СПЛАВНОЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ РАЗВЕТВИТЕЛЬ

Техническое решение относится к области волоконной оптике, конкретно к элементной базе волоконно-оптических линий связи и может использоваться для дуплексной связи на многомодовом волокне.
Известна конструкция сплавного направленного разветвителя X типа (патент РСТ WO 01/65286 A1 KIM, Byoung-Yoon: Method of fabricating a fused-type mode-selective directional coupler), которая содержит два отрезка оптических волокон и область их сплавления, представляющая собой биконическое сужение. Такая конструкция может содержать как многомодовые, так и одномодовые оптические волокна. Принцип работы разветвителей X типа основан на селекции мод, распространяющихся в биконической области сужения.
Недостатком устройства является отсутствие возможности объединять оптическое излучение в одно волокно.
Известна конфигурация ответвителя, которая позволяет объединять лучи при низких вносимых потерях (объединение лучей между одно- и многомодовыми волокнами в сплавленном ответвителе. Liu Chunyu, Yu Youlong, Gao Hingjun. Guangxue xuebao = Acta opt. sin. 2005. 25, №6, c. 743-745, 4 ил. Библ. 10. Кит.; рез. англ). Конструкция состоит из двух отрезков одно- и многомодовых волокон и области их сплавления, представляющая собой также биконическое сужение. Устройство обеспечивает объединение 2-х лучей. Коэффициент ответвления каждого плеча >90%. В качестве объединителя с низкими вносимыми потерями устройство может быть использовано в оптических системах связи и для волоконных лазеров.
Устройство не обеспечивает прием излучения из многомодового плеча в одномодовое для обеспечения даже 10% излучения в выходном одномодовом оптическом волокне так как апертура приемного одномодового волокна не может принять это излучение ввиду малости диаметра сердцевины одномодового волокна.
Известно устройство на основе многомодовых волокон, состоящее из трех отрезков многомодового волокна соединенных с помощью сплавления в конструкцию типа 1×2 с равномерным распределением излучения по выходным полюсам, (патент US №4,083,625 Marshall С. Hudson, Corning, N.Y., Optical Fiber Junction Device).
Недостатком этого устройства является невозможность ввода излучения в ответвляющие волокна с коэффициентом ввода более 90%, поскольку излучение распределяется поровну по полюсам.
с
с
В качестве прототипа выбран (патент РФ №150346) сплавной волоконно-оптический разветвитель конфигурации 1×2, выполненный из отрезков оптического волокна, имеющего прозрачную сердцевину с показателем преломления n и светоотражающую оболочку с показателем преломления по, меньшим n, входное оптическое волокно расположено вдоль оси стыковки отрезков выходных оптических волокон с поперечным сдвигом Δх=а, где 0≤a/R≤1, где R - радиус сердцевины оптического волокна.
Недостатком этого устройства является ограниченный коэффициент ввода излучения в волокно с меньшим коэффициентом вывода и не превышает 10%, например, при коэффициенте деления излучения 10%/90%, т.е. в этот полюс можно вводить столько излучения, сколько и выводить.
В основу полезной модели поставлена задача, усовершенствовать сплавной многомодовый волоконно-оптический разветвитель для обеспечения расширения функциональных возможностей устройства за счет функции объединения не только обоих полюсов, но и с возможностью разветвления в оба полюса с нужным коэффициентом ввода/вывода.
с
о
с
Поставленная задача решается тем, что сплавной волоконно-оптический разветвитель включающий три отрезка многомодового волокна, имеющих прозрачную сердцевину с показателем преломления n и светоотражающую оболочку с показателем преломления n, меньшим n, область сплавления оптических волокон, причем торцы окончаний двух волокон расположены на одной линии соосно с осью третьего волокна, торец третьего оптического волокна представляет собой гладкую поверхность, перпендикулярную оси и расположен по отношению к паре волокон соосно, отличающийся тем, что окончания трех отрезков оптического волокна с одной стороны имеют участки с удаленным полимерным покрытием на длине ~15 мм, на удаленном от полимера участке на длине 5-7 мм пара отрезков оптических волокон имеют протравленные участки до толщины оболочки ~3 мкм, одно из входных волокон содержит коническое сужение с длиной 1-2 мм и конечным диаметром 35-46 мкм, окончания пары волокон расположены бок о бок под углом ~2° друг к другу в одной плоскости.
