Волоконний магнітооптичний перемикач

Реферат: Волоконний магнітооптичний перемикач, що включає швидкодіюче джерело магнітного поля, перший i другий волоконно-оптичні поляризаційно-селективні розгалужувачі конфігурації 2×2, перший і другий магнітооптичні фарадеєвські обертачі площини поляризації світла, виконані з вісмутовмісної епітаксіальної плівки ферит-гранату типу "легка площина", які розміщені у швидкодіючому магнітному полі, причому перший і другий вихідні полюси першого розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертачів, відповідно, а перший і другий вхідні полюси другого розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування із вихідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертасів. Магнітооптичний перемикач додатково містить третій і четвертий поляризаційноселективні розгалужувачі 22, третій і четвертий магнітооптичні фарадеєвські обертачі площини поляризації світла, а також перший і другий двохвильові волоконно-оптичні демультиплексори конфігурації 12 і перший і другий волоконно-оптичні мультиплексори конфігурації 12, причому перший і другий вихідні полюси третього розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами третього і четвертого магнітооптичних обертачів, відповідно, а перший і другий вхідні полюси четвертого розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування з вихідними полюсами третього і четвертого магнітооптичних обертачів, перший і другий вихідні полюси першого демультиплексора з'єднані з першими вхідними полюсами першого і третього розгалужувачів 22, відповідно, перший і другий вихідні полюси другого демультиплексора з'єднані з другими вхідними полюсами першого і третього розгалужувачів 22, відповідно, перший і другий вихідні полюсі другого розгалужувача 22 з'єднані, відповідно, з першими вхідними полюсами першого і другого мультиплексорів, перший і другий вихідні полюсі четвертого розгалужувача 22 з'єднані, відповідно, з другими вхідними полюсами першого і другого мультиплексорів. UA 78935 U (54) ВОЛОКОННИЙ МАГНІТООПТИЧНИЙ ПЕРЕМИКАЧ UA 78935 U UA 78935 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Технічне рішення 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 № 53936, МПК (2009) G02F 1/00). Перемикач включає: швидкодіюче джерело магнітного поля, перший і другий волоконнооптичні поляризаційно-селективні розгалужувачі конфігурації 22, перший і другий магнітооптичні фарадеєвські обертачі площини поляризації світла, виконані з вісмутовмісної епітаксіальної плівки ферит-гранату (ЕПФГ) типу "легка площина", які розміщені в магнітному полі. Перший і другий вихідні полюси першого розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертачів, відповідно, а перший і другий вхідні полюси другого розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування із вихідними 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 двох додаткових поляризаційно-селективних розгалужувачів 22, третього і четвертого магнітооптичних обертачів, двох двохвильових волоконно-оптичних демультиплексорів 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 включає швидкодіюче джерело магнітного поля, перший і другий волоконно-оптичні поляризаційно-селективні розгалужувачі конфігурації 22, перший і другий магнітооптичні фарадеєвські обертачі площини поляризації світла, виконані з вісмутовмісної ЕПФГ типу "легка площина", які розміщені у швидкодіючому магнітному полі, причому перший і другий вихідні полюси першого розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертачів, відповідно, а перший і другий вхідні полюси другого розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування із вихідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертачів, відповідно до корисної моделі, магнітооптичний перемикач додатково містить третій и четвертий поляризаційно-селективні розгалужувачі 22, третій і четвертий магнітооптичні фарадеєвські