ВОЛОКОННЫЙ МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Техническое решение относится к области волоконной оптики, а именно, к волоконно-оптическим устройствам, предназначенным для переключения направления света, исходящего от независимого источника, основанных на магнитооптических приборах, обладающих эффектом Фарадея.
В качестве прототипа выбрана конструкция магнитооптического переключателя (Патент Украины № 53936, МПК (2009) G02F 1/00).
Переключатель включает: быстродействующий источник магнитного поля, первый и второй волоконно-оптические поляризационно-селективные разветвители конфигурации 2x2, первый и второй магнитооптические фарадеевские вращатели плоскости поляризации света, выполненные из висмутсодержащей эпитаксиальной пленки феррита-граната (ЭПФГ) типа "легкая плоскость", которые размещены в магнитном поле. Первый и второй выходные полюса первого разветвителя 2><2 соединены в узлах стыковки с входными полюсами первого и второго магнитооптических вращателей, соответственно, а первый и второй входные полюса второго разветвителя 2x2 соединены в узлах стыковки с выходными полюсами первого и второго магнитооптических вращателей, соответственно.
К недостаткам магнитооптического переключателя относится его низкая функциональность, обусловленная тем, что он может переключать свет только с одной длиной волны.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать волоконный магнитооптический переключатель путем использования двух дополнительных поляризационно-селективных разветвителей 2x2, третьего и четвертого магнитооптических вращателей, двух двухволновых волоконно-оптических демультиплексоров конфигурации 1x2 и двух мультиплексоров конфигурации 1x2, предназначенных для работы с первой и второй длинами волн света, что позволяет повысить функциональность переключателя за счет новой функции - коммутации оптических сигналов с двумя длинами волн.
Х
Поставленная задача решается тем, что волоконный магнитооптический переключатель, включающий быстродействующий источник магнитного поля, первый и второй волоконно-оптические поляризационно-селективные разветвители конфигурации 2x2, первый и второй магнитооптические фарадеевские вращатели плоскости поляризации света, выполненные из висмутсодержащей ЭПФГ типа "легкая плоскость", которые размещены в быстродействующем магнитном поле, причем первый и второй выходные полюса первого разветвителя 2x2 соединены в узлах стыковки с входными полюсами первого и второго магнитооптических вращателей, соответственно, а первый и второй входные полюса второго разветвителя 2x2 соединены в узлах стыковки с выходными полюсами первого и второго магнитооптического вращателя, согласно полезной модели, магнитооптический переключатель дополнительно содержит третий и четвертый поляризационно-селективные разветвители 2x2, третий и четвертый магнитооптические фарадеевские вращатели плоскости поляризации света, выполненные из висмутсодержащей ЭПФГ типа "легкая плоскость", а также первый и второй двухволновые волоконно-оптические демультиплексоры конфигурации 12 и первый и второй волоконно-оптические мультиплексоры конфигурации 1x2, причем первый и второй выходные полюса третьего разветвителя 2x2 соединены в узлах стыковки с входными полюсами третьего и четвертого магнитооптического вращателя, соответственно, а первый и второй входные полюса четвертого разветвителя 2x2 соединены в узлах стыковки с выходными полюсами третьего и четвертого магнитооптического вращателя, соответственно, первый и второй выходные полюса первого демультиплексора соединены с первыми входными полюсами первого и третьего разветвителя 2x2, соответственно, первый и второй выходные полюса второго демультиплексора соединены со вторыми входными полюсами первого и третьего
разветвителя 2x2, соответственно, первый и второй выходные полюса второго разветвителя 2><2 соединены, соответственно, с первыми входными полюсами первого и второго мультиплексора, первый и второй выходные полюса четвертого разветвителя 2x2 соединены, соответственно, со вторыми входными полюсами первого и второго мультиплексора.
Магнитооптический переключатель позволяет осуществлять переключение двухволновых оптических сигналов, введенных во входные оптические полюса, между выходными оптическими полюсами, за счет чего повышается его функциональность. Преимуществом магнитооптического переключателя является его более высокая функциональность.
Волоконный магнитооптический переключатель содержит (Фиг. 1) 1, 2, 3, 4 магнитооптические вращатели, 5 - источник магнитного поля; 6, 7, 8 и 9 - первый и второй, третий и четвертый поляризационно-селективные разветвители 2x2, соответственно; 10 и 11 -первый и второй демультиплексоры, соответственно, 12 и 13 - первый и второй мультиплексоры, соответственно; 14 - узел стыковки оптических волокон; 15, 16, 17 - входной, первый и второй выходные полюса демультиплексора 10, соответственно; 18, 19, 20 - входной, первый и второй выходные полюса демультиплексора 11, соответственно; 21, 22, 23, 24 -первый и второй входные и первый и второй выходные полюса разветвителя 6, соответственно; 25, 26, 27, 28 - первый и второй входные и первый и второй выходные полюса разветвителя 8, соответственно; 29, 30, 31, 32 - первый и второй входные и первый и второй выходные полюса разветвителя 7, соответственно; 33, 34, 35, 36 - первый и второй входные, первый и второй выходные полюса разветвителя 9, соответственно; 37, 38, 39 - первый и второй входные и выходные полюса мультиплексора 12, соответственно; 40, 41, 42 - первый и второй входные и выходные полюса мультиплексора 13, соответственно; 43 - ЭПФГ; 44 - подложка.
