СПЛАВНОЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ РАЗВЕТВИТЕЛЬ КОНФИГУРАЦИИ 1×2

Полезная модель относится к области волоконной оптики, конкретно к элементной базе волоконно-оптических линий связи.
В качестве прототипа выбран оптический разветвитель (П. № 4083625, МПК 2: G02B 5/14, US, 1978 г.), выполненный из 2-х отрезков оптического волокна, имеющего прозрачную сердцевину и светоотражающую оболочку, входное оптическое волокно и конусообразный участок, причем ось входного волокно расположена вдоль оси стыковки отрезков оптического волокна.
Устройство не обеспечивает заданное соотношение излучения между выходными оптическими волокнами.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать сплавной многомодовый волоконно-оптический разветвитель конфигурации 1x2 путем расположения входного волокна вдоль оси стыковки отрезков оптического волокна со сдвигом Ах оси входного волокна пропорционально заданному распределению. Такой сдвиг обеспечивает заданное соотношение излучения между выходными оптическими волокнами.
0
0
с
Поставленная задача решается тем, что сплавной волоконно-оптический разветвитель конфигурации 1x2 выполненный из отрезков оптического волокна, имеющего прозрачную сердцевину с показателем преломления п и светоотражающую оболочку с показателем преломления п, меньшим п, входное оптическое волокно и два выходных волокна, согласно полезной модели, входное оптическое волокно расположено вдоль оси стыковки отрезков выходных оптических волокон со сдвигом Ах = а, где 0 < a/R < 1, где R - радиус сердцевины оптического волокна, что обеспечивает заданное соотношение излучения между выходными оптическими волокнами.
Устройство содержит (фиг. 1) входное волокно 1, выходные волокна 2, 3 и область сплавления оптических волокон 4 (фиг. 2).
На (фиг. 1) приведено расположение выходных волокон после травления в растворе HF до толщины оболочки в несколько микрон: 2-3 мкм по отношению к входному волокну перед сплавлением.
На (фиг. 2) показана область сплавления разветвителя.
На (фиг. 3) приведено расположение оптических волокон перед сплавлением, где: 1 и 2 - сечение выходных волокон, а 3 - сечение входного волокна. Области перекрытия
дают распределение выходного излучения на выходе разветвителя.
Разветвитель изготавливают следующим образом.
Удаляют полимерную оболочку с окончаний обоих оптических волокон, затем путем травления удаляют кварцевую оболочку, выходные волокна располагают параллельно друг другу, стыкуют с третьим волокном, ось которого расположена параллельно одному из выходных волокон, а сдвиг Дх = а, где 0 < a/R < 1, где R - радиус сердцевины оптического волокна, сплавляют три волокна на их стыке.
Пример выполнения устройства.
Для расчетов выходного соотношения излучения по выходным волокнам 1 и 2 необходимо получить разветвитель с распределением, например, 85 % и 15 % на выходных волокнах разветвителя. Для этого необходимо рассчитать сдвиг входного волокна по отношению к паре выходных волокон. За начало отсчета выберем точку О, как центр круга входного волокна. Тогда сдвиг Ах = а равен расстоянию до центра 1-го выходного волокна. Примем для простоты, что все волокна имеют одинаковый радиус, а также - за единицу радиус R окружности волокон. Тогда переменную величину а, можно нормировать по отношению к R и получим, a/R. Точка пересечения окружности 1 и 3 является величиной
<b>XI = а/2.</b>
<b>1)</b>
Аналогично
Х2 = 1 - xi (поскольку их сумма равна радиусу R = 1).
2)
Для расчетов площади перекрытия волокон можно использовать формулу площадей сегментов
Si = (ai - sin ai)R<sup>2</sup>/2
3)
S<sub>2</sub> = (a<sub>2</sub> - sin a<sub>2</sub>)R<sup>2</sup>/2
4)
2
2
где: Si и S - площади перекрытия волокон 1-3 и 2-3, ai и a углы, образованные радиусом от начала координат до точки пересечения окружностей 1 и 3. Углы вычисляются как
ai = arccos (xi/R)
5)
и, соответственно,
а<sub>2</sub> = arccos (x<sub>2</sub>/R).
6)
2
Si.
Подставляя найденные значения xi и х, получим величины площадей Si и Соотношение площадей перекрытия, а также и соотношение оптического излучения по выходным волокнам, вычисляются по формулам 7 и 8 Для первого волокна:
100%
и для второго волокна
S1+S2
100%.
Подставляя в формулы значения, a/R с условием, что 0 < a/R < 1, найдем нужное и заданное распределение оптического излучения между выходными волокнами. Зная величину, a/R, найдем фактический сдвиг а = 15,6 мкм волокна 3 по отношению к волокну 1.
Пример конкретного выполнения приведен в таблице.
Устройство работает таким образом.
При попадании оптического излучения, выходящего из входного оптического волокна с числовой апертурой NA на конически расширяющиеся части области сплавления выходных оптических волокон, излучение распределяется пропорционально сдвигу оси входного волокна по отношению к осям выходных волокон. На (фиг. 3) изображено сечение области сплавления и взаимное расположение осей выходных волокон. Такое соединение трех оптических волокон позволяет ответвить любую часть оптического излучения с очень низкими потерями, а прочность сплавного соединения выше за счет отсутствия области сужения.
Изменяя взаимное расположение осей входного волокна и выходных волокон, можно получить любое соотношение выходного излучения между выходными волокнами.
Таблица
Сплавной волоконно-оптический разветвитель конфигурации 1><2.
Задаваемые параметры
а, рад
arcos (x/R)
R по умолчанию, (мкм)
31,25
a/R
0,5
x/R
0,50
Площадь сегмента, мкм<sup>2</sup>
S = (а - sin a)R<sup>2</sup>/2
Параметры, которые вычисляются
xi/R =
0,25
x<sub>2</sub>/R =
0,75
<b>ai =</b>
1,32
(X2 =
0,72
Si сегмента =
170,83
S2 сегмента =
29,93
Si сегмента + S2 сегмента
200,76
Результат
[Si/(Si+S<sub>2</sub>)] -100%
85,1 %
[S<sub>2</sub>/(Si+S<sub>2</sub>)] -100%
14,9%
а =
15,63 мкм
xi = а/2 =
7,815 мкм