обертачі площини поляризації світла, виконані з вісмутовмісної ЕПФГ типу "легка площина", а також перший і другий двохвильові волоконнооптичні демультиплексори конфігурації 12 і перший і другий волоконно-оптичні мультиплексори конфігурації 12, причому перший і другий вихідні полюси третього розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами третього і четвертого магнітооптичних обертачів, відповідно, а перший і другий вхідні полюси четвертого розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування з вихідними полюсами третього і четвертого магнітооптичних обертачів, відповідно, перший і другий вихідні полюси першого демультиплексора з'єднані з першими вхідними полюсами першого і третього розгалужувачів 22, відповідно, перший і другий вихідні полюси другого демультиплексора з'єднані з другими вхідними полюсами першого і третього розгалужувачів 22, відповідно, першій і другий вихідні полюсі другого розгалужувача 22 з'єднані, відповідно, з першими вхідними полюсами першого і другого мультиплексорів, перший і другий вихідні полюсі четвертого розгалужувача 22 з'єднані, відповідно, з другими вхідними полюсами першого і другого мультиплексорів. Магнітооптичний перемикач дозволяє здійснювати перемикання двохвильових оптичних сигналів, введених у вхідні оптичні полюси, 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, 7, 8 і 9 - перший і другий, третій і четвертий поляризаційноселективні розгалужувачі 22, відповідно; 10 і 11 - перший і другий демультиплексори, відповідно, 12 і 13 - перший і другий мультиплексори, відповідно; 14 - вузол стикування оптичних волокон; 15, 16, 17 - вхідний, перший і другий вихідні полюса демультиплексора 10, відповідно; 18, 19, 20 - вхідний, перший і другий вихідні полюса демультиплексора 11, відповідно; 21, 22, 23, 24 - перший і другий вхідні і перший і другий вихідні полюса розгалужувача 6, відповідно; 25, 26, 27, 28 - перший і другий вхідні і перший і другий вихідні полюси розгалужувача 8, відповідно; 29, 30, 31, 32 - перший і другий вхідні і перший і другий вихідні полюси розгалужувача 7, відповідно; 33, 34, 35, 36 - перший і другий вхідні, перший і 1 UA 78935 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 другий вихідні полюси розгалужувача 9, відповідно; 37, 38, 39 - перший і другий вхідні і вихідний полюси мультиплексора 12, відповідно; 40, 41, 42 - перший і другий вхідні і вихідний полюси мультиплексора 13, відповідно; 43 - ЕПФГ; 44 - підкладинка. Розгалужувачі 6 і 7, а також магнітооптичні обертачі 1 і 2 призначені для роботи на перший довжині хвилі, а розгалужувачі 8 і 9, а також магнітооптичні обертачі 3 і 4 призначені для роботи на другій довжині хвилі. Вихідний полюс 16 демультиплексора 10 з'єднаний із першим вхідним полюсом 21 розгалужувача 6, а вихідний полюс 17 демультиплексора 10 з'єднаний із першим вхідним полюсом 25 розгалужувача 8. Вихідний полюс 19 демультиплексора 11 з'єднаний із другим вхідним полюсом 22 розгалужувача 6, а вихідний полюс 20 демультиплексора 11 з'єднаний із другим вхідним полюсом 26 розгалужувача 8. Перший і другий вихідні полюси 23 і 24, відповідно, розгалужувача 6 і перший і другий вихідні полюси 27 і 28, відповідно, розгалужувача 8 з'єднані із вхідними полюсами магнітооптичних обертачів 1, 2, 3, 4, відповідно, а також перший і другий вхідні полюси 29 і 30, відповідно, розгалужувача 7 і перший і другий вхідні полюси 33 і 34, відповідно, 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 14. Перший і другий вихідні полюси 31 і 32, відповідно, розгалужувача 7 з'єднані, відповідно, із першим вхідним полюсом 37 мультиплексора 12 і першим вхідним полюсом 40 мультиплексора 13. Перший і другий вихідні полюси 35 і 36, відповідно, розгалужувача 9 з'єднані, відповідно, із другим вхідним полюсом 38 мультиплексора 12 і другим вхідним полюсом 41 мультиплексора 13. 