Конструкция разветвителя обеспечивает дифференциацию каналов по апертуре в зависимости от длины волокна третьего канала. Апертура излучения одномодового волокна, вошедшее в многомодовое волокно с коническим сужением в области сплавления после объединения сигналов на протяженной линии может распространяться на достаточно большие расстояния (до 10 км), не претерпевая значительного увеличения. Это объясняется малостью апертуры входного излучения и позволяет произвести разделение каналов по апертуре и сохранять, таким образом, скрытную информацию на длине преобразования одномодового излучения в многомодовое (или апертуры излучения в стационарное распределение для многомодового волокна на длине ~10 км). При передаче, многомодовое излучение в другом полюсе будет служить в качестве защитного излучения (малоинформативного канала для переговоров), а одномодовое излучение для передачи скрытной информации. При этом емкость передающего канала увеличивается. Кроме того, при несанкционированном доступе в канал излучение с большей апертурой (многомодовое излучение) будет частично выходить из волокна в результате частичного изгиба волокна для несанкционированного считывания, поэтому общий сигнал будет падать, сигнализируя о несанкционированном проникновении. Снятая информация с многомодового волокна не несет секретной информации и не представляет особой угрозы. Для того, чтобы проникнуть в передающую среду с секретной информацией, нужно очень сильно произвести изгиб волокна, что может привести к разрушению, при этом почти все излучение многомодового волокна должно сильно затухнуть. Таким образом, эта конструкция разветвителя может использоваться в качестве смесителя/объединителя для канала с защитой от несанкционированного доступа в линию связи. Здесь канал 1-3 работает с двумя абонентами (не секретная информация), а сам канал 2 служит для ввода/вывода излучения (например, секретной информации на другой длине волны). Канал 1-3, на котором идет передача не секретной информации контролирует целостность канала, а изменение уровня сигнала контролирует попытку доступа к информации.
На фиг. 1 представлено расположение выходных волокон (травление в р-ре HF до толщины оболочки в несколько микрон 2-3 мкм.) по отношению к входному волокну перед сплавлением.
На Фиг. 2 представлено расположение волокон (травление в р-ре HF до толщины оболочки в несколько микрон 2-3 мкм.) по отношению к входному волокну после сплавления.
Устройство содержит (фиг. 1) три отрезка оптических волокон 1, 2, 3, торцы окончаний двух волокон расположены на одной линии соосно с осью третьего волокна, торец третьего оптического волокна представляет собой гладкую поверхность, перпендикулярную оси и расположен по отношению к паре волокон соосно.
Устройство содержит область сплавления 4 (фиг. 2). Окончания трех сплавляемых отрезков оптического волокна с одной стороны имеют участки с удаленным полимерным покрытием на длине ~15 мм, а на длине 5-7 мм имеют протравленные участки кварцевой оболочки до толщины оболочки ~3 мкм, кроме того, один из протравленных окончаний дополнительно имеет участок перетяжки в виде конического сужения с длиной 1-2 мм и конечным диаметром 35-46 мкм, окончания пары волокон расположены бок о бок под углом ~2° друг к другу в одной плоскости.
Разветвитель подготавливают следующим образом.
Удаляют полимерную оболочку с окончаний трех отрезков многомодовых ОВ, затем на паре окончаний травлением удаляют кварцевую оболочку до толщины 2-3 мкм. Окончание одного из них подвергают нагреву и растяжке до диаметра 35-46 мкм. Далее, окончания пары выходных волокон располагают параллельно друг к другу бок о бок и стыкуют с третьим волокном, ось которого расположена параллельно паре выходных волокон. Поперечное смещение оси входного волокна в сторону волокна с меньшим диаметром окончания позволяет задавать коэффициент ответвления-объединения до величины более 90%. Все три окончания сплавлены вместе, образуя ступенчатую структуру.
Устройство работает следующим образом.
Ввод излучения осуществляется в одиночное волокно 3 справа (фиг. 2)
При попадании оптического излучения, выходящего из входного оптического многомодового волокна с числовой апертурой NA≈0,2 на расширяющейся части конической области сплавления выходных оптических волокон излучение распределяется пропорционально площадям выходных волокон. Причем около 90% излучения попадает в волокно с большим диаметром (соотношение диаметров определяется исходными параметрами пары окончаний подготовленных волокон перед сплавлением), а остальное излучение в волокно с меньшим диаметром.
При вводе одномодового излучения в порт 2, где диаметр окончания уменьшен предварительной растяжкой, более 90% излучения попадает в порт 3 за счет малой апертуры излучения возбуждающего одномодового волокна/лазера. В это излучение можно поместить основную секретную информацию. При этом излучение от одномодового волокна будет попадать в порт 3, и распределено ближе к оси выходного многомодового волокна.
При вводе многомодового излучения в порт 1 более 90% многомодового излучения попадет в порт 3 симметрично, т.к. первоначально был задано соотношение излучения на выходных полюсах 10/90.
Конструкция разветвителя позволяет обойти существующие методы несанкционированного доступа благодаря использованию внешнего контрольного излучения с большей апертурой, и которая не несет ценной информации.
Эта конструкция разветвителя может быть использована также в линиях связи для спектрального уплотнения каналов, когда абоненты могут обмениваться пакетами с разными длинами волн (спектральное уплотнение канала).