СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ Российский патент 2000 года по МПК H04B10/12 

Изобретение относится к области оптической связи и может быть использовано для космической и наземной связи, в ситуациях повышенных требований к устойчивой работоспособности при засветках и радиоактивном облучении.

Известна система оптической связи с использованием в качестве приемных элементов фотодиодов или фотоэлектронного умножителя (ФЭУ-51) (Загороднюк В. Т. , Паршин Д.Я. Лазерная оперативная связь с промышленными объектами. - М.: Связь, 1979, с. 94, 95, рис. 6.2, 6.3.), принятая в качестве прототипа. Известная система содержит модулятор, сигнал с которого поступает на генератор накачки лазера, к выходу которого подключен лазер, сориентированный системой наведения. Оптический сигнал с него принимается фотодетектором оптического излучения на полупроводниковой основе или на основе ФЭУ, сигнал с которого поступает на регенератор импульсов, выделяющий и усиливающий из принимаемого сигнала информационную последовательность, а с него на выход системы.

Однако известная система не достигает требуемого технического результата, а именно помехоустойчивости работы линии связи оптического диапазона в условиях изменяющейся проницаемости среды, устойчивости к влиянию засветок, электромагнитных, радиоактивных и ионизирующих излучений.

Сущность изобретения заключается в том, что известная система, содержащая передатчик, состоящий из модулятора, соединенного с генератором накачки лазера, связанным с лазером, управляемым системой наведения, и приемник, содержащий фотодетектор излучения, электрически связанный с демодулятором, отличающается тем, что в нее введен блок установки, стабилизации рабочей точки и отжига, а в качестве фотодетектора излучения использован сверхпроводящий датчик с восстанавливающимися свойствами при радиационном и электромагнитном облучении после отжига, расположенный в криогенной системе.

Введение сверхпроводящего датчика позволяет увеличить чувствительность к оптическому излучению за счет большой крутизны сверхпроводящего перехода. В рабочей точке чувствительность такого приемника излучения значительно выше, чем у полупроводниковых аналогов и приближается к квантовому пределу детектирования (Хребтов И.А. Приборы и техника эксперимента. 1984, N 4, с. 21-22).

Известно, что в качестве фотодетектора может быть использован сверхпроводящий датчик (US 4894542 A (PROGRESS TECHNOLOGY CORPORATION), H 01 L 39/00, 16.01.90, 6 с.). В качестве рабочей точки сверхпроводящих датчиков используют середину сверхпроводящего перехода, обеспечивающую максимальную чувствительность. Детектор имеет устройство для помещения его в среду с определенной температурой. Однако в данной системе установка и стабилизация рабочей точки обеспечивается криогенной системой, которая имеет высокую инерционность. Предлагается для установки сверхпроводящего датчика в середину перехода сверхпроводящего ввести блок установки, стабилизации рабочей точки и отжига с помощью измерительного тока. Это позволит во время работы в режиме стабилизации рабочей точки корректировать работу датчика.

Известно, что полупроводниковые датчики излучения чрезвычайно чувствительны к радиационному и электромагнитному облучению (Лазерная космическая связь. Под ред. Кацмана М. - М.: Радио и связь, 1993, с. 17). При этом они выходят из строя и не восстанавливают своих свойств. Однако в таком случае для сверхпроводников известен способ восстановления свойств при отжиге их током в течение определенного времени (С.В. Антоненко, К.В. Брызгунов, В.Е. Жучков, СФХТ, 1984, т.5). Для восстановления рабочих свойств болометра необходимо в течение некоторого времени пропускать достаточно высокий электрический ток через болометр. Это приводит к отжигу дефектов в датчике, которые образуются при радиоактивном облучении.

Эта задача может быть выполнена с помощью блока установки, стабилизации рабочей точки и отжига без ввода дополнительных устройств. В таком случае при облучении сверхпроводящего датчика радиоактивным или др. излучением, выводящим его из строя, измерительный ток через сверхпроводящий датчик, обеспечиваемый блоком установки и стабилизации рабочей точки и отжига, может быть увеличен до значения, необходимого для отжига сверхпроводящего болометра. Это позволяет упростить схему системы связи и обеспечить возможность восстанавливать свойства приемника после выхода его из строя.

Известно, что канал оптической связи характеризуются окнами прозрачности атмосферы, которые характеризуют области длин волн, для которых потери излучения являются минимальными (Зуев В.Е. Прозрачность атмосферы для видимых и инфракрасных лучей. - М.: Сов. радио, 1996, с. 318). При этом в случае изменения свойств среды окна прозрачности могут меняться. Однако прототип (так же, как и оптические излучатели, известные по кн. "Лазерная космическая связь", под ред. М.Кацмана, - М.: Радио и связь, 1993, с. 100, 101, обеспечивающие управление длиной волны только на этапе их изготовления) не обеспечивает возможности динамически перестраивать длину волны излучения в случае изменения оптических свойств среды во время работы.

