29.04.2019
219.017.403b

Способ изготовления световода для разветвителя, сохраняющего поляризацию оптического излучения

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
02213986
Дата охранного документа
10.10.2003
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано в волоконно-оптических датчиках физических величин и волоконно-оптических гироскопах. Используют заготовку световода, которая содержит световодную жилу, отражающую оболочку, два нагружающих стержня и внешнюю защитную оболочку. Заготовку шлифуют с двух противоположных сторон так, чтобы плоскости шлифовки были параллельны плоскости, проходящей в заготовке через центр жилы и центры стержней, и располагались на определенном расстоянии от центра жилы. Осуществляют вытяжку световода из заготовки при температуре в печи, обеспечивающей сохранение формы поперечного сечения световода, соответствующей форме поперечного сечения заготовки. Обеспечено уменьшение потерь оптической мощности и улучшены поляризационные характеристики. 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть
h≥(1,33/β)•(sin(α/2)/(1+sin(α/2)))илиD/2>h>D/4,гдеD-диаметрзаготовки,β≥1,33,α-уголраскрыванагружающихстержнейпринаблюденииизцентрасветоведущейжилы,авытяжкусветоводаиззаготовкиосуществляютпритемпературеТвпечиустановкивытяжкисветоводов,позволяющейсохранятьформупоперечногосечениясветовода,соответствующейформепоперечногосечениязаготовок." class = "blcSndTextValline">

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано в волоконных линиях связи и при конструировании волоконных датчиков физических величин (датчиков давления, температуры, магнитного поля и т.д.), а также в волоконно-оптических гироскопах.

Известен способ изготовления волоконных сплавных разветвителей на основе биконической перетяжки, сохраняющих поляризацию оптического излучения с использованием одномодовых волоконных световодов с большим линейным двулучепреломлением типа "Panda" [1]. Одномодовый световод "Panda", использующийся для изготовления волоконного сплавного разветвителя, сохраняющего поляризацию излучения, содержит круглую световедущую жилу, отражающую оболочку и два нагружающих стержня круглой формы, располагающиеся относительно световедущей жилы так, что их геометрические центры и геометрический центр световедущей жилы располагаются на одной прямой линии, если рассматривать поперечное сечение такого световода. Световедущая жила, отражающая оболочка и нагружающие стержни заключены во внешнюю защитную, обычно состоящую из кварцевого стекла оболочку. Нагружающие стержни состоят из материала с коэффициентом теплового расширения, отличающимся от коэффициента теплового расширения остального материала, и поэтому при остывании кварцевой нити световода после вытяжки ее из заготовки на установке вытяжки световодов, нагружающие стержни создают в световедущей жиле регулярные механические напряжения, то есть световедущая жила растягивается этими нагружающими стержнями вдоль прямой линии, соединяющей центры нагружающих стержней и центр световедущей жилы. За счет фотоупругого эффекта, таким образом, в световедущей жиле создается большое линейное двулучепреломление, то есть световедущая жила имеет две ярко выраженные ортогональные оси двулучепреломления, одна из которых совпадает с прямой линией, соединяющей центры нагруженных стержней и центр световедущей жилы. Если такой световод возбуждается оптическим излучением, поляризованным по одной или другой оси двулучепреломления, то излучение, во-первых, распространяется по световоду без изменения состояния поляризации, а во-вторых, эти две поляризационные моды имеют разные постоянные распространения, так как световедущая жила для одной поляризационной моды имеет один показатель преломления ne (необыкновенный луч), а для другой поляризационной моды она имеет другой показатель преломления nо (обыкновенный луч). Разница в показателях преломления B между обыкновенным и необыкновенным лучами определяет величину двулучепреломления В, наведенного в световедущей жиле нагружающими стержнями. В световоде "Panda" в самом общем виде величина двулучепреломления пропорциональна следующей величине:

где Δγ - разница температурных коэффициентов линейного расширения материалов нагружающих стержней и остального материала световода,
ΔТ - разница между температурой в печи установки вытяжки световодов и комнатной температурой,
Δ - расстояние от нагружающих стержней до световедущей жилы,
α - угол раскрыва нагружающих стержней при наблюдении из центра световедущей жилы.

