Волоконно-оптические компоненты применяются в различных областях науки техники. Современные системы передачи информации, лазерные технологии, научные исследования все чаще прибегают к использованию волоконно-оптических компонентов благодаря их надежности, удобству соединения и эксплуатации, а также незначительных вносимых потерь.

В зависимости от конечного применения, волоконно-оптические компоненты изготавливаются методом тейпирования или на основе микро-оптических элементов.

Метод тейпирования подразумевает плавное уменьшение диаметра волокна с последующим разведением на несколько каналов, и чаще всего используется для изготовления сплавных компонентов, таких как разветвители или спектральные уплотнители (WDM).

Рисунок 1 – Фотография тейпера под 10х кратным увеличением

 

Волокно закрепляется на оптомеханических подвижках и, при помощи газовой горелки или лазерного нагревателя, подвергается термической обработке с плавной последующей вытяжкой. 

 

Рисунок 2 – Принципиальная схема производства ВО компонентов

 

Вытяжка осуществляется по адиабатическому закону, что обеспечивает минимальные потери при изменении модового поля. 

Рисунок 3 – Распределение оптической мощности внутри разветвителя

 

После производства тейперы свариваются друг с другом и помещаются в герметичный корпус. Корпус запаивается УФ-отверждаемым клеем или эпоксидной смолой. В зависимости от плотности объединения волокон, изменяется коэффициент деления самого разветвителя.

Рисунок 4 – Волоконно-оптический разветвитель

В случае спектрального уплотнителя (WDM) используются тонкопленочные фильтры, размещаемые между тейперами для селекции разных длин волн на разные порты. 

Рисунок 5 – Принципиальная схема спектрального уплотнителя WDM

Так, наиболее часто данный компонент используется в телекоммуникациях для введения в один волоконный тракт нескольких сигналов, передающих информацию и последующего разделения на приемные устройства

Рисунок 6 – Мультиплексирование нескольких длин волн в один канал

Зачастую роль тонкопленочного фильтра выполняет интерферометр Фабри – Перо.

Рисунок 7 – Структура интерферометра Фабри-Перо 

Структура фильтра представляет собой стеклянную пластину с прецизионно-выверенной толщиной, покрытой с внутренней стороны антиотражающим слоем. 

 

Интерференционный фильтр может быть реализован с помощью тонких диэлектрических пленок (рис 8) или на объемной оптике.

Рисунок 8 – Структура фильтра на тонких диэлектрических пленках

 

Несколько слоев диэлектрика наносятся на стеклянную подложку. Периодическая структура диэлектриков с высоким / низким показателем преломления функционирует как зеркало с частичным отражением. Слои с диэлектриками разделены полостью с двумя зеркалами.

 

В качестве традиционного интерферометра, реализованного с помощью объемной оптики, тонкопленочный фильтр также может выполнять выборочную спектральную функцию. Как показано на рисунке 9, пики пропускания являются периодическими.

Рисунок 9 – Зависимость спектра пропускания от коэффициента отражения зеркала

 

«Точность» спектра возрастает с увеличением отражающей способности зеркала – рисунок 10. 

Рисунок 10 – Спектр пропускания фильтра при коэффициенте отражении зеркала в 95% 

 

В производстве таких компонентов, как изоляторы и циркуляторы, используются микрооптические элементы, основанные на эффекте Фарадея.

 

Эффект Фарадея (продольный магнитооптический эффект Фарадея) — заключается во вращении поляризационных составляющих под действием магнитного поля. Микрооптический элемент, установленный между волокнами, представляет из себя миниатюрный магнит и нелинейный кристалл (часто Bi:YIG - иттриево-железный гранат, легированный висмутом), заключенный между двумя тонкими поляризаторами.

Рисунок 11 – Структурная схема фарадеевского вращателя в изоляторе с сохранением поляризации

   

 

В случае не чувствительных к поляризации волокон, фарадеевский вращатель, на основе кристалла YVO4(ортованадата иттрия) вначале разделяет поляризационные составляющие, а затем снова собирает их на втором поляризаторе.

Рисунок 12, 13 – Принцип действия фарадеевского вращателя в изоляторе без сохранения поляризации 

Основная функция изолятора – пропускать излучение в прямом направлении и не допускать распространения в обратном. Данный элемент защищает компоненты в линии от обратных отражений, которые могут быть выведены из строя даже при небольшой мощности. Таким образом, при прохождении излучения через фарадеевский вращатель поляризационная составляющая поворачивается на угол 45, на который настроен второй поляризатор. При распространении обратного излучения, направление поляризации поворачивается еще на 45 ° во вращателе Фарадея, так что этот свет будет заблокирован на входном поляризаторе или может быть выведен через отдельный порт. 

 

Оптический циркулятор применяется для перенаправления излучения из одного порта в другой (порт 1 в порт 2 и порт 2 - в порт 3). Принцип действия схож с оптическим изолятором, однако является чуть более сложным, т.к. требуется ввести излучение с порта 2 на порт 3.  Сбор и введение излучения из порта в порт осуществляется посредством микрооптических коллиматоров.

 

АО «ЛЛС» предлагает выгодные условия поставки волоконно-оптических компонентов и полную техническую поддержку. Мы организуем доставку оборудования во все регионы страны. Если у Вас возникли вопросы о продуктах, их характеристиках, обратитесь за консультацией к нашим инженерам. 

 

Источник