Волоконний магнітооптичний перемикач

Реферат: Волоконний магнітооптичний перемикач належить до волоконної оптики. Технічний результат корисної моделі полягає в використанні додаткових поляризаційно-селективних розгалужувачів 1×2 і 2×2, третього і четвертого магнітооптичних обертачів, двохвильових волоконно-оптичного демультиплексора конфігурації 1×2 і двох мультиплексорів конфігурації 1×2, призначених для роботи з першою і другою довжинами хвиль світла, що дозволяє підвищити функціональність перемикача за рахунок нової функції - комутації оптичних сигналів із двома довжинами хвиль. UA 75525 U (54) ВОЛОКОННИЙ МАГНІТООПТИЧНИЙ ПЕРЕМИКАЧ UA 75525 U UA 75525 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області волоконної оптики, а саме до волоконно-оптичних пристроїв, призначених для перемикання напрямку світла, що виходить із незалежного джерела, заснованих на магнітооптичних приладах, які мають ефект Фарадея. Як прототип вибрана конструкція магнітооптичного перемикача [Патент України №49666, МПК (2009) G02F 1/09]. Перемикач включає: швидкодіюче джерело магнітного поля, перші волоконно-оптичні поляризаційно-селективні розгалужувачі конфігурації 1×2 і 2×2, перший і другий магнітооптичні фарадеєвські обертачі площини поляризації світла, виконані у вигляді магнітооптичних кристалічних волокон, які розміщені в магнітному полі. Перший і другий вихідні полюси першого розгалужувача 1×2 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертачів, відповідно, а перший і другий вхідні полюси першого розгалужувача 2×2 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертачів, відповідно. До недоліків магнітооптичного перемикача належить його низька функціональність, що обумовлена тим, що він може перемикати світло тільки з однією довжиною хвилі. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити волоконний магнітооптичний перемикач шляхом використання додаткових поляризаційно-селективних розгалужувачів 1×2 і 2×2, третього і четвертого магнітооптичних обертачів, двохвильових волоконно-оптичного демультиплексора конфігурації 1×2 і двох мультиплексорів конфігурації 1×2, призначених для роботи з першою і другою довжинами хвиль світла, що дозволяє підвищити функціональність перемикача за рахунок нової функції - комутації оптичних сигналів із двома довжинами хвиль. Поставлена задача вирішується тим, що волоконний магнітооптичний перемикач, що містить швидкодіюче джерело магнітного поля, перші волоконно-оптичні поляризаційноселективні розгалужувачі конфігурації 1×2 і 2×2, перший і другий магнітооптичні фарадеєвські обертачі площини поляризації світла, виконані у вигляді магнітооптичних кристалічних волокон, які розміщені у швидкодіючому магнітному полі, причому перший і другий вихідні полюси першого розгалужувача 1×2 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертачів, відповідно, а перший і другий вхідні полюси першого розгалужувача 2×2 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертачів, відповідно до корисної моделі, магнітооптичний перемикач додатково містить другий поляризаційно-селективний розгалужувач 1×2 і другий поляризаційноселективний розгалужувач 2×2, третій і четвертий магнітооптичні фарадеєвські обертачі площини поляризації світла, виконані у вигляді магнітооптичних кристалічних волокон, а також двохвильові волоконно-оптичний демультиплексор конфігурації 1×2 і два мультиплексори конфігурації 1×2, причому перший і другий вихідні полюси другого розгалужувача 1×2 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами третього і четвертого магнітооптичних обертачів, відповідно, а перший і другий вхідні полюси другого розгалужувача 2×2 з'єднані у вузлах стикування з вихідними полюсами третього і четвертого магнітооптичних обертачів, перший вихідний полюс демультиплексора з'єднаний із вхідним полюсом першого розгалужувача 1×2, а другий вихідний полюс демультиплексора з'єднаний із вхідним полюсом другого розгалужувача 1×2, перший вихідний полюс першого розгалужувача 2×2 і перший вихідний полюс другого розгалужувача 2×2 з'єднані, відповідно, з