Максимальное значение В, достигнутое в световодах "Panda", равняется величине В= 1•10-3, то есть разница показателей преломления в световедущей жиле для двух поляризационных мод составляет величину В=1•10-3. Если такой световод возбуждается оптическим излучением, поляризованным по одной из двух осей двулучепреломления, то световод сохраняет это состояние поляризации излучения при его распространении по световоду, то есть такой световод имеет две собственные поляризационные моды излучения. Если же поляризация оптического излучения на входе световода "Panda" не совпадает ни с одной из двух осей двулучепреломления в световедущей жиле, то сохранения линейной поляризации излучения при его распространении по световоду не происходит. Таким образом, световод "Panda" является сохраняющим поляризацию излучения только в случае, если в нем возбуждаются две его собственные поляризационные моды.

При изготовлении волоконных сплавных разветвителей на основе биконической перетяжки волокон необходимо производить ориентацию осей двулучепреломления двух отрезков световодов "Panda" перед их сплавленном и последующей вытяжкой в биконическую перетяжку, в противном случае при перекачке излучения с линейной поляризацией, являющегося собственной поляризационной модой отрезка световода, во второй отрезок световода "Panda", эта поляризационная мода может оказаться не его собственной поляризационной модой. В результате волоконный разветвитель не будет сохранять поляризацию оптического излучения.

Другим, не менее важным требованием к разветвителю является требование малых потерь оптической мощности излучения на биконической перетяжке световодов. При распространении излучения в световодах, имеющих конусообразные участки световедущих жил, существует критерий плавности этих конусообразных переходов, который обеспечивает минимальные потери излучения при распространении его по световоду. Этот критерий заключается в определении критического угла конусности перехода, при превышении которого возникают избыточные потери излучения. В общем виде для критического угла конусности можно записать следующее выражение [2]:

где ρ(z) - диаметр световедущей жилы световода вдоль оси z,
Δn - разность показателей преломления между световедущей жилой и отражающей оболочкой,
no - показатель преломления материала световода (плавленый кварц),
- параметр основной моды световода в отражающей оболочке (основная направляемая мода),
V - нормализованная частота.

Значения критического угла конусности световедущей жилы накладывают определенные требования к форме биконической перетяжки волоконного сплавного разветвителя, а именно форма этой биконической перетяжки должна быть такой, чтобы ее угол конусности на всем ее протяжении не превышал критический угол и в этом случае обеспечиваются условия, при которых излучение распространяется в области биконической перетяжки практически без потерь.

Выше приведено выражение для критического угла конусного перехода в случае, когда световод имеет отражающую оболочку с показателем преломления, равным показателю преломления внешней защитной оболочки световода. Если же показатель преломления отражающей оболочки оказывается несколько ниже показателя преломления внешней защитной оболочки (W - профиль распределения показателя преломления световода), то значение критического угла конусности перехода резко снижается [3], и поэтому к форме биконической перетяжки предъявляются более жесткие требования с точки зрения обеспечения необходимого угла конусности на всем ее протяжении.

При изготовлении биконических перетяжек [4] путем предварительною разогрева участка световода длиной Δz и последующего его вытягивания форму биконической перетяжки можно представить параболическим законом:
D(z)=Df(1+γz2)
где D(z) - диаметр световедущей жилы исходного световода,
Df(z) - диаметр световедущей жилы в области шейки биконической перетяжки,
γ - константа.

Начало координат помещается в области шейки биконической перетяжки, при этом, если как и ранее обозначить длину разогреваемого участка световода Δz, а длину вытяжки световода в обе стороны ±1/2, то длина биконической перетяжки будет lп=Δz+2(1/2). Для определения всех параметров биконической перетяжки необходимо воспользоваться соотношениями:


Известно, что связь между световедущими жилами двух отрезков световодов осуществляется в области шейки биконической перетяжки и только тогда, когда в области шейки световедущие жилы перестают канализировать излучение. Световедущая жила перестает удерживать излучение при значении параметра V≤0,967, то есть если считать, что исходный световод имеет длину волны отсечки, совпадающую с рабочей длиной волны излучения, и соответственно параметр V≈ 2,6, то для достижения обмена мощностью с соседним световодом в волоконном разветвителе необходимо осуществить перетяжку световода с коэффициентом Df/Di≈0,37. В этом случае 1/Δz≈1,7 и γ≈0,942/Δz2 и уравнение для формы биконической перетяжки приобретает следующий вид:

Для угла конусности биконической перетяжки как функции координаты z можно записать следующее выражение:

При этом общая длина биконической перетяжки lп=2,7Δz, при lп=30 мм, Di= 125 мкм

Таким образом, для обеспечения минимальности потерь в волоконных разветвителях на основе биконической перетяжки необходимо подобрать оптические параметры световодов таким образом, чтобы критический угол конусного перехода не превышал угол конусности биконической перетяжки, сформированной на участке Δz этого световода.

