Оптический разветвитель без потерь на обратном отражении и с нулевыми коэффициентами передачи и направленности для волоконно-оптических систем связи
OPTICAL SPLITTER WITHOUT LOSS ON REVERSE REFLECTION AND WITH ZERO TRANSMISSION AND DIRECTIVITY COEFFICIENTS FOR FIBER-OPTIC COMMUNICATION SYSTEMS

Изобретение относится к волоконно-оптическим разветвительным устройствам и может быть использовано в волоконно-оптических сетях информационного обмена.
Древовидный разветвитель осуществляет расщепление одного оптического сигнала на несколько выходных или выполняет обратную функцию объединения нескольких сигналов в один выходной. Обычно древовидные разветвители распределяют мощность в равной степени между всеми выходными полюсами. Конфигурация полюсов в древовидных разветвителях обозначается n х m, где n - число входных полюсов, m - число выходных полюсов. Для древовидных разветвителей n = 1. В применяемых в настоящее время древовидных разветвителях число m = 2 - 32. Большинство древовидных разветвителей двунаправленные, поэтому они могут выполнять функции объединения сигналов. Передаточные параметры для разных выходных полюсов разветвителя стремятся делать более близкими друг к другу.
Звездообразный разветвитель имеет обычно одинаковое число входных и выходных полюсов. Оптический сигнал приходит на один из входных полюсов и в равной степени распределяется между всеми выходными полюсами. Самое большое распространение получили разветвители 2 x 2 и 4 x 4. Во избежание путаницы по входным и выходным полюсам принято обозначать входные полюсы латинскими буквами, а выходные цифрами. Звездообразные разветвители распределяют мощность оптического сигнала в равной степени между всеми оптическими полюсами.
Ответвитель - обобщение древовидного разветвителя. Когда выходная мощность распределяется необязательно в равной пропорции между выходными полюсами. Конфигурации ответвителей бывают 1 x 2; 1 x 3; 1 x 4; 1 x 5; 1 x 6; 1 x 8; 1 x 16; 1 x 32. Выходные полюсы нумеруются в порядке убывания оптической мощности.
Разветвители характеризуются параметрами: коэффициент передачи или коэффициент вносимых потерь; коэффициент направленности или коэффициент однородности; потери на обратном рассеянии.
Коэффициент передачи или коэффициент вносимых потерь определяет потери мощности сигнала, который приходит на один из полюсов и выходит с одного из выходных полюсов. Коэффициент передачи определяют соотношением:
inc
i,j
i
a(I, j) = -10 lg (p/ p); дБ.
Индексы I, j пробегают значения номеров входных и выходных полюсов соответственно, например i = a; j = 1
Коэффициент направленности или однородности характеризует способность разветвителя равномерно передать мощность в выходные полюсы. Он показывает интенсивность нежелательного обратного сигнала, возникающего на другом полюсе из входной группы полюсов и подсчитывается по формуле:
dir
i,j
i
b = 10 lg (p/ p); дБ.
Индексы i , g относятся к одной группе полюсов.
Потери на обратном рассеянии, есть выходная мощность, регистрируемая на полюсе i при условии подачи сигнала на этот же полюс. Этот коэффициент схож с коэффициентом обратных потерь в оптических соединителях. Потери на обратном рассеянии подсчитываются по формуле:
bs
i,j
i
b (i)= 10 lg (p/ p); дБ.
Для представления параметров разветвителей всех типов строится матрица потерь. На диагонали матрицы стоят коэффициенты потерь на обратном рассеянии, где в качестве входного сигнала последовательно выбираются полюсы от a до 4. Для разветвителя n x n экспериментально все коэффициенты строится матрица размером 2n x 2n.
Среди пассивных элементов волоконно-оптических систем особое место занимают разветвители, разделяющиеся по категориям на древовидные, звездообразные и ответвители. Принципы работы разветвителей описаны в работах: Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. ЭКО-ТРЕНДЗ, - М.: Радио и связь, 2001, 266 С.; Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, наротехнологии. - М.: Физматлит, 2007, 416 с.
Принцип работы предлагаемых разветвителей основывается на действии интегрирующей сферы, описанной в работах: М.М. Гуторов. Основы светотехники и источники света. М., Энергоатомиздат, 1983, 384 с. М.М.Епанешников. Электрическое освещение, М., Энергия,1973, 352С.
