СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК H04B10/10 H04B10/18 G02F1/365 

Изобретение относится к системам оптической связи и может быть использовано в системах цифровой и аналоговой связи как в волоконно-оптических, так и в открытых линиях связи.

Известна оптическая система связи [1], которая обеспечивает беспроводной обмен информацией и содержит передающую и приемную части, выполненные в виде оптического передатчика и оптического приемника. Недостатками известной системы являются влияние аномалий среды и случайных или целенаправленно вносимых оптических помех на устойчивость и качество связи, при необходимости обеспечения высоких скоростей передачи информации, и на дальность связи, а также невысокий срок службы при достаточно больших затратах на производство и эксплуатацию.

К аномалиям среды связи, приводящим к ухудшению связи, относятся атмосферные явления, такие как туманы, дожди, снег, флуктуации показателя преломления и коэффициента потерь оптического сигнала в воздушной или водной среде, влияющие на затухание или искажение сигнала в линии связи.

Известна также беспроводная дуплексная оптическая система связи [2], содержащая два приемопередатчика, в состав которых входят по два пространственно разнесенных оптических передатчика, представляющих собой излучатели с модуляторами, и два также пространственно разнесенных приемника модулированного излучения. При этом выходы первого и второго оптических приемников каждого из указанных приемопередатчиков связаны с входом соответствующего демодулятора через сумматор.

Пространственный разнос оптических передатчиков и приемников на каждом конце (пункте) линии связи снижает вероятность сбоя связи при пересечении ее непрозрачными предметами. Кроме того, дублирование линии связи позволяет снизить влияние атмосферных помех.

Однако указанное пространственно разнесенное размещение оптических приемников и передатчиков не позволяет в полной мере ликвидировать влияние искусственных или естественных оптических помех, в частности атмосферных помех, поскольку излучение в дублирующих каналах связи проходит по раздельным путям и испытывает различные влияния флуктуации среды, например атмосферы.

Кроме того, известная система связи не применяется для передачи аналоговых сигналов ввиду сложности отделения полезного сигнала от помехи.

Техническими результатами, на достижение которых направлено данное изобретение, являются обеспечение возможности передачи информации как в цифровом, так и аналоговом виде, в том числе и в открытых оптических линиях связи, повышение помехозащищенности линии связи и отношения сигнал/шум, обеспечение скрытности передачи информации, а также исключение или уменьшение (сведение к минимуму) влияния шумов фотоприемников на прием информационного сигнала.

Поставленная задача решается тем, что в способе передачи информации, заключающемся в передаче информации по оптической линии связи, включающем одновременную передачу двух информационных оптических сигналов, прием этих сигналов, их сравнение и устранение шумов и помех, информационные оптические сигналы формируют на выходе нелинейно-оптического элемента путем подачи по крайней мере одного оптического излучения на вход этого нелинейно-оптического элемента и изменения входной мощности или фазы, или частоты по крайней мере одного оптического излучения, подаваемого на вход нелинейно-оптического элемента, или изменения электрического поля, приложенного к этому нелинейно-оптическому элементу, или изменения акустического поля или механического воздействия, приложенного к этому нелинейно-оптическому элементу, причем параметры нелинейно-оптического элемента и оптического излучения, подаваемого на вход нелинейно-оптического элемента, выбирают таким образом, чтобы обеспечить оптическую распределенную связь между двумя распространяющимися в нелинейно-оптическом элементе однонаправленными распределенно связанными волнами (ОРСВ) и оптическое переключение между указанными волнами на выходе нелинейно-оптического элемента, при этом каждая из указанных волн на выходе нелинейно-оптического элемента соответствует информационному оптическому сигналу, разделяют ОРСВ после выхода из нелинейно-оптического элемента, а устранение шумов и помех производят путем подачи каждой из разделенных волн на свой фотоприемник, электрические сигналы с фотоприемников подают на дифференциальный усилитель, выполненный с возможностью вычитания электрических сигналов, и/или коррелятор, который выделяет совпадающую часть зависимости амплитуды электрических сигналов от времени.

Как правило, нелинейно-оптический элемент является нелинейно-оптическим волноводом или нелинейно-оптическим кристаллом.

В частном случае ОРСВ являются волнами с различными поляризациями.

При этом, как правило, нелинейно-оптический элемент является кубично-нелинейным.

В частности, ОРСВ являются волнами с различными ортогональными поляризациями или волнами с различными циркулярными поляризациями, или волнами с различными эллиптическими поляризациями, причем оси соответствующих эллипсов ортогональны друг другу.