Известен способ изготовления одномодовых волоконных световодов, сохраняющих поляризацию излучения типа "Panda" [5]. Световод "Panda" изготавливается следующим образом. По стандартной MCVD-технологии изготавливается вначале исходная заготовка для одномодового изотропного волоконного световода, которая содержит световедущую жилу, отражающую оболочку и внешнюю защитную оболочку. Световедущая жила изготавливается обычно из кварцевого стекла, легированного германием, который повышает показатель преломления кварцевого стекла. Отражающая оболочка изготавливается из кварцевого стекла, легированного фтором и фосфором. Фтор понижает показатель преломления кварцевого стекла, а фосфор, наоборот, его повышает. Соотношение фосфора и фтора подобрано таким образом, чтобы показатель преломления отражающей оболочки был равен в итоге показателю преломления чистого кварцевого стекла, из которого состоит внешняя защитная оболочка, образованная опорной кварцевой трубой, использующейся при изготовлении заготовок MCVD-методом. Затем в этой исходной заготовке с двух взаимно противоположных сторон прорезается два полукруглых паза по всей длине заготовки глубиной и шириной ~1←→2 мм таким образом, чтобы их геометрические центры и центр световедущей жилы находились на одной линии при наблюдении заготовки с ее торца. Затем заготовку с пазами помещают внутрь опорной кварцевой трубы и сплавляют с ней на тепломеханическом станке изготовления заготовок. В результате этой операции по всей дине вновь полученной заготовки образуются два сквозных отверстия диаметром 0,5~ 1 мм круглой формы. Скругление формы сквозного отверстия происходит при действии сил поверхностного натяжения при разогреве заготовки. После сплавления заготовки и образования двух сквозных отверстий они подвергаются растравливанию с помощью плавиковой кислоты HF. После растравливания сквозных отверстий до необходимого диаметра в них вставляются нагружающие стержни, состоящие из материала, обладающего температурным коэффициентом линейного расширения, значительно отличающимся от коэффициента линейного расширения материалов исходной заготовки одномодового световода и опорной кварцевой трубы. Нагружающие стержни также изготавливаются по стандартной MCVD-технологии, то есть внутрь опорной кварцевой трубы осаждается большое количество слоев кварцевого стекла, легированного бором и германием. Примесь бора изменяет температурный коэффициент линейного расширения кварцевого стекла, а также понижает его показатель преломления. Добавка германия позволяет скомпенсировать понижение показателя преломления кварцевого стекла из-за добавки бора и, таким образом, получается стеклянный стержень, значительно отличающийся от кварцевого стекла температурным коэффициентом линейного расширения, но он одинаков с ним по показателю преломления. После изготовления стержня внешний его слой, образованный опорной кварцевой трубой, стравливается в плавиковой кислоте, но с сохранением достаточно тонкой оболочки, состоящей из чистого кварцевого стекла. Эта оставшаяся оболочка благотворно впоследствии сказывается на сохранении формы нагружающих стержней при их сплавлении с заготовкой. Геометрические параметры заготовок световодов типа "Panda" могут быть описаны системой уравнений:



где Dзагисх - диаметр исходной заготовки,
Dзаг - диаметр заготовки для световода типа "Panda",
D - диаметр нагружающего стержня в заготовке световода типа "Panda",
Rж - радиус световедущей жилы в исходной заготовке,
Δ - расстояние от нагружающего стержня до световедущей жилы в заготовке для световода "Panda",
βo - отношение диаметра окружности с центром в световедущей жиле и описанной вокруг нагружающих стержней к диаметру заготовки для световода "Panda",
α - угол раскрыва нагружающих стержней при наблюдении их из центра световедущей жилы.

Для обеспечения максимальной величины двулучепреломления в световоде "Panda" необходимо обеспечить α = 90°, βo≥1,33 и Δ = Rж. Приближение нагружающего стержня на расстояние Δ<Rж к световедущей жиле увеличивает двулучепреломление в световоде, но в то же самое время приводит к возрастанию потерь оптической мощности излучения, канализируемого световедущей жилой, поэтому приближение нагружающих стержней к световедущей жиле на расстояние меньшее, чем радиус световедущей жилы, нежелательно.