Разветвители 6 и 7, а также магнитооптические вращатели 1 и 2 предназначены для работы на первый длине волны, а разветвители 8 и 9, а также магнитооптические вращатели 3 и 4 предназначены для работы на второй длине волны.
Выходной полюс 16 демультиплексора 10 соединен с первым входным полюсом 21 разветвителя 6, а выходной полюс 17 демультиплексора 10 соединен с первым входным полюсом 25 разветвителя 8. Выходной полюс 19 демультиплексора 11 соединен со вторым входным полюсом 22 разветвителя 6, а выходной полюс 20 демультиплексора 11 соединен со вторым входным полюсом 26 разветвителя 8.
Первый и второй выходные полюса 23 и 24, соответственно, разветвителя 6 и первый и второй выходные полюса 27 и 28, соответственно, разветвителя 8 соединены с входными полюсами магнитооптических вращателей 1, 2, 3, 4, соответственно, а также первый и второй входные полюса 29 и 30, соответственно, разветвителя 7 и первый и второй входные полюса 33 и 34, соответственно, разветвителя 9 соединены с выходными полюсами магнитооптических вращателей 1, 2, 3, 4, соответственно, стандартным способом разъемного или неразъемного соединения в узлах стыковки 14. Первый и второй выходные полюса 31 и 32, соответственно, разветвителя 7 соединены, соответственно, с первым входным полюсом 37 мультиплексора 12 и первым входным полюсом 40 мультиплексора 13. Первый и второй выходные полюса 35 и 36, соответственно, разветвителя 9 соединены, соответственно, со вторым входным полюсом 38 мультиплексора 12 и вторым входным полюсом 41 мультиплексора 13.
Магнитооптический переключатель работает следующим образом.
На Фиг. 2 показано прохождение света с двумя длинами волн с произвольным состоянием поляризации через магнитооптический переключатель при выключенном магнитном поле.
Демультиплексор 10 разветвляет первую и вторую длины волн, которые вводятся в его входной полюс 15, первая длина волны ответвляется в его первый выходной полюс 16, а вторая - в его второй выходной полюс 17. Демультиплексор 11 разветвляет первую и вторую длины волн, которые вводятся в его входной полюс 18, первая длина волны ответвляется в его первый выходной полюс 19, а вторая - в его второй выходной полюс 20. Мультиплексор 12 объединяет в выходном полюсе 39 свет с первой и второй длинами волн, которые вводятся в его первый 37 и второй 38 входные полюса. Мультиплексор 13 объединяет в выходном полюсе 42 свет с первой и второй длинами волн, которые вводятся в его первый 40 и второй 41 входные полюса.
Прохождение света через магнитооптический переключатель, поступающего в его входной полюс, которым является входной полюс 15 демультиплексора 10, можно рассматривать в виде суммарного распространения двух оптических линейно поляризованных световых пучков pi и si для первой длины волны и р2 и S2 - для второй, плоскости поляризации которых, соответственно, взаимно перпендикулярны. Демультиплексор 10 ответвляет световой пучок с первой длиной волны в полюс 16, а со второй - в полюс 17. За счет того, что демультиплексор 10 поддерживает поляризацию, световые пучки на его выходных полюсах 16 и 17, соответственно, идентичны световым пучкам, которые вводятся во входной полюс 15.
Разветвитель 6 распределяет световые пучки pi и si так, что световой пучок pi направляется в его выходной полюс 23, а пучок si - в его выходной полюс 24. Разветвитель 8 распределяет световые пучки р2 и S2 так, что световой пучок р2 направляется в его выходной полюс 27, а пучок S2 - в его выходной полюс 28.
Дальше световые пучки pi и si из выходных полюсов 23 и 24 разветвителя 6, а также световые пучки рг и S2 из выходных полюсов 27 и 28 разветвителя 8, поступают, соответственно, на входные полюса магнитооптических вращателей 1, 2, 3, 4. При выключенном магнитном поле, состояние поляризации световых пучков на выходных полюсах магнитооптических вращателей 1, 2, 3 и 4 не меняется и во входные полюса 29 и 30 разветвителя 7 вводятся световые пучки pi и si, соответственно, а во входные полюса 33 и 34 разветвителя 9 вводятся световые пучки рг и S2, соответственно.
При прохождении разветвителей 7 и 9 световые пучки pi и si, а также р2 и S2 направляются в их выходные полюса 31 и 35, соответственно, на выходе которых присутствуют суммарные световые пучки pi+si и P2+S2, образованные, соответственно, из двух световых пучков pi и si, a также рг и S2, плоскости поляризации которых, соответственно, взаимно перпендикулярны.
