Волоконно-оптическая система связи

 

Изобретение относится к средствам связи, а именно к волоконно-оптическим системам передачи информации с частотным уплотнением информационных каналов. Цельупрощение системы связи при сохранении диапазона рабочих температур. Система содержит лазер 1, источник 2 сигналов, волоконно-оптическую линию 3, блок 4 синхронизации и согласующую оптику 5. делитель 6 частоты на два, усилитель 7, пьезопреобразователи 8 и 10. акустооптический модулятор 9, полосовой фильтр 11, поляризатор 12 и фотоприемники 13. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 04 В 10/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОбРЕТЕНИЯ ф

: О

Ьюд

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4834021/09 (22) 03.05.90 (46) 15.06.92. Бюл. ¹ 22 " (71) Таганрогский научно-исследовательский iHcwTyT casw (72) В.В.Раздобудько, Н.А.Смышляева и .Е,А.Юхимец (53) 621.3966 (088.8) (56) Патент CUJA N 4206347, «и. Н 04 В 9/00. .Чао и др. АррИеб Орбсз, 1977, с. 16, №

t1.

„„5Q 1741279 Al (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

СВЯЗИ (57) Изобретение относится к средствам связи, а именно к волоконно-оптическим системам передачи информации с частотным уплотнением информационных каналов.

Цель- упрощение системы связи при сохранении диапазона рабочих температур. Система содержит лазер 1, источник 2 сигналов, волоконно-оптическую линию 3. блок 4-синхронизации и согласующую оптику 5, делитель 6 частоты на два,. усилитель 7. пьезопреобразователи 8 и 10, акустооптический модулятор 9; полссовой фильтр 11, поляризатор 12 и фотоприемники 13. 2 ип.

1741279

20

30

55

Изобретение относится к средствам связи, а именно к волоконно-оптическим системам передачи информации с частотным уплотнением информационных каналов, и может быть использовано в качестве мультиплексора-демультиплексора.

Известна оптическая многоканальная система с частотным разделением информационных каналов, в которой несущие колебания формируются на выходе управляющего генератора, генерирующего сигнал с частотой fo, и подаются в акустооптический модулятор, работающий в режиме РаманаНата. На электрический вход этого модулятора подается сигнал с частотой f. В результате взаимодействия на выходе модулятора формируются оптические сигналы с частотами fo-2f, fo f fo fo+f fo+2f. Эти сигналы в соответствующих модуляторах модулируются передаваемыми сообщениями и затем с помощью ответвителя подаются в волоконно-оптическую линию связи, через которую поступают в приемную часть систе.мы, Другая часть оптического сигнала, генерируемого лазером, также подается по отдельной линии на вход приемной части системы, в которой с помощью второго акустооптического модулятора, работающего в режиме Брэгга, сдвигается по частоте на величину, равную промежуточной. С оптического выхода второго модулятора световой сигнал подается на третий акустооптический модулятор, работающий в режиме Рамана-Ната..С выхода третьего модулятора сформированные световые сигналы пяти частот подаются на фотоприемники, куда также подаются передаваемые входные сигналы, предварительно прошедшие второй световой делитель. С выходов фотоприемных устройств снимаются сигналы каждого из уплотненных каналов, Недостатком оптической системы является конструктивная сложность и значительное энергопотребление, что обусловлено применением в ее составе трех акустооптических модуляторов, и как следствие ограниченный диапазон рабочих температур. Узость диапазона рабочих температур обьясняется зависимостью параметров акустооптических модуляторов на бегущих волнах от температуры, При изменении температуры в упомянутых модуляторах изменяется угол дифракции, а, следовательно, изменяются и амплитуда передаваемых сообщений, перекрестные искажения и т.д.

Известен акустооптический мульти.плексор и демультиплексор, содержащий лазер, на выходе которого формируется последовательность излучаемых импульсных сигналов, а также устройство отклонения луча, управляемое периодической последовательностью сигналов, характеристики которых обеспечивают определенную последовательность положений луча в пространстве благодаря чему осуществляется передача импульсных сигналов в заданной периодической последовательности от общего канала к пространственно разделенным каналам, в каждом из которых имеется усилитель лазерного излучения. В данном уст- ройстве процесс переключения каналов является последовательным.