Для угла раскрыва нагружающих стержней α, определяющего величину двулучепреломления в световоде, справедливо следующее соотношение:

где Dсв - диаметр световода "Panda",
nо - показатель преломления плавленого кварца,
Δnо - разность показателей преломления между световедущей жилой и отражающей оболочкой,
d - расстояние нагружающих стержней до центра световедущей жилы d= (Rж+Δ),
V - нормализованная частота,
λc - длина волны отсечки световода "Panda".

Пользуясь вышеприведенным соотношением, можно подобрать все параметры световода для обеспечения максимального двулучепреломления в световедущей жиле. Для разности показателей преломления Δnо, обеспечивающей максимальное двулучепреломление (90o), справедливо следующее соотношение:

Это соотношение полезно для определения Δnо в исходной заготовке, которое в состоянии обеспечить необходимую величину двулучепреломления в световоде "Panda", а также нужный диаметр световода и его длину волны отсечки.

Основным недостатком известного способа изготовления световодов для разветвителей, сохраняющих поляризацию излучения, является то, что они имеют круглую форму поперечного сечения и поэтому при скрутке двух отрезков одномодовых световодов с целью их сплавления и последующего формирования биконической перетяжки сложно осуществить ориентацию друг относительно друга осей двулучепреломления в световедущих жилах сплавляемых световодов и поэтому очень трудно добиться высокой степени сохранения поляризации оптического излучения, канализируемого световедущими жилами световодов разветвителя.

Другим существенным недостатком известного способа изготовления одномодовых световодов является то, что из-за механических напряжений, возникающих помимо световедущей жилы также и в отражающей оболочке, возникают потери оптической мощности излучения в месте биконической перетяжки волоконного разветвителя.

Целью настоящего изобретения является изготовление специальных одномодовых световодов с большим линейным двулучепреломлением, которые позволяют осуществлять автоматическую ориентацию осей двулучепреломления сплавляемых отрезков световодов, а также имеющих профиль распределения показателя преломления в поперечном сечении, позволяющий снизить потери оптической мощности излучения в области биконической перетяжки световодов, а также повысить степень сохранения поляризации излучения разветвителем.

Указанная цель достигается тем, что отражающую оболочку и нагружающие стержни в заготовке световода формируют с показателем преломления n=B+nо, где В - величина двулучепреломления в световоде, nо - показатель преломления материала внешней защитной оболочки световода, затем заготовку шлифуют с двух противоположных сторон так, чтобы плоскости шлифовки были параллельны плоскости, проходящей в заготовке через центр световедущей жилы и центры нагружающих стержней, и располагались на расстоянии от центра световедущей жилы D3/4>h≥(1,33/β0)•(sin(α/2)/(1+sin(α/2))) или D3/2>h>D3/4, где D3 - диаметр заготовки, β0≥1,33, α - угол раскрыва нагружающих стержней при наблюдении из центра световедущей жилы, а вытяжку световода из заготовки осуществляют при температуре Тп в печи установки вытяжки световодов, позволяющей сохранять форму поперечного сечения световода, соответствующей форме поперечного сечения заготовок.

Уменьшение потерь оптической мощности канализируемого излучения в области биконической перетяжки достигается за счет повышения показателя преломления отражающей оболочки и нагружающих стержней, которое компенсирует понижение показателя преломления в отражающей оболочке для х-поляризационной моды, возникающее из-за механических напряжений в отражающей оболочке. Улучшение степени сохранения поляризации излучения волоконным разветвителем достигается за счет того, что для у-поляризационной моды показатель преломления отражающей оболочки и нагружающих стержней все еще остается ниже показателя преломления внешней защитной кварцевой оболочки, в результате чего для у-поляризованной моды световод имеет W-профиль распределения показателя преломления, который характеризуется значительно меньшим значением угла конусности конусного перехода и поэтому у-поляризационная мода испытывает дополнительные потери оптической мощности излучения при распространении в биконической перетяжке волоконного разветвителя.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показан общий вид поперечного сечения для заготовки световода "Panda" и заготовки специального световода "Panda" для волоконного разветвителя, сохраняющего поляризацию излучения. На фиг. 2 - общий вид поперечного сечения специального световода "Panda" для волоконного разветвителя, сохраняющего поляризацию излучения, а также профили распределения показателя преломления в поперечном сечении световода по осям х и у без учета механических напряжений, существующих на границе световедущая жила-отражающая оболочка, а также возникающих за счет нагружающих стержней. На фиг. 3 показан общий вид профилей распределения показателей преломления по осям х и у с учетом существующих в световоде механических напряжений. На фиг.4 показан схематично процесс формирования биконического волоконного разветвителя с использованием специального световода "Panda".

