Спосіб визначення вагових коефіцієнтів вихорів оптичного волокна

Винахід відносяться до оптичної спектроскопії, зокрема, до волоконної оптики. Відомий спосіб визначення величини і знака топологічного заряду [n.30482А, МПК 6: G08C19/36, G02B6/02, опубл. 15.11.2000р. Бюлл. №6-ІІ], по якому аналізоване випромінювання з заданим топологічним зарядом направляють на систему: довгофокусная лінза - оптичний клин попередньо відюстировану за допомогою транспаранта, потім реєструють, а величину і знак топологічного заряду визначають по картині реєстрації. Даний спосіб не дозволяє аналізувати випромінювання, що містить складний модовий склад, одержуваний на виході з оптичних хвилеводів. В основу винаходу поставлена задача визначити вагові коефіцієнти вихорів, що направляються, слабко направляючого маломодового волокна і НЕ11 фундаментальної моди. Поставлена задача зважується тим, що в способі визначення вагових коефіцієнтів вихрів оптичного волокна, що включає напрямок випромінювання на транспарант і його реєстрацію, відповідно до винаходу, випромінювання після транспаранта направляють на l / 4 пластинку, поляризатор, оптичне волокно, ~ = 1- Q a 1 + Q , де поляризаційний фільтр і по картині реєстрації визначають ваговий коефіцієнт IV ви хору по формулі ~ a - ваговий коефіцієнт IV ви хору, Q - еліптичність, ваговий коефіцієнт НЕ11 моди по формулі: ~2 2 b = r0 1 + ~ 2 + ~ sin(b - a ) a a , r0 - величина зсуву центра ви хору щодо центра пучка; де a - кут азимута еліпса; ~ ~ b - кут нахилу зсуву центра вихор у, ваго вий коефіцієнт CV ви хору по формулі a 3 = 1- a - b , що забезпечує визначення спектра вихорів слабко направляючого маломодового волокна і фундаментальної НЕ11 моди. У волокні, збудженому циркулярним поляризованим світлом реалізуються два види оптичних вихорів: стійкий оптичний вихор (CV мода) і хитливий вихор (IV мода), як суперпозиція ТЕ і ТМ волоконних мод а також фундаментальна НЕ11 мода. Розглянемо волокно з волноводним параметром V < 3,8 . Тут існує CV, IV і НЕ11 [ ] моди тільки з модовими числами L = 0,1 і m = 1. Нехай CV мода, що переносить одиночний оптичний вихор з топологічним зарядом L = +1 , складний з НЕ11 модою з відносним ваговим коефіцієнтом c . Комбінований оптичний вихор, зміщається в периферію (Фіг.1). Довжина зсуву D в одиницях радіуса волокна r дорівнює ваговому коефіцієнту моди c : у той час як різниця фаз b 10 z = a , де a - кут, утворений відстанню D і віссю 0х. Дозволимо тепер CV, і IV вихрам скластися. У реальному волокні зі слабким двупроменезаломленням, такий модовий режим досягається за допомогою поляризаційної фільтрації, приміщенням після волокна аналізатора. У цьому випадку ліва кругова поляризація IV моди вирізує і локальний оптичний вихор із протилежним топологічним зарядом L = -1 залишається в пучку. Суміш дво х оптичних ви хорів із протилежними топологічними зарядами формує ви хор з порушеною формою і центром як у початкового вихору. Лінії рівня інтенсивності в близькості центра вихору мають форму правильних еліпсів (Фіг.2). Лінії рівня еліптичності Q, відношення півосей еліпса а і b зв'язане як відношення вагових ~ коефіцієнтів вихорів А і В: Q = b / a , B / A = a і ~ = 1- Q a 1 + Q , (1) У той час як кут азимута еліпса y = b 12 z , де b 12 = b1 - b 2 . Третій випадок - коли всі три моди поширюються по волокну (Фіг.3, Фіг.4). Виxop тепер піддається подвійному збурюванню, що змушує його переміщатися і спотворюватися одночасно. Оскільки всі моди мають різні постійні поширення, відновлення зображення не спостерігається. Довжина зсуву центра вихор у тепер залежить, і від ~ ~ вагових коефіцієнтів a , b , і від фаз j , y . Однак, процеси зсуву центра і деформації форми виявляються окремо. Це дає можливість нам, принаймні, зважити всі моди. Хоча центр ви хору переміщається, лінії рівня біля центра вихору зберігає еліптичну форму. Крім того, кут азимута еліпса дорівнює різниці фаз між оптичними вихорами a = j , у той час як відносний ваговий коефіцієнт вихору ~ = 1- Q a 1 + Q , (2) тобто те ж саме вираження, як і для випадку без НЕ11 моди. Також відносний ваговий коефіцієнт НЕ11 моди визначається рівнянням ~2 2 b = r0 1 + ~ 2 + ~ sin(b - a ) a a , (3) Ваговий коефіцієнт CV вихор у тоді визначається рівнянням ~ a 3 = 1- ~ - b , (4) a Таким чином, вимірюючи еліптичність Q, зсув вихору r0 , кути a і b , ми знаходимо повний спектр мод для [ ] волокон c . V < 3. 8 Спосіб реалізується таким чином. Збирається пристрій [5]. Пристрій містить лазер 1 і розташовані по ходу світлового променя транспарант 2, l / 4 пластинка 3, поляризатор 4, мікрооб'єктиви 5, маломодове оптичне волокно 6, поляризаційний фільтр, що складається з l / 4 пластинки 7 і аналізатора 8, пристрій, що реєструє що складається з ССD-камери 9 і комп'ютера 10. Випромінювання Hе-Ne лазера 1, надходить на транспарант 2, на якому генерується оптичний вихор, l / 4 пластинка 3 формує циркулярну поляризацію, поляризатор 4 вирізує лінійну поляризацію, теля чого випромінювання через мікрооб'єктів 5 надходить у маломодове оптичне волокно 6. Вихідне випромінювання після волокна попадає на поляризаційний фільтр, що складається з l / 4 пластинки 7 і аналізатора 8, після чого фіксується комп'ютером 10 за допомогою СCD камери 9. Після одержання зображень розподілу інтенсивності полів на вихідному торці волокна, на даних фотографіях будуються лінії рівня рівної інтенсивності (Фіг.6], по яких знаходиться довжина зсуву центра вихор у r0 в одиницях радіуса волокна r , еліптичність Q , азимутальні кути a і b , по яких виходячи з формул (1-4) знаходяться вагові коефіцієнти CV і IV ви хрів, а також НЕ11 моди. Заявлений спосіб забезпечує визначення вагових коефіцієнтів вихорів, що направляються слабко направляючого маломодового волокна і фундаментальної НЕ11 моди.