Недостатком устройства также является зависимость параметров применяемого акустооптического.модулятора на бегущих волнах от температуры.

На фиг. 1 приведена схема устройствапрототипа; на фиг. 2 — структурная схема предлагаемой системы связи, Устройство оптической связи содержит последовательно включенные модулируемый лазер 1, на управляющий вход которого включен первый. выход источника 2 сигналов, волоконно-оптическую линию 3, согласующую оптику 5, акустооптический модулятор 7 в режиме стоячих волн, вход пьеэопреабразователя 6 которого соединен с вторым выходом источника сигналов через устройство 4 синхронизации, а оптический выход акустооптического модулятора через поляризатор 10 нагружен на фотоприемные устройства 11, число которых равно числу передаваемых входных сигналов. В устройстве оптической связи акустооптический модулятор помещен в управляемый термостат 8, постоянство температуры в котором поддерживается с помощью устройства 9 управления. Необходимость использования термостата в устройстве обьясняется большим энергопотреблением (М Вт) акустооптического модулятора и соответственно значительным тепловыделением. Такое устройство отличается громоздкостью и технологической сложностью, которая вызвана необходимостью обеспечения оптически прозрачных окон в термостате.

Целью изобретения является упрощение волоконно-оптической системы связи и сохранение при этом диапазона рабочих температур, Укаэанная цель достигается тем. что в волоконно-оптическую систему связи, содержащую последовательно включенные источник сигналов, соединенный с устройством синхронизации, лазер. на управляющий вход которого включен выход источника сигналов, волоконно-оптическую линию, согласующую оптику, акустооптический модулятор, оптический выход которого через поляризатор нагружен на фотоприем1741279 ные устройства, в электрическую цепь акустооптического модулятора дополнительно введены последовательно соединенные второй пьезопреобраэователь, усилитель, полосовой фильтр и делитель на два, причем коэффициент передачи к этой цепи удовлетворяет условию К > 1, один из выходов делителя на два включен на. вход первого пьезопреобразователя, а второй его выход включен на вход устройства синхронизации.

Система связи содержит лазер 1, источник 2 сигналов, волоконно-оптическую линию 3, устройство 4 синхронизации, согласующую оптику 5, делитель 6 на два, усилитель 7, пьезопреобразователи 8 и 10, акустооптический модулятор 9; полосовой фильтр 11, поляризатор 12, фотоприемные устройства ФЗ, В предлагаемом устройстве при изменении температуры изменяется скорость распространения звука в теле акустооптического модулятора (АОМ) и как следствие изменяется угол дифракции, интенсивность света (сигнала) в информационных каналах, уровень перекрестных искажений и т,д;, что компенсируется использованием термостата.

Проанализируем более подробно температурные условия работы предлагаемой системы связи, в которой вообще не применяется термостат, В устройстве-прототипе угол дифракции Og с изменением температуры Т изменяется как д g д А/с! Т б \/о/ (! Т вЂ” — — gP — Я- 9о — — — — —. dT л. Ч (1) где Ogp стационарный угол Брэгга; \4— скорость распространения звука в акустооптическом модуляторе, Из (1) следует. что температурная нестабильность угла дифракции противоположна по знаку нестабильности скорости звука

1 .d eldv, PQO dT vo dT

Дпя большинства современных акустооптических материалов температурный коэффициент скорости звука составляет = 2 . 10 4 град, что требует в устройстве-прототипе

-1 термостабилизации АОМ, В предлагаемой системе связи АОМ включен в цепь акустозлектронного генератора. Эта цель включает в себя первый и второй пьезоэлектрические преобразователи на звукопроводе акустооптического модулятора. причем первый пьезопреобразователь через делитель на два, фильтр и усилитель соединен с вторым пьезопреобразоватепем. При условии, когда усиление усилителя превышает потери, вносимые

5 всей электрической цепью АОМ, возникает генерация на частоте, задаваемой узкополосным фильтром. Частота генерации f< удовлетворяет условию

2 л fr — + rp = 2 л N (2)

Vp

10 где — протяженность звукопровода АОМ;

f- сдвиг фазы в электронной цепи усилителя

15 и пьезопреобразователей: N †.номер генерируемой моды.

