Способ симплексной передачи данных по оптическому волокну кабельной линии Российский патент 2020 года по МПК H04B10/00 

Изобретение относится к технике связи, в частности к способам передачи информации по линиям связи, а именно к низкоскоростной передаче данных по оптическим волокнам кабельных линий.

Известен способ изменения коэффициентов связи между фундаментальной модой световода и высшими модами [1-3], приводящий к изменениям коэффициента затухания маломодового оптического волокна, заключающийся в том, что определенных соотношениях между частотой акусто-вибрационного воздействия на волокно, периодом нерегулярностей волокна, в частности его микроизгибов, и длиной биений между модами имеют место резонансы, которые приводят к перекачке мощности фундаментальной моды одномодового оптического световода в высшие оболочечные и, как следствие, к существенному увеличению потерь. Согласно [1-3] для стандартных одномодовых оптических волокон эти резонансы лежат в диапазоне 1 – 100 МГц. Однако, эти способы не предназначены для передачи данных и использовались в сенсорных системах различного назначения.

Известен способ передачи или воспроизведения звукового сигнала [5], заключающийся в том, что оптическое излучение от когерентного источника оптического излучения вводят в оптическое волокно волоконно-оптического кабеля, на дальнем конце это оптическое волокно подключают это волокно к устройству, обеспечивающему отражение оптического излучения и передачу его в волокне в обратном направлении, воздействуют через волоконно-оптический кабель на оптическое волокно на локальном участке кабельной линии акусто-вибрационным сигналом от передатчика, расположенного на некотором расстоянии от волоконно-оптического кабеля, в результате чего дважды модулируют по фазе распространяющееся в оптическом волокне оптическое излучение вибро-акустическим сигналом, как при распространении в прямом направлении, так и в обратном, принимают этот дважды модулированный по фазе с задержкой более 75 мкс сигнал фазочувствительным когерентным приемником, с помощью которого выделяют звуковой сигнал передатчика. К недостаткам способа следует отнести уменьшение энергетического потенциала системы передачи из-за необходимости распространения оптического излучения по волокну в прямом и обратном направлении, а также дополнительных потерь на отражение. Кроме того, передатчик не может быть расположен на расстоянии менее 1 км от ближнего конца кабельной линии. Все это, в итоге, ограничивает область применения способа.

От этих недостатков свободен способ [6] симплексной передачи данных по оптическому волокну кабельной линии, наиболее близкий к заявляемому, заключающийся в том, что оптическое излучение от источника когерентного оптического излучения вводят в оптическое волокно волоконно-оптического кабеля, воздействуют через волоконно-оптический кабель на оптическое волокно на локальном участке кабельной линии акусто-вибрационным сигналом от передатчика, расположенного на некотором расстоянии от волоконно-оптического кабеля, в результате чего модулируют по фазе распространяющееся в оптическом волокне оптическое излучение вибро-акустическим сигналом, и принимают модулированное оптическое излучение фазочувствительным когерентным приемником, с помощью которого выделяют передаваемый сигнал, при этом оптическое излучение от источника когерентного оптического излучения перед вводом в оптическое волокно модулируют по фазе сигналом с постоянным периодом, а распространяющийся по оптическому волокну сигнал принимают фазочувствительным когерентным приемником на дальнем конце кабельной линии. Необходимость модуляции оптического излучения от источника когерентного оптического излучения перед вводом в оптическое волокно по фазе сигналом с постоянным периодом и применения когерентного приема существенно усложняют реализацию данного способа и увеличивают его стоимость, что в результате ограничивает область применения способа.

Сущностью предполагаемого изобретения является расширение области применения.

Эта сущность достигается тем, что, согласно способу симплексной передачи данных по оптическому волокну кабельной линии, заключающемуся в том, что оптическое излучение от источника когерентного оптического излучения вводят в оптическое волокно волоконно-оптического кабеля, воздействуют через волоконно-оптический кабель на оптическое волокно на локальном участке кабельной линии акустовибрационным сигналом от передатчика, модулируют оптическое излучение акустовибрационным сигналом и на дальнем конце принимают модулированное оптическое излучение фотоприемником, с помощью которого выделяют передаваемый сигнал, при этом воздействуют акусто-вибрационным сигналом с несущей, определяемой по формуле:

где c_ext – скорость звука в плавленом кварцевом стекле; b – радиус оптического волокна по оболочке; Λ – длина биений между линейно-поляризованными модами LP₀₁ и LP₁₁ двумодового оптического волокна, - и модулированной полезным сигналом передаваемых данных, а длину волны оптического излучения и параметры оптического волокна выбирают из условий двумодового режима распространения оптического излучения в оптическом волокне.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.