Во всех этих случаях нелинейно-оптический элемент может быть двулучепреломляющим или оптически активным, или магнитоактивным.

В другом частном случае ОРСВ являются волнами с различными несущими частотами.

При этом, как правило, нелинейно-оптический элемент является квадратично-нелинейным.

Для повышения эффективности отстройки от шумов и помех перед подачей на дифференциальный усилитель и/или коррелятор электрические сигналы сравнивают по амплитуде и усиливают сигнал меньшей амплитуды до уровня другого сигнала.

В одном частном случае на вход нелинейно-оптического элемента подают сигнальное оптическое излучение, представляющее собой информационный оптический сигнал с переменной мощностью или фазой, и оптическое излучение накачки, мощность которой выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1.

При этом сигнальное излучение и излучение накачки могут иметь разные несущие частоты.

В частности, на вход нелинейно-оптического элемента подают сигнальное излучение, представляющее собой информационный оптический сигнал с переменной мощностью или фазой, и излучение накачки, мощность которой выбирается из интервала от 0,5 Р_M до 1,5 Р_M, где Р_м - критическая мощность самопереключения.

В другом частном случае излучение, подаваемое на вход нелинейно-оптического элемента, представляет собой информационный оптический сигнал, средняя мощность которого выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1.

В частности, излучение, подаваемое на вход нелинейно-оптического элемента, представляет собой информационный оптический сигнал с переменной мощностью, средняя мощность которой выбирается из интервала от 0,5 Р_М до 1,5 Р_М, где Р_М - критическая мощность самопереключения.

В третьем частном случае на вход нелинейно-оптического элемента подают оптическое излучение с постоянной мощностью, превышающей пороговую, мощность которого выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1, при этом оптические свойства нелинейно-оптического элемента модулируют путем приложения электрического поля или акустического или механического воздействия, причем параметры электрического поля или акустического или механического воздействия модулируются в соответствии с информационным сигналом.

В частности, на вход нелинейно-оптического элемента подают оптическое излучение с постоянной мощностью, выбираемой из интервала от 0,5 Р_М до 1,5 Р_М, где Р_М - критическая мощность самопереключения, при этом оптические свойства нелинейно-оптического элемента модулируют путем приложения электрического поля или акустического или механического воздействия, причем параметры электрического поля или акустического или механического воздействия модулируются в соответствии с информационным сигналом.

Как правило, разделение ОРСВ осуществляют перед фотоприемниками.

При этом используют волоконно-оптическую или беспроводную оптическую линию связи.

При этом информационные оптические сигналы, сформированные на выходе нелинейно-оптического элемента, являются идентичными по амплитуде и противоположными по фазе или отличными друг от друга по амплитуде не более чем в десять раз и противоположными по фазе.

Поставленная задача решается тем, что в способе передачи информации, заключающемся в передаче информации по оптической линии связи, включающем одновременную передачу двух информационных оптических сигналов, прием этих сигналов, их сравнение и устранение шумов и помех, информационные оптические сигналы формируют на выходе туннельно-связанных оптических волноводов (ТСОВ), по крайней мере один из которых является нелинейно-оптическим, путем подачи по крайней мере одного оптического излучения на вход по крайней мере одного из ТСОВ и изменения входной мощности или фазы, или частоты по крайней мере одного оптического излучения, подаваемого на вход, или изменения электрического поля, приложенного к этим ТСОВ, или изменения акустического поля или механического воздействия, приложенного к ним, причем параметры ТСОВ и оптического излучения, подаваемого на вход ТСОВ, выбирают таким образом, чтобы обеспечить оптическое переключение между ОРСВ на выходе ТСОВ, при этом каждая из указанных волн на выходе каждого из ТСОВ соответствует информационному оптическому сигналу, а устранение шумов и помех производят путем подачи волны с выхода каждого волновода на свой фотоприемник, электрические сигналы с фотоприемников подают на дифференциальный усилитель, выполненный с возможностью вычитания электрических сигналов, и/или коррелятор, который выделяет совпадающую часть зависимости амплитуды электрических сигналов от времени.

В этом случае, как правило, оптическая линия связи выполнена в виде по крайней мере двух идентичных волоконных световодов, на вход каждого из которых подается волна с выхода каждого из нелинейных ТСОВ.

Как правило, информационные оптические сигналы формируют на выходе двух ТСОВ, при этом оптическая линия связи выполнена в виде по крайней мере двух идентичных волоконных световодов, на вход каждого из которых подается волна с выхода каждого из нелинейных ТСОВ.