Для определенной моды с высоким номером N» 1 с учетом того, что p < < 2 л, из (2) получим для длины волны звука, гене20 рируемого в кристалле

N»

4 = — —.= — = const

V(, т,е. независимость. пространственного периода звуковой волны, а следовательно, и угла дифракции от температуры. Фактически это означает, что из-за температурной зависимости Vp в устройстве будет изменяться частота генерации, но не длина звуковой волны, Для того, чтобы обеспечить в предлагаемом устройстве связи постоянство уровня перекрестных искажений сигнал синхронизации подается не от источника

З5 сигналов, как в известном устройстве, а наоборот сигнал, генерируемый в электрической цепи А0М. через делитель на два и устройство синхронизации синхронизирует работу источника сигналов.

40 Волоконно-оптическая система связи работает следующим образом.

Подлежащие передаче сигналы подаются на входы источника 2 сигналов, в котором они дискретизируются и преобразуются во

45 временную последовательность импульсов, подаваемую на модуляционный вход лазера

1. Лазером 1 последовательность электрических импульсов преобразуется в оптическую последовательность и вводится a ..

50 волоконно-оптичекую линию 3, по которой собственно и происходит передача.информации. На поиемной части системы связи от волоконно-оптической линии 3 с помощью согласующей оптики 5 световая последова55 тепьность импульсов подается на акустооптический модулятор 9, работающий в режиме стоячих волн. Если оптическое излучение, генерируемое лазером 1, имеет линейную поляризацию, то по системе

1741279

25

35

55 возможна передача двух сообщений, если же ортогональную, то возможна передача четырех сигналов. Возможна передача шести сообщений. При подаче на АОМ 9 светоaot o сигнала с ортогональной поляризацией модулятор разделяет его вначале на два: одна последовательность световых импульсов идет по направлению+1 порядка дифракции, а вторая -г1ОО порядку. Затем эти два

t световых потока с помощью поляризатора

12 подразделяются еще на два и после поляризатора 12 они подаются на фотоприемные устройства 13, с выхода которых снимаются передаваемые электрические сигналы.

АОМ 9 на стоячих акустических волнах совместно с последовательно соединенными пьезопреобразователями 8 и 10, усилителем 7, фильтром 11 и делителем 6 на два представляют собой акустооптический генератор {АОГ).

Возбуждение АОГ имеет место, если коэффициент передачи этой последовательной цепи превышает единицу. В этом случае

AOI самовоэбуждается на частоте. задаваемой узкополосным фильтром 11. Для падающего на АОМ 9 оптического сигнала стоячая звуковая волна в теле модулятора и редставляет собой дифракционную решетку, на которой дифрагирует свет. Угол дифрэкции Оцо зависит от периода решетки, т.е. от частоты возбуждения АОГ. Таким образом происходит разделение оптического сигнала на +I и 0 порядка и соответственно на э и.б информационные каналы. ДополниTenbHo каждый из этих каналов в предлагаемой системе, как отмечалось разделяется еще на два, т.е, на каналы а1, а2 и каналы 61 и