Устройство содержит волоконно-оптический кабель 1 с оптическим волокном 2, источник когерентного оптического излучения 3, модовые фильтры 4 и 5, фотоприемник 6, передатчик 7, формирующий акусто-вибрационный сигнал с заданной несущей частотой, модулированный полезным сигналом передаваемых данных. Причем выход источника когерентного оптического излучения 3 соединен на ближнем конце волоконно-оптического кабеля 1 через модовый фильтр 4 с оптическим волокном 2 волоконно-оптического кабеля 1, которое на дальнем конце волоконно-оптического кабеля 1 через модовый фильтр 5 подключено ко входу фотоприемника 6. При этом передатчик 7, формирующий акусто-вибрационный сигнал с заданной несущей частотой, модулированный полезным сигналом передаваемых данных, размещают на локальном участке в пределах длины волоконно-оптического кабеля 1.

Способ осуществляется следующим образом. Оптическое излучение от источника когерентного оптического излучения 3 через модовый фильтр 4, в котором выделяется фундаментальная мода LP₀₁, поступает на ближнем конце волоконно-оптического кабеля 1 в оптическое волокно 2. Эта фундаментальная мода распространяется по оптическому волокну 2 к дальнему концу волоконно-оптического кабеля 1. На некотором локальном участке в пределах длины волоконно-оптического кабеля 1, где размещен передатчик 7, формирующий акусто-вибрационный сигнал с заданной несущей частотой, модулированный полезным сигналом передаваемых данных, оптическое излучение переносимое фундаментальной модой при прохождении этого локального участка модулируется под действием акусто-вибрационный сигнала по амплитуде, поскольку при воздействии акусто-вибрационного сигнала с заданной несущей частотой, модулированный полезным сигналом передаваемых данных, из-за изменения связей фундаментальной моды с модами высшего порядка при двумодовом режиме передачи оптического излучения в оптическом волокне 2 изменяется затухание фундаментальной моды. Это модулированное по амплитуде оптическое излучение поступает на дальнем конце волоконно-оптического кабеля 1 через модовый фильтр 5, в котором выделяется фундаментальная мода LP₀₁, на вход фотоприемника 6, в котором из него выделяется сигнал передаваемых данных.

В отличие от известного способа, которым является прототип, в предлагаемом способе оптическое излучение модулируется по амплитуде, исключается необходимость когерентного приема и модуляции оптического излучения на вводе оптического излучения по фазе с постоянным периодом. Все это упрощает реализацию способа и снижает ее стоимость по сравнению с прототипом, что, как следствие, расширяет область применения способа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Blake J. N., Kim B. Y., Engan H. E., Shaw H. J. Analysis of intermodal coupling in a two-mode fiber with periodic microbends// Optics Letters, v. 12(4), 1987.-pp.281-283

2. Wild G., Hinckley S. Acousto-Ultrasonic Optical Fiber Sensors: Overview and State-of-the-Art// IEEE Sensors Journal, v.8(7), 2008. – 1184-1193.

3. Wang Y., Yuan H., Liu X., Bai Q., Zhang H., Gao Y., Jin B. A comprehensive study of optical fiber acoustic sensing // IEEE Access. – 2019. – Vol.7. – P. 85821- 85837

4. Pohl A. A. P., Oliveira R. A., Da Silva R. E., Marques C. A. F., Neves P. de T., Cook K., Canning J., Nogueira, R. N. Advances and new applications us-ing the acousto-optic effect in optical fibers // Photonic Sensors. – 2013. – Vol.3(1). – P.1–25.

5. US 8000609

6. RU 2671855

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах связи по оптическим волокнам кабельных линий с низкоскоростной передачей данных. Технический результат состоит в расширении области применения. Для этого в способе симплексной передачи данных по оптическому волокну кабельной линии, заключающемуся в том, что оптическое излучение от источника когерентного оптического излучения вводят в оптическое волокно волоконно-оптического кабеля, воздействуют через волоконно-оптический кабель на оптическое волокно на локальном участке кабельной линии акустовибрационным сигналом от передатчика, модулируют оптическое излучение акустовибрационным сигналом и на дальнем конце принимают модулированное оптическое излучение фотоприемником, с помощью которого выделяют передаваемый сигнал, при этом воздействуют акустовибрационным сигналом с несущей. 1 ил.

Способ симплексной передачи данных по оптическому волокну кабельной линии, заключающийся в том, что оптическое излучение от источника когерентного оптического излучения вводят в оптическое волокно волоконно-оптического кабеля, воздействуют через волоконно-оптический кабель на оптическое волокно на локальном участке кабельной линии акустовибрационным сигналом от передатчика, модулируют оптическое излучение акустовибрационным сигналом и на дальнем конце принимают модулированное оптическое излучение фотоприемником, с помощью которого выделяют передаваемый сигнал, отличающийся тем, что воздействуют акустовибрационным сигналом с несущей, определяемой по формуле:

,

где c_ext – скорость звука в плавленом кварцевом стекле; b – радиус оптического волокна по оболочке; Λ – длина биений между линейно-поляризованными модами LP₀₁ и LP₁₁ двумодового оптического волокна, и модулированной полезным сигналом передаваемых данных, а длину волны оптического излучения и параметры оптического волокна выбирают из условий двумодового режима распространения оптического излучения в оптическом волокне.