ВОЛОКОННЫЙ МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

МПК G02F 1/09 (2006.01) Волоконный магнитооптический переключатель
Полезная модель относится к области волоконной оптики, а именно к волоконно-оптическим устройствам, предназначенным для переключения направления света, который выходит из независимого источника, основанных на магнитооптических приборах, которые имеют эффект Фарадея.
Как прототип выбрана конструкция магнитооптического переключателя [Патент Украины №49666, МПК (2009) G02F 1/09].
Х
Переключатель включает: быстродействующий источник магнитного поля, первые волоконно-оптические поляризационно-селективные разветвители конфигурации 12 и 2x2, первый и второй магнитооптические фарадеевские вращатели плоскости поляризации света, выполненные в виде магнитооптических кристаллических волокон, которые размещены в магнитном поле. Первый и второй выходные полюса первого разветвителя 1x2 соединены в узлах стыковки с входными полюсами первого и второго магнитооптических вращателей, соответственно, а первый и второй входные полюса первого разветвителя 2x2 соединены в узлах стыковки с входными полюсами первого и второго магнитооптических вращателей, соответственно.
К недостаткам магнитооптического переключателя относится его низкая функциональность, которая обусловлена тем, что он может переключать свет только с одной длиной волны.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать волоконный магнитооптический переключатель путем использования дополнительных поляризационно-селективных разветвителей 1x2 и 2x2, третьего и четвертого магнитооптических вращателей, двухволновых волоконно-оптического демультиплексора 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, который содержит быстродействующий источник магнитного поля, первые волоконно-оптические поляризационно-селективные разветвители конфигурации 1x2 и 22, первый и второй магнитооптические фарадеевские вращатели плоскости поляризации света, выполненные в виде магнитооптических кристаллических волокон, которые размещены в быстродействующем магнитном поле, причем первый и второй выходные полюса первого разветвителя 1x2 соединены в узлах стыковки с входными
2
полюсами первого и второго магнитооптических вращателей, соответственно, а первый и
второй входные полюса первого разветвителя 2><2 соединены в узлах стыковки с входными полюсами первого и второго магнитооптических вращателей, согласно полезной модели, магнитооптический переключатель дополнительно содержит второй поляризационно-селективный разветвитель 1x2 и второй поляризационно-селективный разветвитель 2x2, третий и четвертый магнитооптические фарадеевские вращатели плоскости поляризации света, выполненные в виде магнитооптических кристаллических волокон, а также двухволновые волоконно-оптический демультиплексор конфигурации 1 х2 и два мультиплексора конфигурации 1 х2, причем первый и второй выходные полюса второго разветвителя 1 х2 соединены в узлах стыковки с входными полюсами третьего и четвертого магнитооптических вращателей, соответственно, а первый и второй входные полюса второго разветвителя 2x2 соединены в узлах стыковки с выходными полюсами третьего и четвертого магнитооптических вращателей, первый выходной полюс демультиплексора соединен с входным полюсом первого разветвителя 1x2, а второй выходной полюс демультиплексора соединен с входным полюсом второго разветвителя 1x2, первый выходной полюс первого разветвителя 2x2 и первый выходной полюс второго разветвителя 2x2 соединены, соответственно, с первым входным полюсом первого мультиплексора и первым входным полюсом второго мультиплексора, соответственно, а второй выходной полюс первого разветвителя 2x2 и второй выходной полюс второго разветвителя 2x2 соединены, соответственно, со вторым входным полюсом первого мультиплексора и вторым входным полюсом второго мультиплексора, соответственно. Магнитооптический переключатель позволяет осуществлять переключение двухволнового оптического сигнала, введенного во входной оптический полюс, между выходными оптическими полюсами, за счет чего повышается его функциональность. Преимуществом магнитооптического переключателя есть его более высокая функциональность.
