Устройство для коррекции дисперсии мод волоконных световодов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ДИСПЕРСИИ МОД ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ, содержащее фотодетекторы, выходы которых соединены с входами усилите.лей фототока, отличающееся тем, что, с целью увеличения степени коррекции и уменьшения потерь световой мощности, в него введены последовательно расположенные на оптической оси, проходящей через центр выходного торца корректируемого волоконного световода, коллимирующая линза, набор жгутов волоконных световодов различной длины, входные торцы которых укреплены в одной плоскости , расположенной перпендикулярно оптической оси, непосредственно за линзой и представляют собой концентрические кольца, центр которых расположен на Оптической оси, причем выходные торцы жгутов оптически сопряжены с фотодетекторами, а выходы усилителей фототока объединеi ны в одну общую электрическую цепь.

. СОЮЗ СОВЕТСКИХ

З«ЛЮМ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHCMVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° \

°

° ° (21) 3359491/24-10 (22) 03.12.81 (46) 07.02.85. Бюл. Ф 5 (72) M.M.Áóòóñoâ и С.И.Соколов (53) 535.813(088.8) (56) 1. Патент США 3969016, кл. 350-96. опублик.1975.

2. Патент США В 3777149, кл. 35096, опублик. 1973(прототип . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ

Д1С1ЖРСИИ МОД ВОЛОКОННЫХ. СВЕТОВОДОВ, содержащее фотодетекторы, выходы которых соединены с входами усилите.". лей фототока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения степени коррекции и. уменьшения потерь

„„Я0„„1138680 A

4(51) G 01 М 11/00; G 02 В 6/14 световой мощности, в него введены последовательно расположенные на оптической оси, проходящей через центр выходного торца корректируемого волоконного световода, коллимирующая линза, набор жгутов волоконных световодов различной длины, входные торцы которых укреплены в одной плоскости, расположенной перпендикулярно оптической оси, непосредственно за линзой и представляют собой концентрические кольца, центр которых расположен на оптической оси, причем выходные. торцы. жгутов оптически сопряжены с фотодетекторами, а выходы усилителей фототока объединены в одну общую электрическую цепь.

1138680

Изобретение относится к волоконно оптическим средствам связи и может быть использовано в волоконно-оптических системах различного назначения.

Известно устройство, с помощью которого производится смешение высших и низших направляемых мод, представляющее собой короткие отрезки световодов, деформированные либо с помощью механических воздействий, 10 либо с помощью неоднородного электрического поля, изменяющего показатель предомления сердцевины отрезка волоконного световода вдоль его оси (1).

Геометрические неоднородности, вызываемые внешними воздействиями и приводящие к связи мод световода, обуславливают неизбежные дополнительные потери световой энергии, что является серьезным недостатком корректоров дисперсии мод.

Наиболее близким к предлагаемому. является корректор дисперсии мод, содержащий последовательно расположенные после выходного торца, коррек тируемого волоконного световода набор фотодетекторов, усилители фототока и линии задержки, электрические выходы которых объединены в общую электрическую цепь 1 2 ). ! 30

Излучение каждой отдельной модовой группы корректируемого волоконного световода попадает на определенный фотодетектор..набора и, после преобразования в электрический сигнал задерживается на определенный промежуток времени таким образом, чтобы сигналы, переносимые всеми модовыми группами,.приходили на выход устройства одновременно.

Недостатками известного устройст40 ва является малая величина достижи-, мой коррекции сигнала и большие поте ри световой мощности.

Цель изобретения — увеличение степени коррекции сигнала и уменьше45 ние потерь световой мощности в устройстве.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для коррекции дисперсии мод волоконных световодов, содержащее фотодетекторы, выходы которых соединены с входами усилителей фототока, введены последовательно расположенные на оптической оси, проходящей через центр выходного торца корректируемого волоконного световода коллимирующая линза, набор жгутов волоконных световодов разлнчной длины, входные торцы которых укреплены в одной плоскости, расположенной перпендикулярно оптической оси, непосредственно за линзой и представляют собой концентрические кольца, центр которых расположен на оптической оси, причем выходные торцы жгутов бптически сопряжены с фотодетекторами, а выходы усилителей фототока объединены в одну общую электрическую цепь.

Такое выполнение устройства позволяет осуществить пространственную селекцию и выравнивание времени распространения различных модовых групп корректируемого волоконного световода, причем число корректирующих каналов(отдельных жгутов волоконных световодов может быть сделано значи-.тельно большим, чем в известном, что и позволяет существенно увели-. чить степень коррекции передаваемых по волоконному световоду сигналов.

Особенностью и существенным отличием предлагаемого устройства является особое выполнение жгутов волоконных световодов, выполненных так, что вхо дом отдельного жгута является концен. трическое кольцо, а выходом площадка определенной, например, круглой формы. Подобное выполнение жгутов волоконных световодов и позволяет эффективно осуществлять пространственную селекцию определенных модовых групп корректируемого волоконного световода. С помощью жгутов волоконных световодов осуществляется и задерж. ка различных модовых групп на определенные временные интервалы, что приводит к выравниванию времени рас-. пространения различных модовых групп.