першим вхідним полюсом першого мультиплексора і першим вхідним полюсом другого мультиплексора, відповідно, а другий вихідний полюс першого розгалужувача 2×2 і другий вихідний полюс другого розгалужувача 2×2 з'єднані, відповідно, із другим вхідним полюсом першого мультиплексора і другим вхідним полюсом другого мультиплексора, відповідно. Магнітооптичний перемикач дозволяє здійснювати перемикання двохвильового оптичного сигналу, введеного у вхідний оптичний полюс, між вихідними оптичними полюсами, за рахунок чого підвищується його функціональність. Перевагою магнітооптичного перемикача є його більш висока функціональність. Волоконний магнітооптичний перемикач містить (фіг. 1) 1, 2, 3, 4 магнітооптичні обертачі, 5 джерело магнітного поля; 6 і 7 - перший і другий поляризаційно-селективні розгалужувачі 1×2, відповідно; 8 і 9 - перший і другий поляризаційно-селективні розгалужувачі 2×2, відповідно; 10 демультиплексор, 11 і 12 - перший і другий мультиплексори; 13 - вузол стикування оптичних волокон; 14, 15, 16 - вхідний полюс, перший і другий вихідні полюса демультиплексора 10, відповідно; 17, 18, 19 - вхідний полюс, перший і другий вихідні полюси розгалужувача 6, відповідно; 20, 21, 22 - вхідний полюс, перший і другий вихідні полюси розгалужувача 7, відповідно; 23, 24, 25, 26 - перший і другий вхідні й перший і другий вихідні полюси розгалужувача 8, відповідно; 27, 28, 29, 30 - перший і другий вхідні й перший і другий вихідні полюси розгалужувача 9, відповідно; 31, 32, 33 - перший і другий вхідні й вихідний полюси 1 UA 75525 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 мультиплексора 11, відповідно; 34, 35, 36 - перший і другий вхідні й вихідний полюси мультиплексора 12, відповідно. Розгалужувачі 6 і 8, а також магнітооптичні обертачі 1 і 2 призначені для роботи на перший довжині хвилі, а розгалужувачі 7 і 9, а також магнітооптичні обертачі 3 і 4 призначені для роботи на другій довжині хвилі. Демультиплексор 10 розгалужує першу і другу довжини хвиль, які вводяться в його вхідний полюс 14, так, що перша довжина хвилі відгалужується в його перший вихідний полюс 15, а друга - в його другий вихідний полюс 16. При цьому вихідний полюс 15 демультиплексора 10 з'єднаний із вхідним полюсом 17 розгалужувача 6, а вихідний полюс 16 демультиплексора 10 з'єднаний із вхідним полюсом 20 розгалужувача 7. Вихідні полюси 18 і 19 розгалужувача 6 і вихідні полюси 21 і 22 розгалужувача 7 з'єднані із вхідними полюсами магнітооптичних обертачів 1, 2, 3, 4, відповідно, а також вхідні полюси 23 і 24 розгалужувача 8 і вхідні полюси 27 і 28 розгалужувача 9 з'єднані з вихідними полюсами магнітооптичних обертачів 1, 2, 3, 4, відповідно, стандартним способом рознімного або нероз'ємного з'єднання у вузлах стикування 13. Вихідні полюси 25 і 26 розгалужувача 8 з'єднані, відповідно, із вхідним полюсом 31 мультиплексора 11 і вхідним полюсом 34 мультиплексора 12. Вихідні полюси 29 і 30 розгалужувача 9 з'єднані, відповідно, із вхідним полюсом 32 мультиплексора 11 і вхідним полюсом 35 мультиплексора 12. Мультиплексори 11 і 12 об'єднують у вихідних полюсах 33 і 36, відповідно, першу довжину хвилі, що вводиться в їх перші вхідні полюси 31 і 34, відповідно, із другою довжиною хвилі, що вводиться в їх другі вхідні полюси 32 і 35, відповідно. Магнітооптичний перемикач працює таким чином. На фіг. 2 показано проходження світла із двома довжинами хвиль з довільним станом поляризації через магнітооптичний перемикач при виключеному магнітному полі. Проходження світла через магнітооптичний перемикач, що надходить в його вхідний полюс, яким є вхідний полюс 14 демультиплексора 10, можна розглядати у вигляді сумарного поширення двох оптичних лінійно поляризованих світлових пучків р 1 і s1 для першої довжини хвилі й р2 і s2 - для другої, площини поляризації яких, відповідно, взаємно перпендикулярні. Демультиплексор 10 відгалужує світловий пучок з першою довжиною хвилі в полюс 15, а з другою - в полюс 16. За рахунок того, що демультиплексор 10 підтримує поляризацію, світлові пучки на його вихідних полюсах 