Для изготовления специального световода с большим двулучепреломлением типа "Panda" необходимо круглую заготовку 1 (фиг.1) для световода "Panda", содержащую световедущую жилу 2, отражающую оболочку 3, нагружающие стержни 4 и внешнюю защитную оболочку 5 подвергнуть плоской шлифовке с двух противоположных сторон таким образом, чтобы отшлифованные плоские поверхности 6 были параллельны линии, проходящей через центры нагружающих стержней и центр световедущей жилы (ось х). Плоскую шлифовку производят на плоскошлифовальном станке с помощью алмазного круга. Расстояние нагружающих стержней до отшлифованных плоских поверхностей должно быть не менее 0,33R, где R - радиус нагружающих стержней, и в этом случае двулучепреломление в световедущей жиле будет максимальным. Если же параметр β0 будет меньше значения 1,33, а также расстояние плоских поверхностей до нагружающих стержней также будет меньше 0,33R, то величина двулучепреломления в световоде будет уменьшаться, именно исходя из этого условия, параметр β0≥1,33 и расстояние плоских поверхностей до нагружающих стержней должно быть больше или равно 0,33R. Если обозначить величину h как расстояние от плоских поверхностей до центра световедущей жилы, то должно выполняться следующее соотношение:

где Dзаг - диаметр заготовки для световода "Panda". Таким образом, размер заготовки по оси у (фиг.1) будет определяться величиной:

а отношение минимального размера заготовки к диаметру исходной заготовки будет равно

После шлифовки заготовки из нее на установке вытяжки затем вытягивается волоконный световод типа "Panda" с сохранением формы заготовки. Сохранение формы заготовки достигается подбором режимов вытяжки световода. При вытяжке световода на установке вытяжки световодов необходимо установить минимально возможную температуру Тп, при которой происходит размягчение заготовки, но вытяжка световода, тем не менее, возможна. При таком режиме вытяжки световода его форма поперечного сечения повторяет форму поперечного сечения исходной заготовки. Из опытных данных известно, что сохранение формы световода, соответствующей форме заготовки, происходит при натяжении световода в процессе вытяжки в диапазоне 25←→100 г при скорости вытяжки от 30 м/мин до 150 м/мин. Установка натяжения световода в процессе вытяжки производится с помощью установки температуры в печи вытяжки.

