Способ ввода широкоапертурного импульсного лазерного пучка в волоконно-оптическую линию связи и устройство для его реализации

Способ ввода широкоапертурного импульсного лазерного пучка в волоконно-оптическую линию связи и устройство для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данное изобретение относится к технике измерения мощностных параметров импульсного лазерного излучения на мощных многоканальных лазерных установках с плотной упаковкой элементов.

Задачей, стоящей в данной области техники и на решение которой направлено изобретение, является доставка излучения широкоапертурного пучка на вход малоапертурной волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) без внесения временной дисперсии лучей для регистрации временных параметров лазерных импульсов нано- и субнаносекундной длительности.

Из предшествующего уровня техники наиболее близкими по технической сущности и назначению к заявляемому изобретению являются способ и устройство ввода широкоапертурного импульсного лазерного пучка в ВОЛС, описанные в статье (Е.Н. Воронцов, М.Ю. Кирдяшкин, А.Г. Кравченко и др. Диагностика физического таутохронизма лазерных пучков на многоканальной установке «Искра-5» // Квантовая электроника, 21, №10, 1994 г., с. 994-997). Представленный способ ввода широкоапертурного импульсного лазерного пучка в ВОЛС заключается в том, что исходный пучок перестраивают путем пропускания через фокусирующую систему линз на вход волоконного световода, с выхода которого часть излучения поступает на вход ВОЛС. Устройство ввода широкоапертурного импульсного лазерного пучка в ВОЛС представляет собой фокусирующую систему двух линз, входной (диаметр 1,3 м, фокусное расстояние 30 м) и перестраивающей (диаметр 3 см, фокусное расстояние 7 см), строящих на входе волоконного световода со смешанным коллектором ближнюю зону пучка. ВОЛС подстыковывается к волоконному световоду через светопровод в виде кварцевого стержня с полированными поверхностями, сглаживающего в поперечном сечении структуру пучка на входе в ВОЛС.

При представленной конструкции фокусирующей системы, включающей линзу большого размера с большим фокусным расстоянием, длина оптической схемы составляет 30 м, что не обеспечивает компактность конструкции.

Технический результат способа заключается в расширении возможностей применения за счет размещения оптической схемы в ограниченном объеме пространства.

Технический результат устройства заключается в уменьшении длины оптической схемы доставки излучения широкоапертурного пучка на вход ВОЛС.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе ввода широкоапертурного импульсного лазерного пучка в ВОЛС, заключающемся в том, что осуществляют перестроение входного пучка, пропуская его через фокусирующую систему линз и волоконный световод, новым является то, что при пропускании пучка через фокусирующую систему линз осуществляют разбивку пучка, направляя его на m линз, после чего пучки сводят вместе, пропуская их через m-канальный волоконный световод.

Указанный технический результат достигается также тем, что в устройстве ввода широкоапертурного импульсного лазерного пучка в ВОЛС, включающем фокусирующую систему линз и волоконный световод со смешанным коллектором, новым является то, что фокусирующая система линз выполнена в виде m линз, размещенных в плоскости, ортогональной направлению пучка, причем форму, количество, размер и фокусное расстояние линз подбирают исходя из условия полного перекрытия сечения входного пучка и заданной длины устройства, в качестве волоконного световода использован m-канальный волоконный световод.

Кроме этого, устройство может быть снабжено системой разделения на n выходных каналов, выполненной в виде n-канального волоконного световода, коллектор которого установлен после коллектора m-канального волоконного световода на расстоянии L≥0.5⋅D/tg(α_a), где D - диаметр коллектора, а (α_а) - апертурный угол m-канального волоконного световода. Также между коллекторами m-канального и n-канального волоконных световодов может быть установлена собирающая линза с фокусным расстоянием F, удовлетворяющим условию F=0,5⋅D/tg(α_a), причем расстояние L между фокусирующей линзой и коллектором n-канального волоконного световода составляет L≥F.

Влияние отличительных признаков патентной формулы способа на технический результат.

При пропускании входного пучка через фокусирующую систему линз осуществляют разбивку пучка, направляя его на m линз, что обеспечивает возможность размещения оптической схемы в ограниченном объеме пространства, расширяя возможность применения схемы.

Пропускание разделенных пучков через m-канальный волоконный световод со смешанным коллектором обеспечивает сведение пучков вместе.

Влияние отличительных признаков патентной формулы устройства на технический результат.

Выполнение фокусирующей системы в виде m линз, размещенных в плоскости, ортогональной направлению пучка, позволяет использовать линзы с малым фокусным расстоянием, вследствие чего уменьшить линейный размер устройства.