Для повышения эффективности отстройки от шумов и помех перед подачей на дифференциальный усилитель и/или коррелятор электрические сигналы сравнивают по амплитуде и усиливают сигнал меньшей амплитуды до уровня другого сигнала.

В одном частном случае на вход ТСОВ подают сигнальное оптическое излучение, представляющее собой информационный оптический сигнал с переменной мощностью или фазой, и оптическое излучение накачки, мощность которой выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1.

При этом сигнальное излучение и излучение накачки могут иметь разные несущие частоты.

В частности, на вход нелинейно-оптического элемента подают сигнальное излучение, представляющее собой информационный оптический сигнал с переменной мощностью или фазой, и излучение накачки, мощность которой выбирается из интервала от 0,5 Р_М до 1,5 Р_М, где Р_М - критическая мощность самопереключения.

В другом частном случае излучение, подаваемое на вход ТСОВ, представляет собой информационный оптический сигнал, средняя мощность которого выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1.

В частности, излучение, подаваемое на вход ТСОВ, представляет собой информационный оптический сигнал с переменной мощностью, средняя мощность которой выбирается из интервала от 0,5 Р_М до 1,5 Р_М, где Р_М - критическая мощность самопереключения.

В третьем частном случае на вход ТСОВ подают оптическое излучение с постоянной мощностью, превышающей пороговую, определяемую из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1, при этом оптические свойства ТСОВ модулируют путем приложения электрического поля или акустического или механического воздействия, причем параметры электрического поля или акустического или механического воздействия модулируются в соответствии с информационным сигналом.

В частности, на вход ТСОВ подают оптическое излучение с постоянной мощностью, выбираемой из интервала от 0,5 Р_М до 1,5 Р_М, где Р_М - критическая мощность самопереключения, при этом оптические свойства ТСОВ модулируют путем приложения электрического поля или акустического или механического воздействия, причем параметры электрического поля или акустического, или механического воздействия модулируются в соответствии с информационным сигналом.

При этом информационные оптические сигналы, сформированные на выходе ТСОВ, являются идентичными по амплитуде и противоположными по фазе или отличными друг от друга по амплитуде не более чем в десять раз и противоположными по фазе.

На фиг.1 и 2 изображены варианты блок-схемы системы оптической связи.

На фиг.3 показаны осциллограммы мощности двух ОРСВ на выходе нелинейно-оптического волновода после их разделения. На вход нелинейно-оптического элемента подается оптический сигнал в виде меандра с малой амплитудой.

На фиг.4 показан график зависимости коэффициента передачи мощности одной из ОРСВ от входной мощности.

На вход нелинейно-оптического элемента 1 подается оптическое излучение, переменное по интенсивности, фазе или частоте, несущее полезную информацию, либо переменное по интенсивности, фазе или частоте, несущее полезную информацию оптическое излучение (сигнальное) и излучение накачки от лазера 2.

Оптическое излучение, несущее полезную информацию, может также формироваться изменением электрического или акустического полей или механического воздействия, приложенных к нелинейно-оптическому элементу, в котором (за счет электрооптического или акустооптического эффекта) изменяется (модулируется) показатель преломления и/или коэффициент оптических потерь нелинейно-оптического элемента.

В элементе 1 происходит переключение между ОРСВ. После прохождения линии связи 3 эти ОРСВ разделяются сепаратором 4. Разделенные ОРСВ поступают каждая на свой фотоприемник 5, 6, с выходов которых электрические сигналы (соответствующие исходному информационному сигналу) поступают на дифференциальный усилитель или коррелятор 7. Дифференциальный усилитель производит вычитание сигналов, поступающих на его вход в противофазе. Коррелятор, представляющий собой электронный блок, путем анализа поступающих на его вход сигналов выделяет их общую часть. И при вычитании сигналов и при выделении их общей части происходит очистка полезного сигнала от шумов и помех. Таким образом, на выходе дифференциального усилителя или коррелятора формируется сигнал, соответствующий исходному информационному сигналу, очищенный от шумов и помех. Линия связи может быть как волноводной, так и не волноводной. В последнем случае она проходит сквозь воздушную или водную среду. В случае волноводной линии связи она может представлять собой одиночный волновод (по которому распространяются ОРСВ различных поляризаций или частот) или два идентичных волновода.