Х
Х
Волоконный магнитооптический переключатель содержит (фиг. 1) 1, 2, 3, 4 магнитооптические вращатели, 5 - источник магнитного поля; 6 и 7 - первый и второй поляризационно-селективные разветвители 12, соответственно; 8 и 9 - первый и второй поляризационно-селективные разветвители 22, соответственно; 10 - демультиплексор, 11 и 12 - первый и второй мультиплексоры; 13 - узел стыковки оптических волокон; 14, 15, 16 - входной полюс, первый и второй выходные полюса демультиплексора 10, соответственно; 17, 18, 19 - входной полюс, первый и второй выходные полюса разветвителя 6, соответственно; 20, 21, 22 - входной полюс, первый и второй выходные полюса разветвителя 7, соответственно; 23, 24, 25, 26 - первый и второй входные и первый и второй выходные полюса разветвителя 8, соответственно; 27, 28, 29, 30 - первый и
3
второй входные и первый и второй выходные полюса разветвителя 9, соответственно; 31,
32, 33 - первый и второй входные и выходной полюса мультиплексора 11, соответственно; 34, 35, 36 - первый и второй входные и выходной полюса мультиплексора 12, соответственно.
Разветвители 6 и 8, а также магнитооптические вращатели 1 и 2 предназначены для работы на первый длине волны, а разветвители 7 и 9, а также магнитооптические вращатели 3 и 4 предназначены для работы на второй длине волны. Демультиплексор 10 разветвляет первую и вторую длины волн, которые вводятся в его входной полюс 14, так, что первая длина волны ответвляется в его первый выходной полюс 15, а вторая - в его второй выходной полюс 16. При этом выходной полюс 15 демультиплексора 10 соединен с входным полюсом 17 разветвителя 6, а выходной полюс 16 демультиплексора 10 соединен с входным полюсом 20 разветвителя 7. Выходные полюса 18 и 19 разветвителя 6 и выходные полюса 21 и 22 разветвителя 7 соединены с входными полюсами магнитооптических вращателей 1, 2, 3, 4, соответственно, а также входные полюса 23 и 24 разветвителя 8 и входные полюса 27 и 28 разветвителя 9 соединены с выходными полюсами магнитооптических вращателей 1, 2, 3, 4, соответственно, стандартным образом разъемного или неразъемного соединения в узлах стыковки 13. Выходные полюса 25 и 26 разветвителя 8 соединены, соответственно, с входным полюсом 31 мультиплексора 11 и входным полюсом 34 мультиплексора 12. Выходные полюса 29 и 30 разветвителя 9 соединены, соответственно, с входным полюсом 32 мультиплексора 11 и входным полюсом 35 мультиплексора 12.
Мультиплексоры 11 и 12 объединяют в выходных полюсах 33 и 36, соответственно, первую длину волны, которая вводится в их первые входные полюса 31 и 34, соответственно, со второй длиной волны, которая вводится в их вторые входные полюса 32 и 35, соответственно.
Магнитооптический переключатель работает таким образом.
На фиг. 2 показано прохождение света с двумя длинами волн с произвольным состоянием поляризации через магнитооптический переключатель при включенном магнитном поле. Прохождение света через магнитооптический переключатель, который поступает в его входной полюс, которым является входной полюс 14 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 которые, соответственно, взаимно перпендикулярны. Демультиплексор 10 ответвляет световой пучок с первой длиной волны в полюс 15, а со второй - в полюс 16. За счет того, что демультиплексор 10 поддерживает поляризацию,
4
световые пучки на его выходных полюсах 15 и 16 идентичны световым пучкам, которые вводятся во входной полюс 14.
Разветвитель 6 распределяет световые пучки pi и si так, что световой пучок pi направляется в его выходной полюс 18, а пучок si - в его выходной полюс 19. Разветвитель 7 распределяет световые пучки р2 и s2 так, что световой пучок р2 направляется в его выходной полюс 21, а пучок s2 - в его выходной полюс 22.
Дальше световые пучки pi и si из выходных полюсов 18 и 19 разветвителя 6, а также световые пучки р2 и s2 из выходных полюсов 21 и 22 разветвителя 7, 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 и 2 не меняется и во входные полюса 23 и 24 разветвителя 8 вводятся световые пучки pi и si, соответственно, а во входные полюса 27 и 28 разветвителя 9 вводятся световые пучки р2 и s2, соответственно.