15 і 16 ідентичні світловим пучкам, які вводяться у вхідний полюс 14. Розгалужувач 6 розподіляє світлові пучки р1 і s1 так, що світловий пучок р1 направляється в його вихідний полюс 18, а пучок s1 - в його вихідний полюс 19. Розгалужувач 7 розподіляє світлові пучки р2 і s2 так, що світловий пучок р2 направляється в його вихідний полюс 21, а пучок s2 - в його вихідний полюс 22. Далі світлові пучки р1 і s1 з вихідних полюсів 18 і 19 розгалужувача 6, а також світлові пучки р2 і s2 з вихідних полюсів 21 і 22 розгалужувача 7, надходять, відповідно, на вхідні полюси магнітооптичних обертачів 1, 2, 3, 4. При виключеному магнітному полі стан поляризації світлових пучків на вихідних полюсах магнітооптичних обертачів 1 і 2 не змінюється і у вхідні полюси 23 і 24 розгалужувача 8 вводяться світлові пучки р 1 і s1, відповідно, а у вхідні полюси 27 і 28 розгалужувача 9 вводяться світлові пучки р2 і s2, відповідно. При проходженні розгалужувачів 8 і 9 світлові пучки р1 і s1, а також р2 і s2 направляються, відповідно, в їхні вихідні полюси 25 і 29, відповідно, на виході яких присутні сумарні світлові пучки p1+s1, і р2+s2, утворені, відповідно, із двох світлових пучків р 1 і s1, а також р2 і s2, площини поляризації яких, відповідно, взаємно перпендикулярні. Світлові пучки з першою і другою довжинами хвилі з полюсів 25 і 29 розгалужувачів 8 і 9, відповідно, вводяться в полюси 31 і 32 мультиплексора 11. На вихідному полюсі 33 мультиплексора 11 є присутнім світло із двома довжинами хвиль, що за рахунок того, що мультиплексор 11 підтримує поляризацію, є ідентичним світлу, що надходить у магнітооптичний перемикач. На фіг. 3 показано проходження світла із двома довжинами хвиль із довільним станом поляризації через магнітооптичний перемикач при включеному магнітному полі. Проходження пучків світла при виключеному і включеному магнітному полі до входу його в магнітооптичні обертачі збігається. При включеному магнітному полі площина поляризації оптичних сигналів на вихідних полюсах магнітооптичних обертачів 1, 2, 3, 4 повертається на 90°. За рахунок цього відбувається перетворення вхідних світлових пучків p1, s1, р2 і s2, що входять у магнітооптичні обертачі 1, 2, 3, 4, відповідно, у світлові пучки s1, p1, s2 і р2, на виході магнітооптичних обертачів 1, 2, 3, 4, відповідно. У вхідні полюси 23 і 24 розгалужувача 8 вводяться світлові пучки s1 і p1, відповідно, а у вхідні полюси 27 і 28 розгалужувача 9 вводяться світлові пучки s2 і p2, відповідно. При проходженні 2 UA 75525 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розгалужувачів 8 і 9 світлові пучки р1 і s1, а також р2 і s2 направляються, відповідно, в їхні вихідні полюси 26 і 30, відповідно, на виході яких присутні сумарні світлові пучки p1+s1, і р2+s2, утворені, відповідно, із двох світлових пучків р1 і s1, а також р2 і s2, площини поляризації яких, відповідно, взаємно перпендикулярні. Світлові пучки з першою і другою довжинами хвилі з полюсів 26 і 30 розгалужувачів 8 і 9, відповідно, вводяться в полюси 34 і 35 мультиплексора 12. На вихідному полюсі 36 мультиплексора 12 є присутнім світло із двома довжинами хвиль, що за рахунок того, що мультиплексор 12 підтримує поляризацію, є ідентичним світлу, що вводиться в магнітооптичний перемикач. Таким чином, при включенні магнітного поля відбувається перемикання оптичних сигналів між вихідними оптичними полюсами магнітооптичного перемикача. При частковому включенні магнітного поля, подаючи його на магнітооптичні обертачі 1 і 2, або на - 3 і 4, можна здійснювати незалежне перемикання пучка світла з першою, або другою довжиною хвилі. Приклад Для виготовлення магнітооптичного перемикача, наприклад, для довжин хвиль світла 1310 і 1550 нм, можуть бути використані наступні елементи. Як поляризаційно-селективні розгалужувачі можуть бути використані polarization beam combiner/splitter 1×2 і 2×2, для довжин хвиль світла 1310 і 1550 нм, виробництва Opto-Link Corporation Ltd. Як двохвильові мультиплексори і демультиплексор, можуть бути використані polarization maintaining wavelength division