АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ КОММУТАЦИИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

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 (ИИС).
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, выполненное в виде двух акустооптических дефлекторов, отклоняющих 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 В2 США, МПК G02F 1/335. Acousto-optic switch for fiber optic lines/ Ivtsenkov 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; - отсутствие корпуса, защищающего АО коммутатор от механических повреждений, что не исключает смещение элементов коммутатора относительно друг друга;
- неудобство эксплуатации, обусловленное отсутствием разъемных соединений для подключения к системе АО коммутатора.
Задача - исключить указанные недостатки, а именно:
- снижение оптических шумов;
- повышение надежности и удобства эксплуатации.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в акустооптическом преобразователе для коммутации волоконно-оптических линий связи распределенных информационно-измерительных систем, содержащем входное оптическое волокно, коллиматор оптического сигнала, включающий коллимирующую линзу, двухкоординатный акустооптический дефлектор, генератор для возбуждения акустических волн, линзу для фокусировки отклоненного оптического сигнала, в отличие от прототипа, коллимирующая линза выполнена составной и имеет скошенную торцевую поверхность, коллиматор оптического сигнала и выходные оптические волокна имеют разъемные соединения, а система акустооптического преобразователя помещена в закрытый корпус.
На фиг.1 изображен АОПК ВОЛС с выходными оптическими волокнами, собранными в волоконно-оптический кабель, и оконцованными FC коннекторами.
На фиг.2 изображена структурная схема АОПК ВОЛС.
2
Система АОПК смонтирована в закрытом корпусе 1, защищающем детали преобразователя от механических воздействий и повреждений. Входное оптическое волокно 2 соединено с коллиматором 3, закрепленного в держателе 4 на боковой панели 5 акустооптического преобразователя для коммутации волоконно-оптических линий связи (фиг.1). Коллиматор 3 оптически сопряжен с двухкоординатным акустооптическим дефлектором 6 посредством пучка коллимированного света 8 (фиг.2). Коллиматор 3 состоит из двух линз, в котором используется плоско-выпуклая линза 9 и скошенная линза 10, что обеспечивает низкие обратные отражения оптического сигнала. Поляризатор 11 смонтирован так, что плоскость поляризации коллиматора может быть скорректирована механизмом ручной корректировки плоскости поляризации (не изображен), расположенного на корпусе коллиматора 3. Двухканальный генератор 12, расположенный в корпусе акустооптического преобразователя для коммутации волоконно-оптических линий связи 1, предназначен для формирования синусоидального частотно-модулированного сигнала при подаче на вход 13 (фиг.1) двухканального генератора управляющего цифрового кода. Двухканальный генератор 12 имеет два независимых выходных канала 14, 15 для формирования электрических частотно-модулированных сигналов, поступающих на акустооптические дефлекторы 16, 17. Каждый из акустооптических дефлекторов выполнен из оптически активных кристаллов парателлурита TeO 18, 19, соединенных с пьезоэлектрическими преобразователями 20, 21 соответственно. Фокусирующий объектив 22 служит для преобразования отклоненного коллимированного оптического сигнала 23 в сходящийся пучок света 24. Фокусирующий объектив выполнен в виде линзы, смонтированной в оптическом держателе 25. Волоконно-оптический массив коллиматоров 26 представляет собой массив микролинз 27 и волоконно-оптический массив 28, соединенных вместе.
Каждая пара «микролинза 29-оптическое волокно 30» (фиг.2) расположена соосно друг относительно друга и периодически располагается в пределах волоконно-оптического массива коллиматоров 26.
Выходные волокна 31 волоконно-оптического массива коллиматоров 26 выведены на торцевую панель 32 корпуса, 1 (фиг.1) и собраны в волоконно-оптический кабель 33 (фиг.2), каждое волокно которого оконцовано FC коннектором 34. Такая конструкция АОПК ВОЛС обеспечит оптическую коммутацию с большим числом выходных оптических волокон. Выходные оптические волокна волоконно-оптического массива коллиматоров будут неподвижны в пределах корпуса акустооптического преобразователя для коммутации волоконно-оптических линий связи 1 за счет фиксатора 35 волоконно-оптического кабеля, расположенного на торцевой панели 32 корпуса АОПК ВОЛС 1. На вход устройства подается оптический сигнал 36, а процессом преобразования оптического сигнала управляет компьютер 37. Выходной оптический сигнал формируется микролинзой 38 и подается в выходной выходное оптическое волокно 39.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Оптический сигнал 36 передается по оптическому волокну 2 (фиг.2), которое является одномодовым волокном, соединенным с коллиматором 3. Расходящийся пучок света проецируется на поляризатор 11, смонтированный в корпусе коллиматора 3. Поскольку оптическое волокно 2, передающее оптический сигнал 36, является одномодовым волокном, то такое оптическое волокно не сохраняет плоскость поляризации, а поворачивает его в произвольном порядке, поэтому поляризатор 11 смонтирован так, чтобы отклоненный сигнал 23 проецировался на фокусирующую линзу 22 с его максимальной интенсивностью. Плоскость поляризации поляризатора 11 может быть механически скорректирована механизмом, расположенным на корпусе коллиматора 3.