При прохождении разветвителей 8 и 9 световые пучки pi и si, а также р2 и s2 направляются, соответственно, в их выходные полюса 25 и 29, соответственно, на выходе которых присутствуют суммарные световые пучки pl+sl, и p2+s2, образованные, соответственно, из двух световых пучков pi и si, а также р2 и s2, плоскости поляризации которых, соответственно, взаимно перпендикулярны.
Световые пучки с первой и второй длинами волны из полюсов 25 и 29 разветвителей 8 и 9, соответственно, вводятся в полюса 31 и 32 мультиплексора 11. На выходном полюсе 33 мультиплексора 11 присутствует свет с двумя длинами волн, которые за счет того, что мультиплексор 11 поддерживает поляризацию, является идентичным свету, который поступает в магнитооптический переключатель.
На фиг. 3 показано прохождение 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°. За счет этого происходит преобразование входных световых пучков pi, si, p2 и s2, что 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 23 и 24 разветвителя 8 вводятся световые пучки si и pi, соответственно, а во входные полюса 27 и 28 разветвителя 9 вводятся световые пучки s2 и р2, соответственно. При прохождении разветвителей 8 и 9 световые пучки pi и si, а также
5
р2 и s2 направляются, соответственно, в их выходные полюса 26 и 30, соответственно, на
выходе которых присутствуют суммарные световые пучки pl+sl, и p2+s2, образованные, соответственно, из двух световых пучков pi и si, а также р2 и s2, плоскости поляризации которых, соответственно, взаимно перпендикулярны.
Световые пучки с первой и второй длинами волны из полюсов 26 и 30 разветвителей 8 и 9, соответственно, вводятся в полюса 34 и 35 мультиплексора 12.
На выходном полюсе 36 мультиплексора 12 присутствует свет с двумя длинами волн, который за счет того, что мультиплексор 12 поддерживает поляризацию, является идентичным свету, который вводится в магнитооптический переключатель.
Таким образом, при включении магнитного поля происходит переключение оптических сигналов между входными 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 света 1310 и 1550 нм, могут быть использованы следующие элементы. Как поляризационно-селективные разветвители могут быть использованы polarization beam combiner/splitter 1^2 и 2x2, для длин волн света 1310 и 1550 нм, производства Opto-Link Corporation Ltd. Как двухволновые мультиплексоры и демультиплексор, могут быть использованы polarization maintaining wavelength division multiplexer 1x2 для длин волн света 1310 и 1550 нм производства Opto-Link Corporation Ltd, которые сохраняют состояние поляризации света [http:|//www.optolinkcorp.com/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.
Как магнитооптические вращатели можно использовать магнитооптические кристаллические волокна YIG ["High-speed all-fiber magneto-optic switch and its integration" Zihua Weng, Zhimin Chena, Yuanqing Huanga Yun Zhua, Qinping Wub, Dezhi Wua, Guoguang Yangc / Proc. of SPIE Vol. 6021 60212 U-U-l]. В этом случае можно реализовать полностью волоконно-оптическую конструкцию магнитооптического переключателя.
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   составляет   ±45°,   так,   чтобы
6
суммарный поворот плоскости поляризации при изменении полярности магнитного поля составлял 90°. 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°, в зависимости от того, который из данных углов поворота плоскости поляризации света на выходе магнитооптического вращателя выбран как начальное положение состояния переключения.
Таким образом, магнитооптический переключатель позволяет осуществлять переключение двухволнового оптического сигнала, введенного во входной оптический полюс, между выходными оптическими полюсами, за счет чего повышается его функциональность. Преимуществом магнитооптического переключателя является его более высокая функциональность.
Волоконный магнитооптический переключатель
31    И
33
14
20
Фиг.1
Волоконный магнитооптический переключатель
23     8    2~5
Pi+si
35
Фиг.2
lit-JZy^
0
Zf_g2
22^-П-
P2+S2
P2+S2
5
  
1
Sl
P2+S2
Фиг.З