На фиг. l изображено устройство; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1.

Устройство включает в себя линзу

1, расположенную так, что расстояние между ней и выходным торцом 2 корректируемого волоконного световода 3 равно фокусному расстоянию этой линзы, набор жгутов волоконных световодов различной длины 4 выполнен так, что их входные торцы 5 укреплены в одной плоскости перпендикулярно оптической оси устройства непосредственно за линзой 1 и представляют собой концентрические кльца, центр которых есть точка пересечения оптической оси и плоскости, в которой расположены входные торцы корректрующих волоконных жгутов. Набор фото3 1 детекторов 6, светочувствительные площадки которых оптически сопряжены с выходными торцами 7 жгутов набора

4, набор усилителей 8 фототока, электрические входы которых соединены с выходными клеммами фотодетекторов, а выходы усилителей объединены в общую выходную цепь 9, нагрузкой которой является сопротивление IO.

Выходом устройства являются клеммы (ll соединенные с сопротивлением IO.

Устройство работает следующим образом.

Пусть на входной торец корректируемого волоконного световода 3 поступает входной сигнал. На выходе этого световода, в следствие того, что сигнал будет переноситься (от входного до выходного торца)различными модовыми группами с различной скоростью выходной сигнал имеет вид

:где Ф,. — световая мощность, переносимая i --й модовой группой (модой); — разность времен прихода высшей и низшей мод;

Т вЂ” время задержки, обусловленное конечностью скорости распространения световых волн в корректируемом волоконном световоде.

Величины и т определяются из

Э формул

Z Еаза. ч с

fp 2

«

Zn

Т с 1 (2}

Ь где. Z — длина корректируемого волоконного световода;

Il, — показатель преломления

1 сердцевины этого световода;

Ь вЂ” коэффициент "ступенчатости" "

С вЂ” скорость света в вакууме;

Ч вЂ” групповая скорость распростгр ранения световых волн в корректируемом волоконном световоде;

N — - полное число мод, могущих распространяться в этом световоде.

Световая мощность, переносимая -й модой, излучается из выходного торца 2 корректируемого волоконного

I38e8O световода в виде полого конуса свето вых лучей с углами при вершине

6 ° . = Cllc 5ill )) 1 с

Л

dc и

8. =«»»«1 - (2(Й1() («(dc

f0 где dc — диаметр сердцевины корректируемого волоконного световода; — длина волны светового излучения, распространяющегося

I5 в этом световоде.

После прохождения воздушного промежутка протяженностью F (где F— фокусное расстояние линзы I) и пространственно-угловое распределение

2р этой линзы световой мощности для отдельных мод приобретает вид полых цилиндров, максимальные и минимальные диаметры которых находятся из соотношенийй

Р..„=2F e,,„-d,, Э; „= 2Н В,. +,, (4) где Q . ., и Q. определяются формулами(31.

Жгуты 4 волоконных световодов собирают оптическую мощность, переноси35 мую отдельной -й модовой группой, состоящей из N„= Nfrn мод. Для этого их входная плоскость 5 расположена за линзой и выполнена в виде концентрических колец, диаметры которых

40 имеют следующие размеры:

Л

=2Ftg «r«si» " 12(»-1(«1 dc

D =2Ftg «res(» " 1(2»й, («1

dc где r принимает значения 1,2,...,m.

Длина каждого жгута 4 выбирается таким образом, чтобы модовы группы распространяющиеся в каждом иэ ш жгутов, приходили в выходную плоскость каждого иэ жгутов одновременно.

Нетрудно показать, что условие одновременности прихода модовых групп к выходным плоскостям жгутов корректора будет выполнено, если длина.1138680

Составитель Л.Мухина

Редактор Е,Лушникова Техред М.Кузьма Корректор В.Бутяга

Заказ 10678/32 Тираж 89$ Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-ÇS, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г . Ужгород, ул. Проектная, 4 отдельного г -ro жгута. удовлетворяет, соотношению где 8 — некоторая постоянная величина, выбираемая из соображений удобства конструктивного выполнения устройства.

В выходной плоскости 7 корректора оптический сигнал имеет вид,Сравнение выражений (1)и (71показы"рвет, что сигнал на выходе корректо- ра имеет в rn раз меньшие частотные искажения, т.е, степень коррекции предлагаемого устройства равна rn

Набор фотодетекторов 6 осуществляет

5 фотон-электронное преобразование оптических сигналов, снимаемых с отдельных волоконных жгутов корректора в электрические сигналы, которые затем усиливаются усилителями фотото10 ка 8 и суммируются в выходной электри ческой цепи 9.

В предлагаемом устройстве не существует никаких принципиальных ограничений для увеличения в до

15 любого, но не превосходящего hl значения. Устройство технологично, имеет небольшие размеры, высокие эксплуатационные качества и может найти широкие применение в волоконно-оптических рд системах связи.