процессом преобразования оптического сигнала управляет компьютер 31. Выходной оптический сигнал формируется микролинзой 32 и подается в выходной выходное оптическое волокно 33.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Оптический сигнал 30 передается по оптическому волокну 1, которое является одномодовым волокном, соединенным с коллиматором 4. Скошенный торец оптического волокна 1 компенсирует отклонение оптического сигнала наклонной системой подключения FC-APC к коллиматору 4, позволяя получить оптический сигнал симметричный относительно его оси 6, исключая обратные отражения в источник сигнала. Расходящийся пучок света проецируется на поляризатор 10, смонтированный в корпусе коллиматора 4. Поскольку оптическое волокно 1, передающее оптический сигнал 30, является одномодовым волокном, то такое оптическое волокно не сохраняет плоскость поляризации, а поворачивает его в произвольном порядке, поэтому поляризатор 10 смонтирован так, чтобы отклоненный сигнал 22 проецировался на фокусирующую линзу 21 с его максимальной интенсивностью.
Поляризованный пучок расходящегося света 34 после прохождения через поляризатор 10, расширяется до необходимого диаметра и проецируется на составную линзу 9, которая преобразует расходящийся пучок света в параллельно идущий поток излучения 8.
Оптический сигнал расширяется, чтобы согласовать диаметр входного луча 30 с апертурой двухкоординатного акустооптического дефлектора 7.
Коллимированный оптический сигнал 8 проецируется на двухкоординатный акустооптический дефлектор 7 под углом в диапазоне 87°-89°, удовлетворяющий условию дифракции Брэгга.
Двухкоординатный акустооптический дефлектор 7 отклоняет оптический сигнал 8 в двух плоскостях. Отклонением оптического сигнала двухкоординатным акустооптическим дефлектором 7 управляет двухканальный генератор 11, управляемый компьютером 31, который подает на его вход цифровой код, соответствующий выбранному выходному волокну волоконно-оптического массива коллиматоров 24. Цифровой код 12 преобразуется двухканальным генератором 11 в пару частотно-модулированных синусоидальных сигналов, соответствующих углам отклонения акустооптических дефлекторов 15 и 16 в двух плоскостях.
Каждый выходной канал двухканального генератора соединен управляющей линией 13, 14 с пьезоэлектрическими преобразователями 19 и 20 акустооптических дефлекторов 15 и 16 соответственно. Они возбуждают акустическую волну, которая распространяется в активном кристалле парателлурита 17 в прямом и обратном направлении, образуя стоячую волну. Частота акустической волны в активном кристалле дефлектора будет пропорциональна частоте электрического сигнала.
Таким образом, кристаллы 17, 18 акустооптических дефлекторов 15 и 16 превращаются в дифракционную решетку Брэгга с управляемым дифракционным углом. Поскольку два акустооптических дефлектора 15 и 16 смонтированы в корпусе двухкоординатного акустооптического дефлектора 7 под прямым углом, то и дифракционные углы этих двух кристаллов также будут под прямым углом. Оптический сигнал 8 отклоняется первым акустооптическим дефлектором 15 в направлении X и вторым акустооптическим дефлектором 16 в направлении Y на заданный угол.
Отклоненный в двух плоскостях двухкоординатным акустооптическим дефлектором 7 оптический сигнал 22 проецируется на фокусирующий объектив 21, который преобразует отклоненный коллимированный пучок 22 в сходящийся световой пучок 23. Этот пучок сужается до требуемого диаметра и проецируется на микролинзу 32 волоконно-оптического массива коллиматоров 24. Выходное оптическое волокно 33 находится на фокусном расстоянии от соответствующей ему микролинзы 32. Таким образом, происходит окончательная фокусировка оптического сигнала в выходное волокно 33. Так, входное волокно 30 будет скоммутированно с требуемым выходным волокном 33 волоконно-оптического массива коллиматоров 24.
Если требуется связать входное оптическое волокно 30 с другим оптическим волокном волоконно-оптического массива коллиматоров 24, то частоты электрических сигналов будут изменены двухканальным генератором 11, чтобы изменить угол отклонения акустооптических дефлекторов 15 и 16.
В заявленном изобретении - АОПК ВОЛС технический результат достигается путем:
- использования коллиматора с наклонной системой подключения, исключающего обратные отражения в источник сигнала, которые могут вызвать многомодовое излучение, оптический шум, и изменение спектра входного оптического сигнала;
- использования волоконно-оптического массива коллиматоров, обеспечивающего меньший уровень оптических потерь и большую точность позиционирования оптического сигнала.