В случае использования нелинейно-оптических ТСОВ 8 переключение между ОРСВ происходит на выходе этих ТСОВ. Можно использовать ТСОВ, хотя бы один из которых является нелинейно-оптическим. После прохождения линии связи 9, представляющей собой, как правило, два идентичных волновода, оптически связанных с нелинейными ТСОВ, в частности двужильный волоконный световод, оптически связанный с ТСОВ, информационные сигналы поступают каждый на свой фотоприемник 5, 6, с выходов которых электрические сигналы (соответствующие исходному информационному сигналу) поступают на дифференциальный усилитель или коррелятор 7. Дифференциальный усилитель или коррелятор производит операции, указанные выше. В вариантном исполнении ТСОВ представляют собой участок волноводов оптической линии связи.

На вход ТСОВ 8, также как в первом варианте, подается оптическое излучение, переменное по интенсивности, фазе или частоте, несущее полезную информацию, либо переменное по интенсивности, фазе или частоте, несущее полезную информацию оптическое излучение (сигнальное) и излучение накачки от лазера 2. Причем сигнальное излучение и излучение накачки могут подаваться как на вход одного из ТСОВ, так и на входы разных ТСОВ.

В случае использования ТСОВ каждый из двух информационных сигналов формируется на выходе соответствующего волновода, поэтому в данном случае сепаратор не требуется. Количество информационных сигналов, сформированных на выходе ТСОВ, может быть более двух в том случае, если используется более двух ТСОВ (при этом повышается помехозащищенность). Идентичность волноводов требуется для обеспечения равенства искажений, вносимых каждым волноводом в сигналы, сравниваемые на выходе, что в дальнейшем позволяет при помощи дифференциального усилителя и/или коррелятора исключить эти искажения.

В том случае если на выходе сепаратора получаемые сигнальные излучения не идентичны по амплитуде, а представляют собой излучения, зависимости мощности от времени которых подобны, то более слабое из этих сигнальных излучений усиливают до уровня другого.

Способ основан на нелинейном взаимодействии ОРСВ и осуществляется за счет их оптического переключения, т.е. перераспределения мощности между ОРСВ в нелинейно-оптическом волноводе, в результате которого на выходе нелинейно-оптического волновода образуются две ОРСВ, зависимости амплитуды от времени которых идентичны или подобны друг другу, а фазы противоположны.

Теория [3-4] и эксперимент [5-6] убедительно показали, что возможно явление полностью оптического переключения мощности между ОРСВ, к которым относится целый класс волн в оптике: волны в ТСОВ, волны различных поляризаций (например, ортогональных поляризаций) в одиночном оптическом волноводе с двулучепреломлением, волны на различных частотах в квадратично-нелинейном кристалле или волноводе, различные моды в одиночном волноводе и другие [3-4]. Оно заключается в том, что при определенных условиях (специально подобранных входных интенсивностях и фазах волн, нелинейных коэффициентах волноводов) малое изменение входной интенсивности или фазы одной из волн вызывает резкое переключение энергии на выходе из одной волны в другую: мощность одной волны резко увеличивается, а другой уменьшается. При этом величина изменения мощности на выходе в каждой волне в десятки, сотни и тысячи раз превышает изменение входной мощности, т.е. дифференциальный коэффициент усиления составляет десятки, сотни и тысячи. Таким образом, устройство работает как оптический транзистор, функционально аналогичный электронному транзистору и триоду. Важно подчеркнуть, что суммарная (общая) мощность волн на выходе, как правило, почти не отличается от суммарной (общей) мощности волн на входе. Это означает, что дифференциальное усиление достигается за счет перераспределения мощности между волнами: приращение мощности в одной волне в процессе переключения в точности равно убыли мощности в другой. Т.е. на выходе мощности волн при переключении изменяются в противофазе (Фиг.3).

При этом на вход нелинейно-оптического элемента (как правило, оптического волновода) в одном из вариантов способа подаются сигнальное излучение и излучение накачки. Сигнальное излучение является информационным сигналом; излучение накачки вводится в нелинейно-оптический элемент (волновод) с целью обеспечения режима оптического переключения, при котором достигается величина дифференциального коэффициента усиления мощности оптического излучения, существенно превышающая единицу, но не искажается форма усиливаемого оптического сигнала (Фиг.3), т.е. каждая из ОРСВ на выходе нелинейно-оптического элемента (волновода) соответствует информационному сигналу на входе.

Наряду с мощностью можно оперировать также понятием интенсивности оптического излучения Р, которая однозначно связана с мощностью:

Р=I·S_эфф, где S_эфф - эффективное сечение нелинейно-оптического волновода.

Как правило, интенсивность сигнального излучения как минимум на порядок меньше интенсивности излучения накачки, однако интенсивности указанных излучений в ряде случаев могут быть соизмеримы.