Световые пучки с первой и второй длинами волны из полюсов 31 и 35 разветвителей 7 и 9, соответственно, вводятся в полюса 37 и 38 мультиплексора 12. На выходном полюсе 39 мультиплексора 12 присутствует свет с двумя длинами волн, которые за счет того, что мультиплексор 12 поддерживает поляризацию, является идентичным свету, который поступает в магнитооптический переключатель.
На Фиг. 3 показано прохождения света с двумя длинами волн с произвольным состоянием поляризации через магнитооптический переключатель при включенном магнитном поле.
Прохождение пучков света при выключенном и включенном магнитном поле до входа его в магнитооптические вращатели совпадает.
При включенном магнитном поле плоскость поляризации оптических сигналов на выходных полюсах магнитооптических вращателей 1, 2, 3, 4 поворачивается на 90 градусов. За счет чего происходит преобразование входных световых пучков pi, si, рг и S2, которые входят в магнитооптические вращатели 1, 2, 3, 4, соответственно, в световые пучки si, pi, S2 и р2, на выходе магнитооптических вращателей 1, 2, 3, 4, соответственно.
Во входные полюса 29 и 30 разветвителя 7 вводятся световые пучки si и pi, соответственно, а во входные полюса 33 и 34 разветвителя 9 вводятся световые пучки S2 и р2, соответственно. При прохождении разветвителей 7 и 9 световые пучка pi и si, а также рг и S2 направляются, соответственно, в их выходные полюса 32 и 36, соответственно, на выходе которых присутствуют суммарные световые пучки pi+si и P2+S2, образованные, соответственно, из двух световых пучков pi и si, а также рг и S2, плоскости поляризации которых, соответственно, взаимно перпендикулярны.
Световые пучки с первой и второй длинами волн из полюсов 32 и 36 разветвителей 7 и 9, соответственно, вводятся в полюса 40 и 41 мультиплексора 13.
На выходном полюсе 42 мультиплексора 13 присутствует свет с двумя длинами волн, которые за счет того, что мультиплексор 13 поддерживает поляризацию, является идентичным свету, который вводится в магнитооптический переключатель.
При введении света во второй входной полюс магнитооптического переключателя, которым является входной полюс 18 демультиплексора 11, прохождение света по оптическим цепям магнитооптического переключателя аналогично прохождению света, введенного в полюс
15 демультиплексора 10. При этом, при включенном магнитном поле свет будет направляться во второй выходной полюс магнитооптического переключателя, которым является оптический полюс 42 мультиплексора 13. А при включении магнитного поля свет будет направляться в первый выходной полюс магнитооптического переключателя, которым является оптический полюс 39 мультиплексора 12.
Таким образом, при включении магнитного поля происходит переключение оптических сигналов между выходными оптическими полюсами магнитооптического переключателя.
При частичном включении магнитного поля, подавая его на магнитооптические вращатели 1 и 2 или на - 3 и 4, можно осуществлять независимое переключение пучка света с первой или второй длиной волны.
Пример.
Для изготовления магнитооптического переключателя, например, для длин волн света1310 и 1550 нм, могут быть использованы следующие элементы. В качестве поляризационно-селективных разветвителей могут быть использованы polarization beam combiner/splitter 2x2,для длин волн света 1310 и 1550 нм, производства Opto-Link Corporation Ltd(http://www.optolinkcorp.com/pdf/COM_2x2.pdf). В качестве двухволновых мультиплексоров идемультиплексоров, могут быть использованы polarization maintaining wavelength divisionmultiplexer 1x2 для длин волн света 1310 и 1550 нм производства Opto-Link Corporation Ltd,которые сохраняют состояние поляризации света
(http://www.optolinkcorp.corn/pdf/WDM_PM.pdf). Возможно применение мультиплексоров и демультиплексоров, которые не сохраняют состояние поляризации света, при этом переключатель будет осуществлять переключение света, но не будет сохранять состояние его поляризации.
В качестве магнитооптических вращателей можно использовать планарные волноводы, которые выполнены, например, из висмутсодержащей ЭПФГ типа "легкая плоскость" в виде пленок или планарных волноводов, которые сформированы на поверхности ЭПФГ, например, путем фотолитографии.
Если материал магнитооптического вращателя имеет значительную коэрцитивность, то для управления поворотом плоскости поляризации света используют магнитное поле разной полярности. При этом угол поворота плоскости поляризации выходного света относительно плоскости поляризации входного света представляет ±45 градусов, так, чтобы суммарный поворот плоскости поляризации при изменении полярности магнитного поля составлял 90 градусов. При этом торцы поляризационных оптических волокон, соединенных с входным и выходным полюсами магнитооптического вращателя, должны быть повернуты относительно друг друга так, чтобы быстрые оси этих оптических волокон были скрещены на угол минус 45 или плюс 45 градусов в зависимости от того, какой из данных углов поворота плоскости поляризации света на выходе магнитооптического вращателя выбран в качестве начального положение состояния переключения.
Таким образом, магнитооптический переключатель позволяет осуществлять переключение двухволнового оптического сигнала, введенного в его входные оптические полюса, между выходными оптическими полюсами одновременно или выборочно для каждой из длин волн за счет чего повышается его функциональность. Преимуществом магнитооптического переключателя есть его более высокая функциональность.