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. Демультиплексор 10 розгалужує першу і другу довжини хвиль, які вводяться в його вхідний полюс 15, перша довжина хвилі відгалужується в його перший вихідний полюс 16, а друга - в його другий вихідний полюс 17. Демультиплексор 11 розгалужує першу і другу довжини хвиль, які вводяться в його вхідний полюс 18, перша довжина хвилі відгалужується в його перший вихідний полюс 19, а друга - в його другий вихідний полюс 20. Мультиплексор 12 об'єднує у вихідному полюсі 39 світло з першою і другою довжинами хвиль, що вводиться в його перший 37 і другий 38 вхідні полюси. Мультиплексор 13 об'єднує у вихідному полюсі 42 світло з першою і другою довжинами хвиль, що вводиться в його перший 40 і другий 41 вхідні полюси. Проходження світла через магнітооптичний перемикач, що надходить в його вхідний полюс, яким є вхідний полюс 15 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 16, а з другою - в полюс 17. За рахунок того, що демультиплексор 10 підтримує поляризацію, світлові пучки на його вихідних полюсах 16 і 17, відповідно, ідентичні світловим пучкам, які вводяться у вхідний полюс 15. Розгалужувач 6 розподіляє світлові пучки р1 і s1 так, що світловий пучок р1 направляється в його вихідний полюс 23, а пучок s1 - в його вихідний полюс 24. Розгалужувач 8 розподіляє світлові пучки р2 і s2 так, що світловий пучок р2 направляється в його вихідний полюс 27, а пучок s2 - в його вихідний полюс 28. Далі світлові пучки р1 і s1 з вихідних полюсів 23 і 24 розгалужувача 6, а також світлові пучки р2 і s2 з вихідних полюсів 27 і 28 розгалужувача 8, 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, 2, 3 і 4 не змінюється і у вхідні полюси 29 і 30 розгалужувача 7 вводяться світлові пучки р 1 і s1, відповідно, а у вхідні полюси 33 і 34 розгалужувача 9 вводяться світлові пучки р2 і s2, відповідно. При проходженні розгалужувачів 7 і 9 світлові пучки р 1 і s1, а також р2 і s2 направляються в їхні вихідні полюси 31 і 35, відповідно, на виході яких присутні сумарні cвітлові пучки p 1+s1 i p2+s2, утворені, відповідно, із двох світлових пучків р1 i s1, а також р2 i s2, площини поляризації яких, відповідно, взаємно перпендикулярні. Світлові пучки з першою і другою довжинами хвилі з полюсів 31 і 35 розгалужувачів 7 і 9, відповідно, вводяться в полюси 37 і 38 мультиплексора 12. На вихідному полюсі 39 мультиплексора 12 є присутнім світло із двома довжинами хвиль, що за рахунок того, що мультиплексор 12 підтримує поляризацію, є ідентичним світлу, що надходить у магнітооптичний перемикач. 2 UA 78935 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 градусів. За рахунок цього відбувається перетворення вхідних світлових пучків p 1, s1, р2 і s2, що входять у магнітооптичні обертачі 1, 2, 3, 4, відповідно, у світлові пучки s 1, p1, S2 і р2, на виході магнітооптичних обертачів 1, 2, 3, 4, відповідно. У вхідні полюси 29 і 30 розгалужувача 7 вводяться світлові пучки s 1 і р1, відповідно, а у вхідні полюси 33 і 34 розгалужувача 9 вводяться світлові пучки s 2 і р2, відповідно. При проходженні розгалужувачів 7 і 9 світлові пучки р1 і s1, а також р2 і s2 направляються, відповідно, в їхні вихідні полюси 32 і 36, відповідно, на виході яких присутні сумарні світлові пучки p 1+s1 і p2+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 хвиль з полюсів 32 і 36 розгалужувачів 7 і 9, відповідно, вводяться в полюси 40 і 41 мультиплексора 13. На вихідному полюсі 42 мультиплексора 13 є присутнім світло із двома довжинами хвиль, що за рахунок того, що мультиплексор 13 підтримує поляризацію, є ідентичним світлу, що вводиться в магнітооптичний перемикач. При введенні світла в другий вхідний полюс магнітооптичного перемикача, яким є вхідний полюс 18 демультиплeксора 11 проходження світла по оптичним ланцюгам магнітооптичного перемикача аналогічно, проходженню світла, введеного в полюс 15 демультиплeксора 10. При цьому при включеному магнітному полі, світло буде направлятися