Повышение устойчивости связи в условиях изменяющейся оптической проницаемости среды можно достичь как благодаря введению в систему лазера с перестраивающейся во время работы длинной волны в наиболее широком диапазоне длин волн, задаваемым блоком перестройки длин волн, инициализируемым блоком контроля качества оптического канала связи, так и равномерной и широкой спектральной чувствительностью сверхпроводящего датчика, которая обеспечивается его тепловой природой детектирования.

Совокупность этих признаков обеспечивает возможность во время работы системы оптической связи перестраиваться на ту длину волны, для которой пропускная способность окружающей среды максимальна в данных условиях для поддержания устойчивой связи в изменяющихся атмосферных и иных условиях.

На чертеже представлено заявляемое устройство, состоящее из модулятора 1, генератора накачки лазера 2, лазера с перестраиваемой длинной волны излучения 3, системы наведения 4, сверхпроводящего датчика излучения с восстанавливающимися свойствами при радиационном и электромагнитном облучении после отжига 5, криогенной системы 6, системы установки, стабилизации рабочей точки и отжига 7, регенератора импульсов 8, демодулятора 9, блока перестройки длин волн 10 и блока контроля качества канала связи 11.

Оптическая система связи со сверхпроводящим приемным элементом работает следующим образом.

Информационный сигнал, поступая на модулятор 1, преобразуется в последовательность импульсов, управляющих генератором накачки лазера 2, который запускает лазер 3, сориентированный системой наведения 4 на сверхпроводящий приемник с восстанавливающимися свойствами при радиационном и электромагнитном облучении после отжига 5, находящийся в криогенной системе 6, в оптимальных условиях, обеспечиваемых системой установки, стабилизации рабочей точки и отжига 7, из выходного сигнала которого выделяется информационная последовательность регенератором импульсов 8 и преобразуется демодулятором 9 в выходной сигнал.

В случае изменения оптических свойств среды распространения оптического сигнала блок контроля качества канала связи 11 переключает лазер 3 на другую длину волны через систему перестройки длин волн 10 до тех пор, пока не установится устойчивая связь. Так как сверхпроводящий датчик излучения имеет почти постоянную спектральную чувствительность, то вне зависимости от длины волны излучения лазера при постоянной падающей на датчик мощности выходной сигнал будет неизменного уровня. Т.е. датчик не будет вносить погрешности при поиске области спектра с хорошей пропускной способностью.

В случае радиационного облучения сверхпроводящего датчика и потери его работоспособности блок установки, стабилизации рабочей точки и отжига повышает измерительный ток через сверхпроводящий датчик до требуемых условий отжига и поддерживает его в течение определенного интервала времени, обеспечивающего отжиг дефектов, образовавшихся в датчике. После чего система возвращается в режим ее функционирования в качестве системы связи.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает повышение помехоустойчивости работы линии связи оптического диапазона, расширение рабочего спектра приемного элемента и понижение его чувствительности к влиянию засветок, электромагнитного и ионизирующего излучений по сравнению с полупроводниковыми приемными элементами.

Изобретение относится к оптической связи и может быть использовано для космической и наземной связи, в ситуациях повышенных требований к устойчивой работоспособности при засветках и облучении и изменении атмосферных свойств. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости работы линии связи оптического диапазона, расширении рабочего спектра приемного элемента и понижении его чувствительности к влиянию засветок, электромагнитного, радиоактивного и ионизирующего излучений по сравнению с полупроводниковыми приемными элементами. Система содержит модулятор, блок перестройки длин волн, блок контроля качества связи, лазер с перестраиваемой длиной волны, систему наведения, сверхпроводящий датчик с восстанавливающимися свойствами при радиационном и электромагнитном облучении после отжига, криогенную систему, блок установки, стабилизации рабочей точки и отжига, детектор, демодулятор. 1 ил.

Система оптической связи, содержащая передатчик, состоящий из модулятора, соединенного с генератором накачки лазера, связанным с лазером, управляемым системой наведения, и приемник, содержащий фотодетектор излучения, электрически связанный с демодулятором, отличающаяся тем, что в нее введен блок установки, стабилизации рабочей точки, соединенный с фотодетектором излучения, в качестве фотодетектора излучения использован сверхпроводящий датчик с восстанавливающимися свойствами при радиационном и электромагнитном облучении после отжига, расположенный в криогенной системе, а в качестве лазера использован лазер с перестраиваемой длиной волны излучения, последовательно электрически связанный с блоками перестройки длин волн и контроля качества оптического канала связи.