Для соединения элементов световодных систем между собой требуются простые и надежные соединители: ВС друг с другом (ВС-ВС), ВС с излучателями (ИИ-ВС), ВС с фотодетекторами (ВС-ФД) и с полосковыми световодами (ВС-ПС).
Оптические соединители представляют собой один из самых ответственных классов пассивных компонентов для световодных систем, от уровня которых зависят предельные возможности и сроки эксплуатации систем.
Требования, предъявляемые к соединителям, следующие: малые оптические потери; стабильность оптических потерь в процессе эксплуатации; устойчивость к внешним воздействиям; надежность, герметичность; простота сборки, низкая стоимость.
Соединители типа ВС-ВС. Основаны либо на непосредственном соединении световодов встык, либо с использованием коллимирующих и фокусирующих элементов.
Оптические потери при непосредственном соединении ВС можно разделить на три группы: определяемые взаимным расположением ВС; связанные с неидентичностью параметров соединяемых ВС; связанные с отражением от торцов световодов (френелевские потери).
Рис. 12. Фокусирующие и коллимирующие элементы, используемые при соединении ВС: а - сферические линзы; б - градиентные стержневые линзы; в - трехмерные градиентные интегральные линзы.
При использовании в соединителях ВС-ВС микролинз излучение, выходящее из ВС, преобразуют в коллимированнный луч и затем с помощью фокусирующего элемента обеспечивают его ввод в выходной ВС (рис. 12). Основное достоинство соединителей этого типа состоит в слабой зависимости оптических потерь от взаимного расположения микролинз, жестко связанных с ВС, т.е. в более высоких эксплуатационных характеристиках ВОСП.
Оптические потери в системе ВС - коллиматор - фокусирующий элемент - ВС определяются оптическими свойствами микролинз, взаимным расположением всех элементов, неидентичностью параметров соединяемых световодов, френелевскими потерями.
Наиболее широкое распространение в соединителях ВС нашли сферические и градиентные стержневые линзы. Интенсивно разрабатывают для этой цели и трехмерные интегральные линзы.
Неразъемные оптические соединители обеспечивают минимальные оптические потери, так как в них нет френелевских потерь, а также потерь, вызванных неперпендикулярностью, кривизной поверхности или качеством обработки торцов волокна.
Рис. 13. Неразъемный оптический соединитель 1 - волоконный световод в защитном покрытии; 2 - термофидная трубка; 3 - упрочненный элемент; 2 - эпоксидный клей; 5 - неразъемное соединение.
Структура неразъемного оптического соединителя представлена на рис. 13.
Неразъемные соединители, в которых сращивание ВС осуществляется сплавлением, сваркой или склеиванием, отличаются конструктивно и технологически. При изготовлении соединителей методом сплавления юстировка сердцевины световодов друг относительно друга возможна либо визуально, либо по оптическому сигналу, этим достигаются малые оптические потери.
В клеенных соединителях, как правило, совмещение производят в элементах крепления, в качестве базовой поверхности при этом используют сами ВС.
В неразъемных сварных соединителях защиту места сварки от внешних воздействий обеспечивают с помощью лаков и клеев. После сварки в результате термического удара прочность ВС снижается приблизительно на 30 %, поэтому в соединителях применяют упрочняющие элементы (механические и керамические стержни). Иногда функцию упрочняющего элемента выполняет корпус.
Широкое распространение получила электродуговая сварка из-за простоты регулировки теплового режима и возможности проведения сварки в судовых условиях. Технология изготовления сварного соединителя включает следующие операции: удаление вторичного и первичного покрытий, скалывание волокна, совмещение сердцевины ВС - собственно сварку, изготовление защитного покрытия, установку упрочняющего элемента и корпуса, герметизацию. Удаление защитных покрытий и скалывание ВС осуществляют механически с помощью специальных технологических инструментов. От качества скола сильно зависят оптические потери в соединителе.
Разъемные оптические соединители. В соединителях этого типа есть все виды оптических потерь, свойственные соединению ВС.
Основные потери связаны с радиальным смещением (децентровкой) сердцевины ВС друг относительно друга или относительно фокуса коллимирующих и фокусирующих элементов.
Принципиально отличаются два типа разъемов: разъемы, в которых в качестве базовой поверхности используют поверхность оптического волокна; разъемы, в которых кабельные части оконцованы армирующими наконечниками.
Разъемы первого типа не обеспечивают надежного соединения и поэтому не нашли широкого применения. Чаще всего их используют в лабораторных условиях для проведения различных исследований.
Практический интерес для волоконных систем имеют оптические разъемы второго типа, в которых армирующий наконечник не только обеспечивает совмещение ВС, но и защищает световод, позволяет надежно и жестко закрепить его в соединителе (рис. 14).
В соединителях этого типа конструкция наконечника и метод центрирования сердцевины ВС относительно базовой поверхности наконечника определяют все основные параметры соединителей.
Рис. 14. Разъемный оптический соединитель
1 - наконечник, армирующий световодный кабель; 2 - гайка; 3 - прецизионная втулка; 4 - корпус
Применение того или иного типа (конструкции) соединителя определяется параметрами, необходимыми для каждой конкретной световодной системы.
Соединители ИИ-ВС. Их конструируют, исходя из условия обеспечения максимальной эффективности ввода оптической мощности n = Pвс/Pии, где Pвс - мощность излучения, введенная в световод; Pии - мощность источника излучения. Эффективность ввода излучения зависит от диаграммы направленности источника, площади излучающей площадки, спектрального состава излучения, диаметра сердцевины ВС, их числовой апертуры, параметров микролинз и др. Высокой эффективности ввода излучения достигают, применяя как дискретные микролинзы, так и изготовленные непосредственно на торцах ВС.
Технология соединения СД и ПЛ с многомодовыми световодами отработана и достигла стадии промышленного производства. Соединители лазеров с одномодовыми световодами и особенно с волокнами, сохраняющими поляризацию, требуют лабораторной технологии.
Соединители ВС-ПС. Они не сложны конструктивно, так как и числовая апертура, и диаметр рабочей, светочувствительной, площадки у фотоприемника больше, чем соответствующие размеры у волокна.
Для соединения ПС в основном применяют неразъемное соединение встык. Оптические потери при таком соединении сильно зависят от точности вертикального и горизонтального совмещений, углового рассогласования и качества обработки поверхности торцов.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com