Подбор формы, количества, размера и фокусного расстояния линз исходя из условия полного перекрытия сечения входного пучка и заданной длины устройства позволяет оптимально-компактно разместить линзы для доставки широкоапертурного пучка на вход ВОЛС.

Использование в качестве волоконного световода со смешанным коллектором m-канального волоконного световода позволяет собрать m пучков вместе.

Снабжение устройства системой разделения на n выходных каналов, выполненной в виде n-канального волоконного световода, коллектор которого установлен после коллектора m-канального волоконного световода на расстоянии L≥0.5⋅D/tg(α_a), где D - диаметр коллектора, а (α_а) - апертурный угол m-канального волоконного световода, позволяет получить требуемое количество каналов регистрации.

Установка между коллекторами m-канального и n-канального волоконных световодов собирающей линзы с фокусным расстоянием F, удовлетворяющим условию: F=0,5⋅D/tg(α_a), причем расстояние L между фокусирующей линзой и коллектором n-канального волоконного световода составляет L≥F, позволяет увеличить светосбор на вход коллектора n-канального волоконного световода без увеличения временной дисперсии лучей.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа в виде устройства, конструкция которого представлена на чертеже, где позициями обозначены:

1 - фокусирующая система линз,

2 - m-канальный волоконный световод со смешанным коллектором,

3 - собирающая линза,

4 - n-канальный волоконный световод системы разделения,

5 - ВОЛС

В примере реализации устройство представляет собой фокусирующую систему линз 1 в виде 49 плотно упакованных квадратных линз размерами 60×60 мм² и фокусным расстоянием 300 мм, фокусирующих падающие на них пучки на входы 49-канального волоконного световода со смешанным коллектором 2. Линзы упакованы в квадратную форму размером 400×400 мм² (не показано) и размещены в плоскости, ортогональной направлению пучка. Форма, количество, размер и фокусное расстояние линз выбраны исходя из условия полного перекрытия сечения входного пучка и заданной длины устройства. Непосредственно после коллектора 49-канального волоконного световода 2 установлена собирающая линза 3 с фокусным расстоянием F=70 мм, удовлетворяющим условию F=0,5⋅D/tg(α_a), где D - диаметр коллектора, а (α_а) - апертурный угол m-канального волоконного световода. Далее на расстоянии L от собирающей линзы 3, удовлетворяющем условию L≥F, установлен коллектор 5-канального волоконного световода 4 диаметром 7 мм, выходы каналов световода состыкованы с собственными ВОЛС 5 с диаметром волокна 62 мкм.

Устройство работает следующим образом. Плоскопараллельный пучок лазерного излучения от источника (не показан) перестраивают путем разбивки на 49 пучков с помощью фокусирующей системы линз 1, которые фокусируют падающие на них пучки на входы каналов 49-канального волоконного световода 2, в коллекторе которого они перемешиваются, и часть выходного пучка коллектора через собирающую линзу 3 поступает на коллектор 5-канального волоконного световода системы разделения 4, где происходит его разбивка на пять пучков для регистрации нескольких параметров исследуемого лазерного импульса. На выходе каждого канала 5-канального волоконного световода системы разделения излучение вводится в свой канал ВОЛС 5.

К настоящему времени на предприятии проведена конструкторская проработка и создано устройство ввода широкоапертурного импульсного лазерного пучка в ВОЛС. Произведена экспериментальная отработка заявляемого изобретения с достижением вышеуказанного технического результата. Представленное изобретение позволило разместить устройство в ограниченном объеме пространства длиной 570 мм.

1. Устройство ввода импульсного лазерного пучка в волоконно-оптическую линию связи, включающее фокусирующую систему линз и волоконный световод с коллектором, отличающееся тем, что фокусирующая система линз выполнена в виде m линз, размещенных в плоскости, ортогональной направлению пучка, причем форму, количество, размер и фокусное расстояние линз подбирают исходя из условия полного перекрытия сечения входного пучка и заданной длины устройства, в качестве волоконного световода с коллектором использован m-канальный волоконный световод.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено системой разделения на n выходных каналов, выполненной в виде n-канального волоконного световода, коллектор которого установлен после коллектора m-канального волоконного световода на расстоянии L≥0.5⋅D/tg(α_a), где D - диаметр коллектора, а (α_a) - апертурный угол m-канального волоконного световода.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что между коллекторами m-канального и n-канального волоконных световодов установлена собирающая линза с фокусным расстоянием F, удовлетворяющим условию F=0,5⋅D/tg(α_a), причем расстояние L между фокусирующей линзой и коллектором n-канального волоконного световода составляет L≥F.