В другом важном для практики случае на вход подается одна волна, средняя мощность которой близка к критической (или хотя бы больше пороговой) (чтобы обеспечить режим переключения и дифференциального усиления амплитуды без искажений формы сигнала), причем мощность этой волны модулирована в соответствии с полезным информационным сигналом.

Для обеспечения нелинейного режима интенсивность излучения накачки должна быть не менее некоторой пороговой величины I_пop, начиная с которой нелинейные эффекты, вызывающие описанные выше явления, становятся существенными. Установлено, что такой пороговой величиной является интенсивность излучения накачки, при превышении которой существует хотя бы одно абсолютное значение хотя бы одного из дифференциальных коэффициентов усиления: ∂I_кl/∂I₀₀, превышающее 1,1, где к=0,1 - номер одной из связанных волн, участвующих в переключении, т.е. волн (нулевой или первой), между которыми происходит перераспределение оптической мощности в нелинейном волноводе; в случае переключения ОРСВ различных поляризаций "к" является номером поляризации (например, в случае ортогонально поляризованных ОРСВ “0” обозначает одну линейную поляризацию, “1” - ортогональную ей линейную поляризацию; в случае циркулярно поляризованных ОРСВ "к" является номером правой или левой циркулярной поляризации); в случае переключения мощности между ОРСВ на различных частотах "к" является номером частоты; в случае нелинейных ТСОВ "к" - номер волновода, т.к. каждая из взаимодействующих волн распространяется по своему волноводу; l - индекс, указывающий, что интенсивность относится к излучению на выходе нелинейного оптического волновода; при этом буква l символизирует длину нелинейного волновода, т.е. значение интенсивности берется при координате z=l, второй индекс 0 у I₀₀ и I₁₀ что указывает, что интенсивность относится к излучению на входе нелинейного волновода, т.е. при z=0.

Хотя способ может иметь применение при превышении пороговой интенсивности I_пop, наибольший интерес он представляет вблизи критической интенсивности, соответствующей так называемой средней точке самопереключения М (Фиг.4). Критическую интенсивность можно определить как интенсивность излучения, вблизи которой достигаются максимальный дифференциальный коэффициент усиления и линейность усиления (усиление происходит без искажения формы сигнала на выходе). Как правило, представляет интерес диапазон значений входной мощности от 0,5 Р_М до 1,5 Р_М.

Пороговой интенсивности I_пop соответствует пороговая мощность Р_пор, а критической интенсивности I_М соответствует критическая мощность излучения Р_М.

Аналитические расчеты показали, что критическую интенсивность можно найти из условия обращения в единицу модуля эллиптических функций, через которые выражаются интенсивности ОРСВ волн на выходе устройства. Она соответствует также автосинхронизации ОРСВ в противофазе.

Нелинейно-оптический элемент, а именно его нелинейно-оптический коэффициент, выбирается таким, чтобы обеспечить оптическое переключение между ОРСВ.

Для ОРСВ в кубично-нелинейном волноводе I_пop и I_М, как правило, пропорциональны К/|Θ|, Θ - нелинейный коэффициент нелинейно-оптического волновода, К - коэффициент распределенной связи. Например, для кубично-нелинейных ТСОВ К - коэффициент туннельной связи волноводов, a Θ=(Θ₀+Θ₁)/2 - средний арифметический нелинейный коэффициент двух волноводов. В случае ОРСВ различных поляризаций в двулучепреломляющем нелинейном оптическом волноводе I_пop и I_М пропорциональны где n_е и n_о - показатели преломления необыкновенной и обыкновенной волн, Θ - нелинейный коэффициент волновода.

После выхода излучения из нелинейно-оптического волновода и его прохода сквозь среду или по волоконной линии связи (см. Фиг.1) перед фотоприемниками требуется разделение ОРСВ. Это разделение достигается с помощью разделителя (сепаратора) указанных волн. Разделитель представляет собой разделитель волн различных поляризаций (двоякопреломляющие призмы, поляроиды, направленные ответвители и т.д.) или частот (дисперсионный элемент: направленный ответвитель, призма, дифракционная решетка).

Известно, что в случае ОРСВ различных (ортогональных, циркулярных, эллиптических) поляризаций распределенная связь этих волн может быть обусловлена двулучепреломлением нелинейно-оптического элемента, в частности нелинейно-оптического волновода. При этом вектор поляризации оптического излучения на входе нелинейно-оптического волновода должен быть направлен под углом, близким к 45°, относительно быстрой или медленной осей нелинейно-оптического волновода. Распределенная связь этих волн может быть обусловлена также оптической активностью или магнитной активностью нелинейно-оптического волновода.