в другий вихідний полюс магнітооптичного перемикача, яким є оптичний полюс 42 мультиплексора 13. А при вмиканні магнітного поля світло буде направлятися в перший вихідний полюс магнітооптичного перемикача, яким є оптичний полюс 39 мультиплексора 12. Таким чином, при вмиканні 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 22, для довжин хвиль світла 1310 і 1550 нм, виробництва Opto-Link Corporation Ltd (http://www.optolinkcorp.com/pdf/COM_22.pdf). Як двохвильові мультиплексори і демультиплексори, 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 можливо використовувати планарні хвилеводи, що виконані, наприклад, з вісмутовмісної ЕПФГ типу "легка площина" у вигляді плівок або планарних хвилеводів, які сформовані на поверхні ЕПФГ, наприклад, шляхом фотолітографії. Якщо матеріал магнітооптичного обертача має значну коерцитивність, то для управління поворотом площини поляризації світу використовують магнітне поле різної полярності. При цьому кут повороту площини поляризації вихідного світу щодо площини поляризації вхідного світу становить ±45 градусів, так, щоб сумарний поворот площини поляризації при зміні полярності магнітного поля становив 90 градусів. 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 градусів в залежності від того, який з даних кутів повороту площини поляризації світу на виході магнітооптичного обертача вибраний як початкове положення стану перемикання. Таким чином, магнітооптичний перемикач дозволяє здійснювати перемикання двохвильового оптичного сигналу, введеного у його вхідні оптичні полюси, між вихідними оптичними полюсами, одночасно, або вибірково для кожної із довжин хвиль за рахунок чого 3 UA 78935 U підвищується його функціональність. Перевагою магнітооптичного перемикача є його більш висока функціональність. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 Волоконний магнітооптичний перемикач, що включає швидкодіюче джерело магнітного поля, перший i другий волоконно-оптичні поляризаційно-селективні розгалужувачі конфігурації 2×2, перший і другий магнітооптичні фарадеєвські обертачі площини поляризації світла, виконані з вісмутовмісної епітаксіальної плівки ферит-гранату типу "легка площина", які розміщені у швидкодіючому магнітному полі, причому перший і другий вихідні полюси першого розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертачів, відповідно, а перший і другий вхідні полюси другого розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування із вихідними полюсами першого і другого магнітооптичних обертачів, який відрізняється тим, що магнітооптичний перемикач додатково містить третій і четвертий поляризаційно-селективні розгалужувачі 22, третій і четвертий магнітооптичні фарадеєвські обертачі площини поляризації світла, а також перший і другий двохвильові волоконно-оптичні демультиплексори конфігурації 12 і перший і другий волоконно-оптичні мультиплексори конфігурації 12, причому перший і другий вихідні полюси третього розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування із вхідними полюсами третього і четвертого магнітооптичних обертачів, відповідно, а перший і другий вхідні полюси четвертого розгалужувача 22 з'єднані у вузлах стикування з вихідними полюсами третього і четвертого магнітооптичних обертачів, перший і другий вихідні полюси першого демультиплексора з'єднані з першими вхідними полюсами першого і третього розгалужувачів 22, відповідно, перший і другий вихідні полюси другого демультиплексора з'єднані з другими вхідними полюсами першого і третього розгалужувачів 22, відповідно, перший і другий вихідні полюсі другого розгалужувача 22 з'єднані, відповідно, з першими вхідними полюсами першого і другого мультиплексорів, перший і другий вихідні полюсі четвертого розгалужувача 22 з'єднані, відповідно, з другими вхідними полюсами першого і другого мультиплексорів. 4 UA 78935 U Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 5