Разработка макета волоконно-оптического бесконтактного разъема с помощью технологии Expanded Beam

Авторы

  • Янина Дмитриевна Токарева (Yanina D. Tokareva) Университет информационных технологий, механики и оптики
  • Андрей Иванович Гаранин (Andrew I. Garanin) Пермский национальный исследовательский политехнический университет; ПАО "Пермская научно-производственная приборостроительная компания"
  • Александра Юрьевна Петухова (Alexandra Yu. Petukhova) Пермский национальный исследовательский политехнический университет; ПАО "Пермская научно-производственная приборостроительная компания"
  • Юрий Александрович Конин (Yuri A. Konin) ПАО "Пермская научно-производственная приборостроительная компания"
  • Виктория Александровна Щербакова (Viktoria A. Scherbakova) Пермский государственный национальный исследовательский университет; ПАО "Пермская научно-производственная приборостроительная компания"

DOI:

https://doi.org/10.17072/1994-3598-2020-1-05-10

Ключевые слова:

Expanded Beam, расширенный пучок, оптическое волокно

Аннотация

Рассматривается макет бесконтактного волоконно-оптического разъема для систем доставки мощного лазерного излучения в полевых условиях эксплуатации с помощью технологии Expanded Beam («расширитель пучка»). Реализуемая технология, в отличие от контактной, способствует уменьшению оптических потерь от загрязнения и смещения сердцевин оптических волокон. Диаметр пучка после прохождения линзы становится в 15 раз больше, чем сердцевина оптического волокна, тем самым уменьшая потери от частичек пыли на торцах оптических волокон, которые из-за своих размеров могут вносить значительные потери. В таких разъемах предлагается использовать шариковые линзы, поскольку их удобно устанавливать, и они относительно не дороги. Сам разъем представляет собой конструкцию с шариковыми линзами, излучение на которых сначала преобразуется в параллельный световой пучок большего диаметра, а затем снова фокусируется на торец выходного волокна. Была разработана модель, позволяющая рассчитывать такое расположение сферических линз относительно друг друга и относительно оптических волокон, при котором потери будут минимальными. Макет разъема был собран из следующих компонентов: многомодовое оптическое волокно доставки, лазерный диод накачки 975 нм, микроподвижки, шариковые линзы и измеритель оптической мощности. В качестве материалов линз использовались стекло марки K-8 и прозрачный оксид алюминия Al2O3, традиционно называемый в оптике сапфиром. Была исследована зависимость между коэффициентом пропускания излучения и диаметром шариковых линз. Такой разъем может применяться в системах доставки лазерного излучения, таких как разрывные пиропатроны в аэрокосмической и горнодобывающей промышленности.

Библиографические ссылки

Letov D. A., Tokareva Ia. D. Research of residual polarization of radiation of an erbium superluminescent fiber source for a fiber-optical gyroscope. Applied Photonics, 2018, vol. 5, no. 4, pp. 372–391.

Kazemi A. A. Fiber optic connectors for harsh environment of aviation and aerospace application. Proceedings of SPIE, 2014, vol. 9202, pp. 1–15.

Tang Z., Zhang R., Mondal S. K., Shi F. G. Optimization of fiber-optic coupling and alignment tolerance for coupling between a laser diode and a wedged single-mode fiber. Optics Communications, 2001, vol. 199, pp. 95–101.

Saruwatari M., Sugie T. Efficient laser diode to single-mode fiber coupling using a combination of two lenses in confocal condition. IEEE Journal Quantum Electron, 1981, vol. 17, pp. 1021–1027.

Cheung Y. M., Yiu C. H. Simulation of the alignment sensitivity on the coupling efficiency of a ball-lens capped TO-can laser diode source into a single-mode fiber. Proceedings of IEEE Conference on Electronic Materials and Packaging, 2002, pp. 197–203.

Wagner R. E., Tomlinson W. J. Coupling efficiency of optics in single-mode fiber components. Applied Optics, 1982, vol. 21, pp. 2671–2688.

Niu J., Xu J., Coupling efficiency of laser beam to multimode fiber. Optics Communications, 2007, vol. 274, pp. 315–319.

Cook J. S., Mammel W. L., Grow R. J. Effect of misalignments on coupling efficiency of single‐mode optical fiber butt joints. Bell System Technical Journal, 1973, vol. 52, pp. 1439–1448.

Chanclou P., Ramanitra H., Gravey P., Thual M. Design and performance of expanded mode fiber using microoptics. Journal of Lightwave Technology, 2002, vol. 20, pp. 836–842.

Votinov G. N., Tokareva Ya. D. High temperature sensor based on fiber bragg gratings. Applied photonics, 2017, vol. 4, no. 3, pp. 222–229.

Garanin A. I., Tokareva Ya. D. Design of a stand for measuring the diameter distribution of the mode field on the surface of optical objects. Foton-Express, 2019, no. 3 (155), pp. 16–20.

Загрузки

Опубликован

2020-03-25

Выпуск

Раздел

Краткие сообщения (Rapid Communications)