На фиг 2 показан общий вид поперечного сечения световода для волоконного разветвителя, сохраняющего поляризацию оптического излучения. Световод 7 содержит световедущую жилу 8, отражающую оболочку 9, нагружающие стержни 10, внешнюю защитную кварцевую оболочку 11 и защитно-упрочняющее покрытие 12. На фиг 2 показан также закон относительного изменения показателя преломления в поперечном сечении световода в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Вдоль оси х световедущая жила состоит из материала с показателем преломления 13, отражающая оболочка имеет показатель преломления 14, нагружающие стержни имеют показатель преломления 15 и внешняя защитная оболочка имеет показатель преломления 16. Вдоль оси у световедущая жила, отражающая оболочка и внешняя защитная оболочка имеет те же значения показателя преломления, что и в направлении оси х. Световедущая жила изготавливается из кварцевого стекла, легированного германием, отражающая оболочка изготавливается из кварцевого стекла, легированного фтором и фосфором. Нагружающие стержни изготавливаются из кварцевого стекла, легированного бором и германием. Внешняя защитная оболочка образована опорной трубой, состоящей из чистого кварцевого стекла. На фиг.2 представлены профили распределения показателя преломления без учета механических напряжений и профиль распределения показателя преломления в поперечном сечении световода "Panda" с учетом механических напряжений. В области световедущей жилы напряжения создаются нагружающими стержнями. На границе световедущая жила-отражающая оболочка напряжения создаются из-за разности температурных коэффициентов линейного расширения материалов световедущей жилы и отражающей оболочки, а также из-за разности температур расплавления этих материалов. В отражающей оболочке напряжения создаются нагружающими стержнями. Механические напряжения также сосредоточены и внутри нагружающих стержней. В тех местах конструкции световода "Panda", где существуют механические напряжения за счет фотоупругого эффекта, происходит изменение показателя преломления материала, причем для двух собственных поляризационных мод одномодового световода с большим линейным двулучепреломлением это изменение происходит в разной степени. Для х-поляризационной моды предположим, что изменение показателя преломления происходит на величину Δnx, и поэтому при изготовлении заготовки показатели преломления материалов отражающей оболочки и нагружающих стержней имеют величину nоботр=nст=n0 + Δnx, где nоботр - показатель преломления материала отражающей оболочки, nст - показатель преломления материала нагружающих стержней, nо - показатель преломления внешней защитной оболочки световода "Panda". На фиг.3 18 - показатель преломления для х-поляризационной моды в световедущей жиле, 19 - показатель преломления в отражающей оболочке, 20 - показатель преломления в нагружающих стержнях. Показатель преломления внешней защитной оболочки остается практически неизменным для обеих поляризационных мод. Для у-поляризованной моды величина показателя преломления в световедущей жиле 21, в отражающей оболочке 22, в нагружающих стержнях 23. В результате для х-поляризационной моды показатель преломления отражающей оболочки и нагружающих стержней оказывается одинаковым с показателем преломления материала внешней защитной оболочки, а для у-поляризационной моды показатель преломления отражающей оболочки и нагружающих стержней оказывается ниже показателя преломления материала внешней защитной оболочки на величину двулучепреломления В в световоде. На величину Н показатель преломления для х-поляризационной моды больше показателя преломления для у-поляризационной моды и в световедущей жиле. Таким образом, для у-поляризационной моды профиль распределения показателя преломления в световоде "Раndа" имеет форму W-профиля с параметром) λy = B/(Δnx-B), где Δnx - разность показателей преломления между световедущей жилой и отражающей оболочкой для х-поляризационной моды [3], а для х-поляризационной моды параметр λx = 0. Реально достижимые величины двулучепреломления в световодах "Panda" составляют величину В=0←→1,0•10-3, поэтому показатели преломления n=nобротр=nст при изготовлении световода лежат в пределах 1•10-3≤n-nо≥0, где nо - показатель преломления внешней защитной оболочки. Другим параметром, характеризующим W-профиль распределения показателя преломления для у-поляризационной моды, является отношение диаметра оболочки, имеющей пониженный показатель преломления относительно показателя преломления внешней защитной оболочки к диаметру световедущей жилы, в данном случае имеется ввиду направление вдоль оси х (фиг.3). Для этого направления в световоде справедливо следующее соотношение:

где Dобх - диаметр оболочки с пониженным показателем преломления в направлении оси х. Для В=1•10-3 и Δ=2Rж Δnx=5•10-3, для у-поляризационной моды параметры W-профиля принимают следующие значения: λy0,25, Dобх/Dж=7,2, при этом для х-поляризационной моды λx = 0. Для х-поляризационной моды наименьшее значение критического угла конусности биконического перехода составляет ~10-3 радиан, а для у-поляризационной моды это значение даже меньше 10-4 радиан, то есть уменьшается на порядок. Поэтому, если на отрезке такого световода сформировать биконическую перетяжку с определенными параметрами, то можно обеспечить условия распространения для х-поляризации практически без потерь, в то время, как у-поляризация будет испытывать сильное затухание. Рассмотрим параболическую модель биконической перетяжки. Для получения связи между двумя отрезками одномодовых световодов в области шейки (волоконный разветвитель) необходимо, чтобы коэффициент перетяжки световодов ρ/ρ0 = 0,37 [3] для световодов с λ=0. В этом случае справедливо следующее выражение для угла конусности биконического перехода:

Для этого случая общая длина биконической перетяжки lп=2,7Δz при Δz=11,1 мм и при диаметре световода 125 мкм

Биконическая перетяжка с такими параметрами для х-поляризационной моды обеспечивает распространение практически без потерь, в то время как для у-поляризационной моды с параметрами W-профиля λ=0,25 и Dоб/Dж=7,2, минимальный угол конусности θкр≈10-4 рад наблюдается при z=4,76 мм, а в этой точке биконическая перетяжка имеет угол конусности 3,3•10-3 радиан и в силу этого у-поляризационная мода должна испытывать сильное затухание. Таким образом, именно за счет этого характеристики волоконного разветвителя по сохранению состояния поляризации излучения должны улучшиться, так как биконическая перетяжка, вернее ее конусные переходы, выполняют роль поляризатора оптического излучения, то есть в их области х-поляризационная мода распространяется практически без потерь, в то время как у-поляризационная мода сильно затухает.