Способ может осуществляться не только изменением интенсивности сигнала на входе, но и изменением фазы сигнала на входе, поскольку коэффициент передачи мощности из одной волны в другую зависит от разности фаз сигнала и накачки на входе.

Способ может осуществляться и при введении в нелинейный оптический волновод одного излучения, представляющего собой информационный оптический сигнал, средняя интенсивность которого выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1.

Способ может осуществляться и при введении в нелинейный оптический волновод постоянного по интенсивности излучения, при этом информационный сигнал представляет собой или электрический сигнал, создающий электрическое поле, приложенное к нелинейно-оптическому элементу, или акустический сигнал, создающий акустическое поле или механическое воздействие, приложенное к нелинейно-оптическому элементу.

Например, информационный электрический сигнал может модулировать параметры нелинейно-оптического элемента (коэффициент распределенной связи волн и разность эффективных показателей преломления ОРСВ) за счет электрооптического эффекта, что позволяет модулировать (в соответствии с передаваемой информацией) излучение постоянной мощности, подаваемое на вход нелинейно-оптического элемента.

Аналогично акустический сигнал может модулировать параметры нелинейно-оптического элемента (коэффициент распределенной связи волн и разность эффективных показателей преломления ОРСВ) за счет акустооптического эффекта; механическое воздействие также может изменять параметры нелинейно-оптического элемента. Это позволяет модулировать (в соответствии с передаваемой информацией) излучение постоянной мощности, подаваемое на вход нелинейно-оптического элемента.

Литература

1. Патент RU 2121229, кл. Н 04 В 10/00, опубл. 27.10.1998.

2. Патент №2178954, кл. Н 04 В 10/00, опубл. 27.01.2002.

3. Майер. "Оптические транзисторы и бистабильные элементы на основе нелинейной передачи света системами с однонаправленными связанными волнами". Квантовая электроника, том 9, 1982 г., с.2296-2302.

4. А.А.Майер. Оптическое самопереключение однонаправленных распределенно связанных волн. УФН, том 165, No9, 1995 г., с.1037-1075.

5. Д.Д.Гусовский, Е.М.Дианов, А.А.Майер и др.. "Экспериментальное наблюдение самопереключения излучения в туннельно-связанных оптических волноводах". Препринт ИОФАН No188, Москва, 1986; Квантовая электроника, том 14, No6, с.1144 (1987).

6. А.А.Майер. “Экспериментальное наблюдение явления самопереключения однонаправленных распределенно связанных волн”. УФН, том 166, No11, 1996 г., с.1171-1196.