62. Мощность генерируемого АОГ сигнала делителем 6 делится на две части: Одна часть подается на первый пьезопреобразователь S:, а другая подается на устройство 4 синхронизации, которое представляет собой в данном случае делитель частоты, согласующий частоту АОГ с тактовой частотой следования световых импульсов в источнике 2 сигналов. Отметим, что в предлагаемом устройстве сигнал АОГ является источни-" ком для устройства 4 синхронизации. В волоконно-оптической системе связи в качестве лазера могут использоваться промышленные лазеры с модулируемой добротностью типов ЛГИ-219; ЛГИ-207, ИЛПИ-203, ИЛПИ-205 и др. . В этих лазерах модуляция осуществляется с помощью акустооптических модуляторов типа .МЛ-202, Перечисленные промышленные лазеры только в принципиальном плане могут использоваться в предлагаемой системе. Их модулирующие частоты сравнительно невелики, и, кроме того, период следования световых импульсов сравнительно велик, В источнике сигналов подаваемые сигналы с и параллельных каналов преобразуются с помощью мультиплексора в импульсную последовательность fl-кратной частоты с последовательно распределенной во времени информацией отдельных кана-. лов, Волоконно-оптическая линия может быть выполнена.как на основе одномодового волокна типа "Камея", так и на основе многомодового волокна..типа КВСП, Акустооптический модулятор может быть выполнен на основе таких материалов как PbMo04, 0МЬОз и ТеО . Устройство 4 синхронизации в простейшем случае может представлять собой делитель или умножитель частоты. генерируемой акустооптическим генератором. Делитель б на два является обычным СВЧ элементом, параметром, подвергающимся делению, является мощность сигнала. Делитель обеспечивает необходимый коэффициент передачи

АОГ.

Полосовой фильтр 11 и усилитель 7 также являются, традиционными элементами

СВЧ-техники, В качестве усилителя 7 в предлагаемой системе могут использоваться промышленные модули типа М42120, М42118 и другие. Входящие в устройство оптические элементы 5 и 12 также могут быть реализованы на основе обычных оптических элементов, В качестве фотоприемных устройств могут быть использованы как единичные фотодиоды типа ЛФД, так и фотолинейки типа

ФПУ-14 и др.

Использование предлагаемой волоконно-оптической системы связи дешевле и проще по сравнению с системой связи, имеющей термостат.

Для поддержания постоянных темпера.тур в термостатических камерах необходимы как нагревающие; так и охлаждающие устройства, Кроме того, термостатировэние воздуха в камере может достигаться различ-. ными способами: непосредственным или косвенным. в зависимости от диапазона температур (только положительных; только отрицательных или,от отрицательных до положительных). В свмэи с этим применяются и различные термостатирующие среды (жидкость, воздух и прочие). Как сам термостат, так и система его жизнеобеспечения довольно сложные и громоздкие технические устройства. Кроме того, ввиду необходимости обеспечения прохождения через

1741279

Составитель В;Архипов

Редактор Ю.Середа Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 2093 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", ; УмсФЬфщ, вХаМрина, 161 термостат оптических лучей (ввод в модулятор и вывод из него), термастат должен иметь два прозрачных окна. B этом случае возрастают требования по герметизации термостата с целью исключения запотева- 5 ния окон и изменения их прозрачности, что может привести к отказу в работе системы. . Устройство с термостатом может быть использовано только для научных экспериментальных исследований, так как практи- 10 ческая реализация его в стандартизирован.ных корпусах бортовой РЭА невозможно, Предлагаемое техническое решение позволяет не просто упростить устройство, но и обеспечить его работоспособность в ши- 15 роком диапазоне температур методами более простыми и технологичными, чем в прототипе. Дополнительно введенные при этом усилитель, фильтр и делитель на два являются устройствами. — микросборками, 20 хорошо освоенными в серийном изготовлении.

Ф о р м у л а. и з о б р е т е н и я

Волоконно-оптическая система связи. содержащая последовательно соединенные источник сигналов, лазер, волоконно-оптическую линию, согласующую оптику, акусто-. оптический модулятор, соединенный первым пьезопреобраэователем, поляризатор, выходы которого соединены с фотоприемниками, отличающаяся тем, что, с целью упрощения системы связи при сохранении диапазона рабочих температур, введены блок синхронизации и последовательно соединенные второй пьезопреобразователь, присоединенный к оптическому выходу акустооптического модулятора, усилитель, полосовой фильтри делитель на два, первый выход которого соединен с входом первого пьезопреобразователя, второй выход делителя на два соединен с входом блока синхронизации. выход которого соединен с входом синхронизации источника сигналов.