multiplexer 1×2 для довжин хвиль світла 1310 і 1550 нм виробництва Opto-Link Corporation Ltd, які зберігають стан поляризації світла [http:|//www.optolinkcorp.com/pdf/WDM_PM.pdf]. Можливо застосування мультиплексорів і демультиплексорів, які не зберігають стан поляризації світла, при цьому перемикач буде здійснювати перемикання світла, але не буде зберігати стан його поляризації. Як магнітооптичні обертачі можна використовувати магнітооптичні кристалічні волокна YIG ["High-speed all-fiber magneto-optic switch and its integration" Zihua Weng, Zhimin Chena, Yuanqing Huanga Yun Zhua, Qinping Wub, Dezhi Wua, Guoguang Yangc / Proc. of SPIE Vol. 6021 60212 U-U1]. У цьому випадку можна реалізувати повністю волоконно-оптичну конструкцію магнітооптичного перемикача. Якщо матеріал магнітооптичного обертача має значну коерцитивність, то для управління поворотом площини поляризації світла використовують магнітне поле різної полярності. При цьому кут повороту площини поляризації вихідного світла відносно площини поляризації вхідного світла становить ±45°, так, щоб сумарний поворот площини поляризації при зміні полярності магнітного поля становив 90°. При цьому торці поляризаційних оптичних волокон, з'єднаних із вхідним і вихідним полюсами магнітооптичного обертача, повинні бути повернені відносно один до одного так, щоб швидкі осі цих оптичних волокон були схрещені на кут мінус 45 або плюс 45°, в залежності від того, який з даних кутів повороту площини поляризації світла на виході магнітооптичного обертача вибраний як початкове положення стану перемикання. Таким чином, магнітооптичний перемикач дозволяє здійснювати перемикання двохвильового оптичного сигналу, введеного у вхідний оптичний полюс, між вихідними оптичними полюсами, за рахунок чого підвищується його функціональність. Перевагою магнітооптичного перемикача є його більш висока функціональність. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Волоконний магнітооптичний перемикач, що містить швидкодіюче джерело магнітного поля, перші волоконно-оптичні поляризаційно-селективні розгалужувачі конфігурації 1×2 і 2×2, перший і другий магнітооптичні фарадеєвські обертачі площини поляризації світла, виконані у вигляді магнітооптичних кристалічних волокон, які розміщені у швидкодіючому магнітному полі, причому перший і другий вихідні полюси першого розгалужувача 1×2 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертачів, відповідно, а перший і другий вхідні полюси першого розгалужувача 2×2 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертачів, який відрізняється тим, що магнітооптичний перемикач додатково містить другий поляризаційно-селективний розгалужувач 1×2 і другий поляризаційно-селективний розгалужувач 2×2, третій і четвертий магнітооптичні фарадеєвські обертачі площини поляризації світла, виконані у вигляді магнітооптичних кристалічних волокон, а також двохвильові волоконно-оптичний демультиплексор конфігурації 1×2 і два мультиплексори конфігурації 1×2, причому перший і другий вихідні полюси другого розгалужувача 1×2 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами третього і четвертого 3 UA 75525 U 5 10 магнітооптичних обертачів, відповідно, а перший і другий вхідні полюси другого розгалужувача 2×2 з'єднані у вузлах стикування з вихідними полюсами третього і четвертого магнітооптичних обертачів, перший вихідний полюс демультиплексора з'єднаний із вхідним полюсом першого розгалужувача 1×2, а другий вихідний полюс демультиплексора з'єднаний із вхідним полюсом другого розгалужувача 1×2, перший вихідний полюс першого розгалужувача 2×2 і перший вихідний полюс другого розгалужувача 2×2 з'єднані, відповідно, з першим вхідним полюсом першого мультиплексора і першим вхідним полюсом другого мультиплексора, відповідно, а другий вихідний полюс першого розгалужувача 2×2 і другий вихідний полюс другого розгалужувача 2×2 з'єднані, відповідно, із другим вхідним полюсом першого мультиплексора і другим вхідним полюсом другого мультиплексора, відповідно. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4