Изобретение используется в цифровых и аналоговых линиях связи, как волоконно-оптических, так и открытых линиях связи. Способ заключается в передаче по оптической линии связи одновременно двух информационных оптических сигналов, приеме этих сигналов, их сравнении и устранении шумов и помех. Информационные оптические сигналы формируют на выходе нелинейно-оптического элемента путем подачи по крайней мере одного оптического излучения на вход элемента и изменения входной мощности или фазы, или частоты одного оптического излучения, подаваемого на вход нелинейно-оптического элемента, или изменения электрического или акустического поля, приложенного к этому элементу. Обеспечивается оптическое переключение между двумя распространяющимися в нелинейно-оптическом элементе однонаправленными распределенно связанными волнами. Каждая из указанных волн на выходе нелинейно-оптического элемента соответствует информационному оптическому сигналу. Информационные сигналы подают на дифференциальный усилитель, выполненный с возможностью вычитания электрических сигналов, и/или коррелятор, который выделяет совпадающую часть зависимости амплитуды электрических сигналов от времени. По второму варианту способа информационно-оптические сигналы формируют на выходе туннельно-связанных оптических волноводов, по крайней мере один из которых является нелинейно-оптическим элементом. Обеспечено повышение помехозащищенности линии связи и отношения сигнал/шум, исключено влияние шумов фотоприемников на прием информационного сигнала. 2 с. и 31 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ передачи информации, заключающийся в передаче информации по оптической линии связи, включающий одновременную передачу двух информационных оптических сигналов, прием этих сигналов, их сравнение и устранение шумов и помех, отличающийся тем, что информационные оптические сигналы формируют на выходе нелинейно-оптического элемента путем подачи по крайней мере одного оптического излучения на вход этого нелинейно-оптического элемента и изменения входной мощности, или фазы, или частоты по крайней мере одного оптического излучения, подаваемого на вход нелинейно-оптического элемента, или изменения электрического поля, приложенного к этому нелинейно-оптическому элементу, или изменения акустического поля, или механического воздействия, приложенного к этому нелинейно-оптическому элементу, причем параметры нелинейно-оптического элемента и оптического излучения, подаваемого на вход нелинейно-оптического элемента, выбирают таким образом, чтобы обеспечить оптическую распределенную связь между двумя распространяющимися в нелинейно-оптическом элементе однонаправленными распределенно-связанными волнами и оптическое переключение между указанными волнами на выходе нелинейно-оптического элемента, при этом каждая из указанных волн на выходе нелинейно-оптического элемента соответствует информационному оптическому сигналу, разделяют однонаправленные распределенно-связанные волны после выхода из нелинейно-оптического элемента, а устранение шумов и помех производят путем подачи каждой из разделенных волн на свой фотоприемник, электрические сигналы с фотоприемников подают на дифференциальный усилитель, выполненный с возможностью вычитания электрических сигналов, и/или коррелятор, который выделяет совпадающую часть зависимости амплитуды электрических сигналов от времени.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нелинейно-оптический элемент является нелинейно-оптическим волноводом или нелинейно-оптическим кристаллом.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что однонаправленные распределенно-связанные волны являются волнами с различными поляризациями.4. Способ по п.3, отличающийся тем, что нелинейно-оптический элемент является кубично-нелинейным.5. Способ по п.3, отличающийся тем, что однонаправленные распределенно-связанные волны являются волнами с различными ортогональными поляризациями.6. Способ по п.3, отличающийся тем, что однонаправленные распределенно-связанные волны являются волнами с различными циркулярными поляризациями.7. Способ по п.3, отличающийся тем, что однонаправленные распределенно-связанные волны являются волнами с различными эллиптическими поляризациями, причем оси соответствующих эллипсов ортогональны друг другу.8. Способ по п.3, отличающийся тем, что нелинейно-оптический элемент является двулучепреломляющим, или оптически активным, или магнитоактивным.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что однонаправленные распределенно-связанные волны являются волнами с различными несущими частотами.10. Способ по п.9, отличающийся тем, что нелинейно-оптический элемент является квадратично-нелинейным.11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что перед подачей на дифференциальный усилитель и/или коррелятор электрические сигналы сравнивают по амплитуде и усиливают сигнал меньшей амплитуды до уровня другого сигнала.12. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что на вход нелинейно-оптического элемента подают сигнальное оптическое излучение, представляющее собой информационный оптический сигнал с переменной мощностью или фазой, и оптическое излучение накачки, мощность которой выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1.13. Способ по п.12, отличающийся тем, что сигнальное излучение и излучение накачки имеют разные несущие частоты.14. Способ по п.12 или 13, отличающийся тем, что мощность излучение накачки выбирается из интервала от 0,5 Р_м до 1,5 Р_м, где Р_м - критическая мощность самопереключения.15. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что излучение, подаваемое на вход нелинейно-оптического элемента, представляет собой информационный оптический сигнал, средняя мощность которого выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1.16. Способ по п.15, отличающийся тем, что средняя мощность излучения, подаваемого на вход нелинейно-оптического элемента, выбирается из интервала от 0,5 Р_м до 1,5 Р_м, где Р_м - критическая мощность самопереключения.17. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что на вход нелинейно-оптического элемента подают оптическое излучение с постоянной мощностью, превышающей пороговую, определяемую из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1, при этом оптические свойства нелинейно-оптического элемента модулируют путем приложения электрического поля или акустического или механического воздействия, причем параметры электрического поля или акустического или механического воздействия модулируются в соответствии с информационным сигналом.18. Способ по п.17, отличающийся тем, что мощность оптического излучения, подаваемого на вход нелинейно-оптического элемента, выбирают из интервала от 0,5 Р_м до 1,5 Р_м, где Р_м - критическая мощность самопереключения, при этом оптические свойства нелинейно-оптического элемента модулируют путем приложения электрического поля или акустического или механического воздействия.19. Способ по любому из пп.1-18, отличающийся тем, что разделение однонаправленных распределенно-связанных волн осуществляют перед фотоприемниками.20. Способ по любому из пп.1-19, отличающийся тем, что используют волоконно-оптическую или беспроводную оптическую линию связи.21. Способ по любому из пп.1-20, отличающийся тем, что информационные оптические сигналы, сформированные на выходе нелинейно-оптического элемента, являются идентичными по амплитуде и противоположными по фазе или отличными друг от друга по амплитуде не более чем в десять раз и противоположными по фазе.22. Способ передачи информации, заключающийся в передаче информации по оптической линии связи, включающий одновременную передачу двух информационных оптических сигналов, прием этих сигналов, их сравнение и устранение шумов и помех, отличающийся тем, что информационные оптические сигналы формируют на выходе туннельно-связанных оптических волноводов, по крайней мере один из которых является нелинейно-оптическим, путем подачи по крайней мере одного оптического излучения на вход по крайней мере одного из туннельно-связанных оптических волноводов и изменения входной мощности, или фазы, или частоты по крайней мере одного оптического излучения, подаваемого на вход, или изменения электрического поля, приложенного к этим туннельно-связанным оптическим волноводам, или изменения акустического поля, или механического воздействия, приложенного к ним, причем параметры туннельно-связанных оптических волноводов и оптического излучения, подаваемого на вход туннельно-связанных оптических волноводов, выбирают таким образом, чтобы обеспечить оптическое переключение между однонаправленными распределенно-связанными волнами на выходе туннельно-связанных оптических волноводов, при этом каждая из указанных волн на выходе каждого из туннельно-связанных оптических волноводов соответствует информационному оптическому сигналу, а устранение шумов и помех производят путем подачи волны с выхода каждого волновода на свой фотоприемник, электрические сигналы с фотоприемников подают на дифференциальный усилитель, выполненный с возможностью вычитания электрических сигналов, и/или коррелятор, который выделяет совпадающую часть зависимости амплитуды электрических сигналов от времени.23. Способ по п.22, отличающийся тем, что информационные оптические сигналы формируют на выходе двух туннельно-связанных оптических волноводов.24. Способ по п.22, отличающийся тем, что оптическая линия связи выполнена в виде по крайней мере двух идентичных волоконных световодов, на вход каждого из которых подается волна с выхода каждого из нелинейных туннельно-связанных оптических волноводов.25. Способ по любому из пп.22-24, отличающийся тем, что перед подачей на дифференциальный усилитель и/или коррелятор электрические сигналы сравнивают по амплитуде и усиливают сигнал меньшей амплитуды до уровня другого сигнала.26. Способ по любому из пп.22-25, отличающийся тем, что на вход туннельно-связанных оптических волноводов подают сигнальное оптическое излучение, представляющее собой информационный оптический сигнал с переменной мощностью или фазой, и оптическое излучение накачки, мощность которой выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1.27. Способ по п.26, отличающийся тем, что сигнальное излучение и излучение накачки имеют разные несущие частоты.28. Способ по п.26 или 27, отличающийся тем, что мощность излучения накачки выбирается из интервала от 0,5 Р_м до 1,5 Р_м, где Р_м - критическая мощность самопереключения.29. Способ по любому из пп.22-25, отличающийся тем, что излучение, подаваемое на вход туннельно-связанных оптических волноводов, представляет собой информационный оптический сигнал, средняя мощность которого выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1.30. Способ по п.29, отличающийся тем, что излучение, подаваемое на вход туннельно-связанных оптических волноводов, представляет собой информационный оптический сигнал с переменной мощностью, средняя мощность которой выбирается из интервала от 0,5 Р_м до 1,5 Р_м, где Р_м - критическая мощность самопереключения.31. Способ по любому из пп.22-25, отличающийся тем, что на вход туннельно-связанных оптических волноводов подают оптическое излучение с постоянной мощностью, превышающей пороговую, определяемую из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1, при этом оптические свойства туннельно-связанных оптических волноводов модулируют путем приложения электрического поля или акустического или механического воздействия, причем параметры электрического поля или акустического или механического воздействия модулируются в соответствии с информационным сигналом.32. Способ по п.31, отличающийся тем, что на вход туннельно-связанных оптических волноводов подают оптическое излучение с постоянной мощностью, выбираемой из интервала от 0,5 Р_м до 1,5 Р_м, где Р_м - критическая мощность самопереключения, при этом оптические свойства туннельно-связанных оптических волноводов модулируют путем приложения электрического поля или акустического или механического воздействия, причем параметры электрического поля или акустического или механического воздействия модулируются в соответствии с информационным сигналом.33. Способ по любому из пп.22-32, отличающийся тем, что информационные оптические сигналы, сформированные на выходе туннельно-связанных оптических волноводов, являются идентичными по амплитуде и противоположными по фазе или отличными друг от друга по амплитуде не более чем в десять раз и противоположными по фазе.