Аналоговое волоконно-оптическое передающее устройство

 

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи аналоговой информации. Цельповышение помехоустойчивости путем исключения нелинейных искажений. Устройство содержит торцевой светодиод 1, усилитель накачки 2, фотодиод 3, усилитель фототока 4, оптический ответвитель 5, микрохолодильник Пельтье 6, генератор 7 синусоидального сигнала, нелинейный элемент 8, полосовые фильтры 9 и 10, перемножитель 11, усилитель 12 и сумматор 13. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 04 В 10/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4797124/09 (22) 05.02.90 (46) 23.09.92. Бюл. N 35 (75) А.Б.Семенов и А.Т.Семенов (56) Заявка ФРГ N 3726243, кл, Н 01 S 3/10, 1989.

Заявка ФРГ N 3542090, кл, Н 01 Я 3/10, 1987. (56) АНАЛОГОВОЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в волокон Ы 1764174 А1 но-оптических системах передачи аналоговой информации. Цель — повышение помехоустойчивости путем исключения нелинейных искажений. Устройство содержит торцевой светодиод 1, усилитель накачки 2, фотодиод 3, усилитель фотатока 4, оптический ответвитель 5, микрохолодильник Пельтье б, генератор 7 синусоидального сигнала, нелинейный элемент 8, полосовые фильтры 9 и 10, перемножитель 11, усилитель 12 и сумматор 13. 3 ил.

1764174

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи аналоговой информации, реализованных на принципе прямой модуляции излучателя передаваемым аналоговым сигналом.

Известно аналоговое волоконно-оптическое передающее устройство, содержащее усилитель накачки, излучатель, фотодиод обратной связи с усилителем фототока и подключенный к излучателю волоконно-оптический ответвитель, причем усилитель фототока соединен с входом усилителя накачки таким образом, чтобы была образована отрицательная оптическая обратная связь (заявка ФРГ М 3726243, кл. Н

01 S 3/10, 1989).

Недостатком известного устройства является малая пропускная способность организованного с его помощью канала связи, обусловленная повышенным уровнем нелинейных искажений из-за малых запасов устойчивости в широкополосных системах с цепями общей отрицательной обратной связи, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является волоконнооптическое передающее устройство, содержащее полупроводниковый лазер, микрохолодильник Пельтье, усилитель накачки, фотодиод обратной связи, полосовой оптический фильтр и три схемы обработки (Заявка ФРГ N 3542090, кл, Н 01 S 3/10, 1987). Наличие схем обработки, контролирующих уровень лазерных шумов и рассогласования излучаемой лазером длины волны от центральной частоты полосы пропускания фильтра позволяет установить такую постоянную составляющую прямого тока через полупроводниковый лазер, чтобы достичь стабильности длины волны не хуже

10э

Недостатком известного устройства является невозможность его применения для линеаризации амплитудной характеристики аналоговых волоконно-оптических передающих устройств, в качестве излучателей которых использован торцевой светодиод диапазона 1,3 мкм. Это обусловлено отсутствием в известном устройстве цепей линеаризации амплитудной характеристики и применения в качестве регулирующей величины уровня лазерных шумов.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости аналогового волоконно-оптического передающего устройства на торцевом светодиоде диапазона 1,3 мкм путем исключения нелинейных искажений.

Для достижения поставленной цели в аналоговое волоконно-оптическое переда5

55 ющее устройство, содержащее последовательно соединенные усилитель накачки, торцевой светодиод диапазона 1,3 мкм и оптический ответвитель, первый выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные фотодиод обратной связи и усилитель фототока, причем второй выход ответвителя соединен с входом фотодиода, и микрохолодильник

Пельтье, на котором установлен торцевой светодиод, введены последовательно соединенные генератор синусоидального сигнала, нелинейный элемент, первый полосовой фильтр, настроенный на вторую гармонику частоты генератора, перемножитель и усилитель тока, а также сумматор и второй полосовой фильтр, настроенный на вторую гармонику частоты генератора. Выход усилителя фототока через второй полосовой фильтр соединен с вторым входом перемножителя, выход усилителя тока соединен с управляющим входом микрохолодильника Пельтье, выход генератора синусоидального сигнала соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом усилителя накачки, Второй вход сумматора является входом устройства, а частота генератора синусоидального сигнала выше верхней частоты спектра информационного сигнала.

На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого аналогового волоконнооптического передающего устройства; на фиг; 2 — полученные авторами энергетические характеристики торцевого светодиода диапазона 1,3 мкм, измеренные при различных температурах кристалла; на фиг. 3— осциллограммы сигналов в различных точках схемы аналогового волоконно-оптического передающего устройства.

Аналоговое волоконно-оптическое передающее устройство содержит торцевой светодиод 1, усилитель накачки 2, фотодиод

3 обратной связи с усилителем фототока 4, оптический ответвитель 5, микрохолодильник Пельтье 6, генератор 7 синусоидального сигнала, нелинейный элемент 8, первый 9 и второй 10 полосовые фильтры, которые настроены на вторую гармонику генератора 7, перемножитель 11 аналоговых сигналов, усилитель 12 тока через микрохолодильник

Пельтье 6 и сумматор 13 сигнала генератора

7 и входного сигнала устройства.