Поляризованный пучок расходящегося света 7 после прохождения через поляризатор 11, расширяется до необходимого диаметра и проецируется на составную линзу 9, которая преобразует расходящийся пучок света в параллельно идущий поток излучения 8. Угловая сторона линзы 10 снижает обратные отражения коллиматора 3.
Оптический сигнал расширяется, чтобы согласовать диаметр входного луча 36 с апертурой двухкоординатного акустооптического дефлектора 6.
Коллимированный оптический сигнал 8 проецируется на двухкоординатный акустооптический дефлектор 6 под углом в диапазоне 87°-89°, удовлетворяющий условию дифракции Брэгга.
Двухкоординатный акустооптический дефлектор 6 отклоняет оптический сигнал 8 в двух плоскостях. Отклонением оптического сигнала двухкоординатным акустооптическим дефлектором 6 управляет двухканальный генератор 12, управляемый компьютером 37, который подает на его вход цифровой код, соответствующий выбранному выходному волокну волоконно-оптического массива коллиматоров 26. Цифровой код преобразуется двухканальным генератором 12 в пару частотно-модулированных синусоидальных сигналов, соответствующих углам отклонения акустооптических дефлекторов 16 и 17 в двух плоскостях.
Каждый выходной канал двухканального генератора соединен управляющей линией 14, 15 с пьезоэлектрическими преобразователями 20 и 21 акустооптических дефлекторов 16 и 17 соответственно. Они возбуждают акустическую волну, которая распространяется в активном кристалле парателлурита 18 в прямом и обратном направлении, образуя стоячую волну. Частота акустической волны в активном кристалле дефлектора будет пропорциональна частоте частотно-модулированного электрического сигнала.
Таким образом, кристаллы 18, 19 акустооптических дефлекторов 16 и 17 превращаются в дифракционную решетку Брэгга с управляемым дифракционным углом. Поскольку два акустооптических дефлектора 16 и 17 смонтированы в корпусе двухкоординатного акустооптического дефлектора 6 под прямым углом, то и дифракционные углы этих двух кристаллов также будут под прямым углом. Оптический сигнал 8 отклоняется первым акустооптическим дефлектором 16 в направлении X и вторым акустооптическим дефлектором 17 в направлении Y на заданный угол.
Отклоненный в двух плоскостях двухкоординатным акустооптическим дефлектором 6 оптический сигнал 23 проецируется на фокусирующий объектив 22, который преобразует отклоненный коллимированный пучок 23 в сходящийся световой пучок 24. Этот пучок сужается до требуемого диаметра и проецируется на микролинзу 38 волоконно-оптического массива коллиматоров 26. Выходное оптическое волокно 39 находится на фокусном расстоянии от соответствующей ему микролинзы 38. Таким образом, происходит окончательная фокусировка оптического сигнала в выходное волокно 39. Так, входное волокно 40 будет скоммутированно с требуемым выходным волокном 39 волоконно-оптического массива коллиматоров 26.
Если требуется связать входное оптическое волокно 36 с другим оптическим волокном волоконно-оптического массива коллиматоров 26, то частоты электрических сигналов будут изменены двухканальным генератором 12, чтобы изменить угол отклонения акустооптических дефлекторов 16 и 17.
В заявленном изобретении - АОПК ВОЛС технический результат достигается путем:
- использования оптики, обеспечивающей меньший уровень обратных отражений и более высокий уровень позиционирования оптического сигнала;
- монтажа системы заявляемого устройства и его элементов в закрытом корпусе;
- наличия оптических и электрических разъемных соединений для подключения к системе АОПК ВОЛС.