Для изготовления волоконного разветвителя используется два отрезка одномодовых световодов 22, 23 (фиг.4). Перед сплавлением они скручиваются друг с другом и из-за того, что они имеют плоскую форму поперечного сечения, они соединяются друг с другом своими плоскими поверхностями, при этом происходит автоматическая ориентация друг относительно друга осей двулучепреломления в отрезках сплавляемых друг с другом одномодовых световодов, что, в свою очередь, обеспечивает свойство сохранения поляризации волоконным разветвителем. После скручивания волокон друг с другом с помощью электродов 24, обеспечивающих возникновение дуги электрического разряда, происходит формирование биконической перетяжки 25 волоконного разветвителя. Для исключения возникновения в области шейки биконической перетяжки примеси у-поляризационной моды необходимо, чтобы биконическая перетяжка имела в области шейки эллиптическую форму с осями эллипса, сориентированными по осям двулучепреломления в отрезках одномодовых световодов. Круглая форма биконической перетяжки в области шейки получается при h=D/4, поэтому параметр h необходимо делать либо меньше этого значения, либо больше. В этом случае образовавшийся волновод типа "стекло-воздух" в области шейки биконической перетяжки будет иметь световедущую жилу эллиптической формы и поэтому будет иметь свойства сохранения линейной поляризации излучения, и возникновения паразитной у-поляризационной моды не будет, так как оси эллипса световедущей жилы сориентированы по осям двулучепреломления сплавленных световодов.

ЛИТЕРАТУРА
1. "Fabrication of single-polarization single-mode fibre couplers" Electronics Letters, 28-th October, 1982, v.18, 22, pp.962.

2. А. Снайдер, Дж. Лав "Теория оптических волноводов". Москва, Радио и связь, 1987.

3. W.J. Stewart, J.D. Love "Design limitation on tapers and couplers in single mode fibers". International Conference on integrated optics and optical fibre communication, 5, 1985, Venezia.

4. W. К. Burns, М. Abele, С. A. Villaruel. Appl. Opt, v.24, 17, рр. 2753-2755, 1985, "Параболическая модель формы биконической перетяжки.

5. А. М. Курбатов и др. "Способ изготовления одномодового волоконного световода". Патент РФ 2043313.

Способизготовлениясветоводадляразветвителя,сохраняющегополяризациюоптическогоизлучения,заключающийсяввытяжкесветоводаиззаготовки,котораясодержитсветоведущуюжилу,отражающуюоболочку,дванагружающихстержня,центрыкоторыхицентрсоответствующейжилынаходятсянаоднойпрямойлинии,ивнешнююзащитнуюоболочку,отличающийсятем,чтоотражающуюоболочкуинагружающиестержнивзаготовкесветоводаформируютспоказателемпреломленияn=В+n,гдеВ-величинадвулучепреломлениявсветоводе,n-показательпреломленияматериалавнешнейзащитнойоболочкисветовода,затемзаготовкушлифуютсдвухпротивоположныхсторонтак,чтобыплоскостишлифовкибылипараллельныплоскости,проходящейвзаготовкечерезцентрсветоведущейжилыицентрынагружающихстержней,ирасполагалисьнарасстоянииотцентрасветоведущейжилыD/4>h≥(1,33/β)•(sin(α/2)/(1+sin(α/2)))илиD/2>h>D/4,гдеD-диаметрзаготовки,β≥1,33,α-уголраскрыванагружающихстержнейпринаблюденииизцентрасветоведущейжилы,авытяжкусветоводаиззаготовкиосуществляютпритемпературеТвпечиустановкивытяжкисветоводов,позволяющейсохранятьформупоперечногосечениясветовода,соответствующейформепоперечногосечениязаготовок.
Источник поступления информации: Роспатент

Всего документов: 19
Всего документов: 17

Похожие РИД в системе

Защитите авторские права с едрид