Устройство работает следующим образом.

Одночастотный сигнал (диаграмма 1 на фиг. 3) с выхода генератора 7 поступает на вход усилителя накачки 2 и на нелинейный элемент 8, в качестве которого может быть использован обычный полупроводниковый

1764174

25

55 диод, Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода в независимости от температуры его кристалла имеет вид выпуклой книзу функции, в силу чего при установке рабочей точки в области прямых токов вторая гармоника сигнала на нелинейном элементе 8, снимаемая с выхода первого полосового фильтра 9, будет иметь вид, изображенный на диаграмме 2 фиг. 3.

Характер выпуклости функции, описывающей энергетическую характеристику торцевых светодиодов диапазона 1,3 мкм (система GaAIAsP), определяют процессы температурной зависимости коэффициента усиления спонтанных фотонов в толще структуры и интенсивности безызлучательной Оже-рекомбинации. При этом по мере снижения температуры коэффициент усиления спонтанных фотонов растет и энергетическая характеристика становится суперлинейной, т.е. приобретает вид вы пуклой книзу функции. По мере увеличения температуры начинает возрастать скорость

Оже-рекомбинации и энергетическая характеристика становится сублинейной, т.е. принимает вид выпуклой кверху функции, Для светодиодов с рабочей длиной волны

1,3 мкм Оже-рекомбинация начинает проявлять себя при температурах свыше 270 К и температура, при которой рассматриваемые механизмы компенсируют друг друга, будет лежать внутри интервала рабочих температур. Вид энергетической характеристики торцевого светодиода диапазона 1,3 мкм в зависимости от температуры его кристалла изображен на рис. 2.

Предлагаемое устройство использует это обстоятельство для минимизации нелинейных искажений и повышения помехоустойчивости. Для этого выходной сигнал генератора 7 поступает на первый вход сумматора 13 и вместе с поступающим на второй вход сумматора 13 информационным сигналом после усиления в усилителе накачки 2 модулирует интенсивность излучения светодиода 1. Для устранения влияния информационного сигнала на работу устройства частота генератора синусоидального сигнала выбрана выше верхней частоты спектра информационного сигнала.

Часть выходного оптического сигнала светодиода 1 проходит через оптический ответвитель 5 и поступает на фотодиод 3 обратной связи, Протекающий через фотодиод 3 фототок, пропорциональный выходного сигналу светодиода 1, усиливается усилителем 4 и поступает на вход второго полосового фильтра 10, настроенного, также как и первый полосовой фильтр 9, на вторую гармонику частоты генератора 7 синусоидального сигнала, Если температура t> кристалла светодиода 1 ниже оптимальной температуры t2, при которой нелинейные искажения сигнала минимальны, то энергетическая характеристика светодиода 1 имеет вид выпуклой книзу функции и сигнал на выходе второго полосового фильтра 10 имеет вид, изображенный на диаграмме 4 фиг, 3. В результате перемножения обоих сигналов на выходе перемножителя 11 появится положительное напряжение. Это напряжение поступает на управляющий вход усилителя 12 тока через микрохолодильник

Пельтье, происходит уменьшение тока через микрохолодильник и последующий нагрев кристалла светодиода 1 до оптимальной в смысле минимума нелинейных искажений температурьi tz, В том случае, если температура,з кристалла светодиода 1 выше оптимальной, сигнал на выходе второго полосового фильтра 10 имеет вид, изображенный на диаграмме 3 фиг. 3, На выходе перемножителя возникает отрицательное напряжение, ток через микрохолодильник возрастает и происходит охлаждение кристалла до оптимальной с точки зрения минимума нелинейных искажений температуры tz.

Тем самым предлагаемое аналоговое волоконно-оптическое передающее устройство позволяет получить минимальные нелинейные искажения передаваемого сигнала в широком диапазоне рабочих температур, увеличить помехоустойчивость и достичь поставленной цели, Формула изобретения

Аналоговое волоконно-оптическое передающее устройство, содержащее последовательно соединенные усилитель накачки, торцевой светодиод и оптический ответвитель, первый выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные фотодиод обратной связи и усилитель фототока, второй выход ответвителя соединен с входом фотодиода, и микрохолодильник Пельтье, торцевой светодиод расположен на микрохолодильнике Пельтье, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения внеполосных излучений, введены последовательно соединенные генератор синусоидального сигнала, нелинейный элемент, первый полосовой фильтр, настроенный на вторую гармонику частоты генератора синусоидального сигнала перемножитель и усилитель тока, сумматор и второй полосовой фильтр, настроенный на вторую гармонику частоты генератора синусоидального сигнала, выход усилителя фототока через второй полосовой фильтр

1764174

Составитель А.Семенов

Техред М.Ыоргентал Корректор А.Долинич

Редактор 0,Стенина

Заказ3464 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 соединен с вторым входом перемножителя, выход усилителя тока соединен с управляющим входом микрохолодильника Пельтье, выход генератора синусоидального сигнала соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом сумматора, выход которого соединен с входом усилителя накачки, второй вход сумматора является входом устройства, причем частота генератора синусоидального сигнала выше верх5 ней частоты спектра информационного сигнала .