Общим недостатком известных разветвителей является то, что они характеризуются энергетическими потерями, определяемыми такими параметрами, как коэффициенты передачи или коэффициенты вносимых потерь, как коэффициенты направленности или коэффициенты однородности, а также потери на обратном рассеянии Недостатком прототипов является то, что разветвители имеет низкую надежность за счет больших оптических потерь.
Известен оптический разветвитель, содержащий по крайней мере один пучок кварц-полимерных световодов, состыкованных в торец с оптическим смесительным стержнем (RU 128354, МПК G02B 6/28, опубл. 20.05.2013).
Недостатком прототипа является то, что оптический разветвитель имеет низкую надежность за счет больших энергетических потерь.
Технический результат заключается в том, что позволяет четко рассчитывать величину энергетических потерь на любом входе или выходе разветвителей и, таким образом, обеспечивать требуемые равномерности входящих и выходящих световых потоков, за счет многократного отражения входных излучений в оптическом разветвителе сферической формы, изготовленном из кварцевого стекла.
Сущность изобретения заключается в том, что оптический разветвитель без потерь на обратном отражении и с нулевыми коэффициентами передачи и направленности для волоконно-оптических систем связи содержит волоконные световоды на основе кварцевого стекла и отражающее сферическое покрытие. Оптический разветвитель имеет сферическую форму и изготовлен из кварцевого стекла с показателем преломления n = 1,46 - 1,49. Он состоит из двух частей сферы с плоскими полированными поверхностями и с нанесенной на их внешнюю сферическую поверхность отражающим покрытием, при этом каждая часть сферы включает отражающие зеркальные экраны, площадями, не позволяющими излучению от входных волоконных световодов напрямую взаимодействовать с выходными волоконными световодами. Полированные плоские части сферы соединены с помощью клея, имеющим такой же показатель преломления, что и кварцевое стекло и полностью покрытым после склеивания таким же отражающим покрытием, что и отражающие зеркальные экраны, и дополнительно покрытый защитным полимерным слоем.
На чертеже представлена схема оптического разветвителя.
Оптический разветвитель 1 имеет сферическую форму. Он изготовлен из кварцевого стекла с показателем преломления n = 1,46 - 1,49 и содержит входные волоконные световоды 2 и выходные волоконные световоды 3 на основе кварцевого стекла. Оптический разветвитель 1 состоит из двух частей сферы 4 и 5, с плоскими полированными поверхностями и с нанесенным на их внешнюю сферическую поверхность отражающим покрытием 6. На каждой плоской части сферы 4 и 5 имеются отражающие зеркальные экраны 7, площадями, не позволяющими излучению от входных волоконных световодов 2 напрямую взаимодействовать с выходными волоконными световодами 3. Полированные плоские части сферы 4 и 5 соединены клеем, имеющим такой же показатель преломления, что и кварцевое стекло и полностью покрыты после склеивания таким же отражающим покрытием 6, что и отражающие зеркальные экраны 7 . Дополнительно оптический разветвитель 1 покрыт защитным полимерным слоем 8.
Устройство работает следующим образом. Световые потоки из входных волоконных световодов 2 попадают на отражающие зеркальные экраны 7 в первой части сферы 4, что вызывает многократные отражения в обеих частях 4, 5 сферы и выходят через выходные волоконные световоды 3 к потребителю.
е
1
Зная значение светового потока Фе, введенного в разветвитель 1 , можно подсчитывать световые потоки, выводимые из разветвителя Ф, определяемые площадью выходного отверстия по формуле:
е
1
Ф= Фе (1-ρ) So / Sш ρ, где
Sш - площадь поверхности зеркального покрытия;
ρ - коэффициент отражения зеркального покрытия;
So- площадь выходного отверстия.
Уменьшаются энергетические потери за счет многократного отражения входных излучений в оптическом разветвителе сферической формы, изготовленном из кварцевого стекла.
Предлагаемые конструкции оптического разветвителя, для которых коэффициенты передачи (коэффициенты вносимых потерь), коэффициенты направленности (коэффициенты однородности), потери на обратном рассеянии теряют смысл. Входные 2 и выходные 3 волоконные световоды встраиваются в оптический разветвитель любым способом терминирования оптических волокон перед полировкой поверхностей на каждом сферическом элементе.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет четко рассчитывать величину энергетических потерь на любом входе или выходе разветвителей и, таким образом, обеспечивать требуемые равномерности входящих и выходящих световых потоков, уменьшает энергетические потери за счет многократного отражения входных излучений в оптическом разветвителе сферической формы, изготовленном из кварцевого стекла