Одной из важнейших задач является задача сочленения волноводов (между собой, а также соединение их с источниками излучения и приемниками). Для этих целей создаются разъемные и неразъемные соединители отдельных волокон и жгутов. От эффективности ввода энергии в световод зависит его числовая апертура. В свою очередь, эффективность ввода световой энергии зависит от соотношения излучающей и воспринимающей излучение площадей, расстояния между ними, а также диаграммы направленности излучателя.
Ввод энергии излучения от оптического генератора в световод представляет собой сложную задачу. Способы ее решения зависят от типа источника, а также типа и поперечных размеров волокна. Наибольшая эффективность ввода (более 95%) может быть достигнута при использовании твердотельного лазера и при соответствии площадей поперечного сечения луча и светопроводящей жилы, когда мала площадь излучателя. Меньшая эффективность ввода (60—70%) получается при использовании полупроводниковых лазеров, обладающих меньшей направленностью излучения. Еще меньшая эффективность ввода достигается при соединении световодов со светоизлучающими диодами, имеющими широкую диаграмму направленности.
Для повышения эффективности ввода излучения от полупроводниковых источников в световод применяются различные фокусирующие системы. Одним из таких способов повышения эффективности (до 60%) ввода энергии в отдельной световод является установление на торце излучателя или световода фокусирующей линзы (рис. 7.18а).
а)
Рис. 7.18. Неразъемное соединение световодов при помощи: а) фокусирующей линзы; б) зеркал; в) оптического клея;
1 — кристалл светодиода; 2 — световод; 3 — оптический клей
Однако этот способ отличается значительными сложностями его практической реализации, неэффективен для многоволоконных кабелей, неосуществим в полевых условиях.
Имеются другие, более простые и удобные способы, такие, например, как полировка торцов или разламывание световода в специальном приспособлении при температурном ударе. В месте нагрева световод легко разламывается, образовывая полупрозрачную и гладкую поверхность скола, перпендикулярную оси световода. Данный способ более эффективен, чем способ полировки торцов.
Простым способом неразъемного сочленения световодов является сочленение при помощи оптического элемента, изготавливаемого из стекла. В прорезях этого элемента путем полировки и серебрения создают полупрозрачные зеркальные поверхности, которые собирают отраженную часть световых лучей и направляют их в направлении основного потока. Принципиальная схема такого сочленения [29] показана на рис. 7.18б. Широко используется способ соединения световодов с помощью оптического клея (рис. 7.18в).
Наиболее сложной задачей является обеспечение разъемного соединения оптических кабелей, которые состоят из нескольких пучков волоконных световодов, свитых между собой. Снаружи оптический кабель имеет защитную оболочку из пластмассы, а иногда (для прокладки в земле) и броневой покров. Для повышения механической прочности оптического кабеля в него вводят армирующие элементы из прочной пластмассы, а для уменьшения хрупкости — демпфирующую оболочку. Соединение оптических кабелей чаще всего осуществляется при помощи механических многоканальных оптических соединителей (рис. 7.19) [30]. Последние обеспечивают возможность многократного соединения оптических кабелей.
Рис. 7.19. Многоканальный оптический соединитель:
1 — волоконно-оптический кабель в оболочке; 2 — отдельные жгуты волокон; 3 — подкладка из электропроводящей резины; 4 — втулочные штырьки под пафку; 5 — теплоотводящие пластины с прорезями; 6 — электрооптический преобразователь
Основные требования, предъявляемые к оптическим соединителям: простота и надежность при эксплуатации, малое значение переходных потерь и высокая степень экранирования. Для выполнения этих требований необходимо проводить индивидуальное сочленение отдельных волокон с предварительной полировкой их торцов и юстировкой относительно оси. Только в этом случае потери в неразъемных соединителях составляют 0,1—0,3 дБ, а в разъемных 0,6—0,8 дБ. Потери на ввод — вывод сигнала составляют около 3 дБ.
Известна [35] конструкция разъемного соединителя, аналогичного коаксиальному кабельному соединителю, с помощью которого вручную осуществляется соединение световодов до получения микронного зазора между их торцами и соосности в пределах до 2°. Световоды располагают эксцентрически в поворотных штифтах.
Соединители такого типа сложны в изготовлении, но с их помощью можно добиться оптимального сочленения световодов. Потери в этом соединителе составляют около 0,5 дБ.
Рис. 7.20. Один из способов разветвления пучка оптических волокон
Создание волоконно-оптических линий связи связано со сложной проблемой разветвления пучка световодов. На рис. 7.20 показан один из способов разветвления пучка. Равномерность распределения световой энергии между отдельными волокнами достигается тем, что в смесителе (на рис. 7.20 он обозначен буквой С) устанавливают отражающие зеркала.
