Волоконно-оптический элемент

Полезная модель относится к оптоэлектронике (области фотоники и оптоинформатики), а именно, к конструкции волоконно-оптических элементов. Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение стабильности фокусного расстояния заднего вершинного отрезка ВОЭ, минимизация светопотерь, снижение трудоемкости, повышение процента выхода годных изделий. Для решения поставленной технической задачи предлагается ВОЭ в котором, утоненный участок оптоволокна выполнен только из материала сердцевины оптоволокна.

Полезная модель относится к оптоэлектронике (области фотоники и оптоинформатики), а именно, к конструкции волоконно-оптических элементов.

Известен волоконно-оптический элемент (ВОЭ), представляющий собой цилиндрическую полимерную конструкцию, в которой на тореце оптоволокна сформирована микролинза из специально подобранного полимера, собирающая поток излучения в область фокуса на расстоянии заднего вершинного отрезка [1], в соответствии с формой и интенсивностью выходящего излучения [2].

Недостатком этого технического решения является зависимость качества ВОЭ от формы торца (скола) оптоволокна, стабильности характеристик излучения и свойств самого полимера.

Наиболее близкой по техническому решению, принятой за прототип, является коническая конструкция волоконно-оптического элемента, состоящая из оптоволокна, утоненного участка оптоволокна и микролинзы, сформированной на утоненном участке оптоволокна, в которой утоненный участок сформирован путем растягивания разогретого с помощью лазерного излучения оптического волокна до полного его разрыва [3].

Такая конструкция ВОЭ имеет ряд недостатков:

- неконтролируемая величина заднего вершинного отрезка (фокуса), разброс параметров микролинзы, связанный с тем, что в последующем процессе формирования микролинзы на торце такой заготовки участвует не только сердцевина оптоволокна, имеющая определенный показатель преломления, но и его оболочка с иным показателем преломления;

- децентрировка микролинзы относительно оси оптоволокна, обусловленная технологией изготовления заготовки, т.к. в момент разрыва утоненного участка оптоволокна происходит неизбежная децентрировка торцовой части заготовки, обусловленная силой тяжести и текучести разогретого участка;

- большая трудоемкость процесса изготовления заготовки, исключающего групповой метод;

- низкий процент выхода ВОЭ с заданными параметрами.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение стабильности величины заднего вершинного отрезка (фокуса) ВОЭ, минимизация светопотерь, снижение трудоемкости, повышение процента выхода годных изделий.

Для решения поставленной технической задачи, предлагается ВОЭ, в котором утоненный участок оптоволокна выполнен только из материала сердцевины оптоволокна.

На фиг.1 изображен общий вид конструкции ВОЭ, а на фиг.2 фрагмент оптоволокна с микролинзой. ВОЭ состоит из оптоволокна поз.1, утоненного участка оптоволокна поз.2, микролинзы поз.3, сформированной из утоненного участка оптоволокна.

Для осуществления полезной модели, на участке оптоволокна поз.2, необходимого для формирования микролинзы, предварительно одним из известных способов удаляется оболочка. Затем из материала сердцевины любым известным способом формируется микролинза поз.3.

На основе предложенной полезной модели была изготовлена партия волоконно-оптических элементов. Для их изготовления было использовано одномодовое оптическое волокно. В соответствии с законом Брюстера, наклонные лучи потока излучения, распространяются по сердцевине оптоволокна, отражаясь от его оболочки. С целью удержания большего количества наклонно падающих лучей на раздел сред (оболочка - сердцевина), показатели раздела сред значительно различаются. При этом для достижения оптимальной прочности оптоволокна диаметр его оболочки значительно превышает диаметр сердцевины. (В оптоволокне SMF-28e диаметр оболочки - 125 мкм, диаметр сердцевины - 9 мкм).

Процесс изготовления ВОЭ заключался в следующем.

В специальной технологической оснастке был собран пакет из оптических волокон с предварительно очищенными от внешней оболочки концами, необходимыми для формирования ВОЭ (в данном случае формировалась микролинза из сердцевины оптического волокна длиной 3 мм). Расположение торцов оптических волокон в одной плоскости и глубина погружения пакета волокон в жидкостной травитель обеспечивались технологической оснасткой. Пакет с оптоволокном погружался в жидкостной травитель и выдерживался в течение необходимого времени. Затем, на утоненном участке оптоволокна методом лазерного оплавления были сформированы микролинзы.

Волоконно-оптические элементы предложенной выше конструкции были использованы в оптоэлектронных переключателях ПКО-ПС01-Р1/2.

Такая конструкция волоконно-оптического элемента позволила:

- обеспечить стабильность параметров сформированного ВОЭ за счет того, что оболочка оптоволокна, имеющая отличный от сердцевины показатель преломления, не участвует в процессе формирования микролинзы;

- исключить децентрировку микролинзы относительно оси оптоволокна за счет того, что микролинза формируется только из материала сердцевины;

- снизить трудоемкость изготовления за счет возможности группового метода обработки оптоволокна;

- повысить процент выхода годных ВОЭ за счет возможности контролировать процесс изготовления (например, контроль состава травителя и времени травления).

Источники информации:

1. Кругер М.Я., Панов В.А., Кулагин В.В «Справочник конструктора оптико-механических приборов». И. «Машиносторение» Ленинград 1988 г.

2. Плеханов А.И., Шелковников В.В. «Оптические волокна с концевыми фотополимерными микролинзами» [Электронный ресурс].

Гл. редактор М.В. Алфимов - режим доступа

http://www.nanoru.ru/article.asp?itemid=9232623.

3. Научная библиотека диссертаций и авторефератов disserCat http://www.dissercat.com/content/lazernoe-formirovanie-mikrolinz-na-baze-opticheskikh-volokon#ixzz26Qaq5Jwv

Волоконно-оптический элемент, состоящий из оптоволокна, утоненного участка оптоволокна и микролинзы, сформированной из утоненного участка оптоволокна, отличающийся тем, что утоненный участок выполнен только из материала сердцевины оптоволокна.