Способ стабилизации положения рабочей точки оптического модулятора и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК G02F1/03 

Иэобретение относится к -области оптоэлектроники и может быть испол эовано в оптических системах передачи, обработки и отображения информации. Известен способ стабилизации по ложения рабочей точки оптического модулятора, который заключается в том, что .на модулятор подают перио дический испытательный сигнал, состоящий из двух раэнополярных импульсов одинаковой амплитуды, при помощи двухканальной аналогойой схе мы с контрольным фотоприемником на .входе сравнивают сигналы на выходе, модулятора, соответствующие положительному и отрицательному импульсу по соотношению уровней указанных сигналов судят о положении рабочей точки модулятора и регулируют постоянное напряжение на модуляторе д достижения равенства уровней сигналов на выходах двухканальной аналоговой схемы ± .. Недостатком этого способа является низкая точность стабилизации, вызванная необходимостью выполнения операции сравнения уровней сигналов на выходе двух аналоговых измери-г тельных каналов. При этом за счет неидентичногр измешения параметров ка при изменении температуры, мощности лазера, а также за счет нелинейности характеристики контрольного фотоприемника таким способом не удается получить точную информацию об истинном положении рабо чей точки модулятора, В результате чего невозможно определить точное значение необходимого корректирующе постоянного напряжения на модулятор Наиболее близким потехнической сущности к предлагаемому является способ стабилизации положения рабочей точки оптического модулятора, заключающийся в том, что в течение пауз в модулирующем сигнале на элек тричес-к,ий вход модулятора подают испытательные сигналы с двух контрольных фотоприемников, установленных, на выходах анализатора на пути лучей со взаимно ортогональной поляризацией и регулируют режим модушятора по постоянному току L2J, Недостатками известного способа явлйются низкая точность и надежность стабилизации из-за недостаточ ной достоверности информации о положении рабочей Точки модулятора. Это вызвано не обходимостью выполнения операции сравнения уровней на выходе двух аналоговых каналов с контрольными фотоприемниками на выходе. При этом неизбежна потеря части информации о положении рабочей точки за счет изменения темнового тока одного из фотоприемников, неодинаковой зависимости параметров фотоприемников от температуры окружающей среды, М014НОСТИ лаз ера, режима по постоянному току, а также за счет изменения параметров линейных измеринения параметров линейных измерительных каналов. По этой причине указанным способом невозможно однозначно определить необходимое по- стоянное корректирующее напряжение на модуляторе, поскольку неизвестно, вызван ли сигнал рассогласования дестабилизирующими факторами, перечисленными выше, либоуходом рабочей точки модулятора. В резуль- тате снижается точность и надежность стабилиза:ции. Известао устройство, реализующее способ стабилизации положения рабочей точки оптического модулятора, состоящее из лазера,поляризатора, модулятора,анализатора; светоделителя, контрольного фотоприемника, трех ключевы.х схем, двух ин теграторов, дифференциального усилителя, двух вентилей, четырех пороговых схем, двух RS триггеров, решающего блока, блока регулирован ия, усилителя моделирующего сигнала и аналогового сумматрра f . Недостатком ST.orcj устройства йвляются низкая точность стабилизации, низкая надежность, вызванные влиянием дестабилизирующих факторов на параметры элементов в .измерительных каналах. При этом корректирующее напряжение на выходе устройства может быть вызвано не уходом рабочей точки модулятора, а изменением коэффициента передачи контрольного фотоприемника, нарушением баланса дифференциального усилителя и т.д. Последнее приводит к тому, что устройство не позволяет поддерживать режим модулятора по, постоянному току, . таким, чтобы корректировать температурный уход рабочей точки. Кроме того, применение четырех аналоговых пороговых схем для переключения пределов регулиро- вания при монотонном уходе рабочей точки модулятора не позволяет достичь высокой надежности устройства из-за неизбежного нарушения необходимого соотношения порогов срабатывания схем под действием, внешних дестабилизирующих факторов. - . I Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для стабилизации положения рабочей точки оптического модулятора, состоящее из последовательно оптически связанных лазера, поляризатора, модулятора, анализатора,, первый выход которого связан с первым контрольным фЪтоприемником, второй - черезсветоделитель со вторым контрольным фотоприемником, выходы контрольных фотоприемников под ключены к первой и второй ключевым схемам, управляющие входы которых соединены с блоком управления, а также усилителя, модулирующего сигнала, связанного с первым входом аналогового сумматора, второй вход которого: подключен к блоку управления, а выход -: к электрическому вхо ду модулятора 2 , Недостатками известного устройства являются низкая точность и надежность стабилизации из-за недостаточной достоверности получаемой информации о положении рабочей точки модулятора. . Целью изобретения является повышение точности и надежности стабили зации путем повышения достоверности получаемой информации о положении рабочей модулятора и повышение точности и надежности работы устройства для осуществления способа. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу стабилизации положения рабочей точки оптического модулятора, заключающемуся в том,, что в течение пауз в модулирующем сигнале на электрический вход модулятора подают испытательные, сигналы, Сравнивают сигналы с двух контрольных фотоориемников, установленных на выходах анализатора на пути лучей со взаимно ортогональной поляризацией и стабилизируют положение рабочей точки. Испытательные сигналы подают в виде че.редующихся положительных и отрицательных перепадов напряжения с велич.иной, равной удвоенному полувол. новому напряжению модулятора, а стабилизацию положения рабочей точки осуществляют, по разности времен интервалов между последовательными прохождениями через положйтельнне и отрицательные экстремумы сигналов В устройстве для стабилизации по ложения рабочей точки оптического модулятора, состоящем из последовательно оптически связанных лазера, поляризатора, модулятора, анали затора, первый выход которого связан с первым контрольньом фотоприем ником, второй - через светоделитель со вторыг- контрольным фотоприемником, выходы контрольных фотоприемников подключены к первой и второй ключевым схемам, а также усилителя модулирующего сигнала, связанного ,с первым входом аналогового сумматора, второй вход которого подклю чен к блоку управления, а выход электрическому входу модулятора, д полнительно введены два указателя экстремума, два измерителя временных интервалов, вычитающий ёлок, реверсивный цифровой накопитель и преобразователь код-напряжение, причем входы первого и второго ука- зателей экстремума подключены соответственно к выходам первой и второй ключевых схем, выходы - через первый и второй измерители временных интервалов - соответственно , к первому и второму входам вычитающего блока, вхОд которого через реверсибный цифровой накопитель и преобразователь код-напряжение.свя зан. с третьим входом аналогового сумматора, а тактирующие входы измерителей временных интервалов, вычитающего блока, реверсивного циф- рового накопителя и преобразователя код-напряжение подклк)чены к блоку управления. На фиг. 1 показано временное положение пауз в модулирующем сигнале; на фиг. 2 - испытательный сигнал; на фиг. 3 - характеристика модулятора; на фиг. 4 - сигнал после прохождения скриценных поляризаторов и анализаторовJ на фиг..5 сигналы на первом и втором выходах анализаторов со взаимно ортогональной поляризацией лучей при различных положениях рабочей точки модулятора; на фиг. 6 - схема устройства стабилизации положения рабочей точки .оптического модулятора. Характеристика электрооптического модулятора, имеет вйд :рз-и/и)Г . с периодом .21У, где UK - полуволновое напряжение, поэтому изменение напряжения на модуляторе на 2Uii не приводит к изменению характеристик модулятора и аигналов на его оптическом выходе (в установившемся режиме). В момент переключения напряжения прорабатывается вся характеристика модулятора и на выходах анализатора появля ртся сигналы, длительность которых равна длительности фронта и спада переключения, временное положение испытательного сигнала выбирается так,- чтобы момен ты переключения напряжения совпадали с паузами.в модулирующем сигнале, а длительность фронтов и спа-. дов переключения не превышала длительности пауз . Если рабочая -точка модулятора находится на нижнем перегибе характеристики, на первом и втором выходах анализатора со взаимно ортогональной поляризацией лучей появляются сигналы, имеющие одинаковое временное положение и противоположную полярность (фиг.5), В этом случае временные интервагал между прохождениями сигналов через экстремумы в двух после,довательно следующих тактах равны друг другу в каждом из каналов Т1о Т1Ъ Т1н. Разность временных интервалов между последовательными прохождениями через экстремумы сигналов в первом и во втором каналах в двух соседних тактовых интервалах при этом равна нулю Т1о - Т1н 0. Смещение рабочей точки модулятора- вправо приводит к тому, что в одном тактовом интервале временной интервал между прохождениями сиг-. налов.через экстремумы увеличива-. ется, в другом, следующем за перI вым - уменьшается.-Для удобства .технической реализации способа (иск лючения необходимости коммутации сигнала с выхода контрольного фотоприемника на два измерителя временных интервалов, уменьшения требований к времени реверса измерителей, развязки сигнальных цепей блоков. устройства) удобно первыйвременной интервал измерять в одном из каналов, а вСледующем такте - в другом, т.е. измерять разность Т1о -. Т При уходе рабочей точки вправо ук занная разность положительна, при уходе влево - отрицательна. Таким образом, информация ополо жении рабочей точки модулятрра извлекается из сравнения временных интервалов между сигналами на вы- ходах анализатора со взаимно ортогональной поляризацией лучей. Поскольку влияние дестабилизирующих факторов (деградация элементов, неодинаковые световые характеристики фотоприемников и др.) приводит к вариациям амплитуды сигналов и не изменяет их временного положения достоверность извлекаемой информаци 0положении рабочей точки увеличивается и соответственно, увеличивается точность стабилизации. 1- . Устройство стабилизации положения рабочей точки модулятора состоит .из лазера 1, поляризатора 2, моду лятора 3, анализатора 4, связанных последовательно оптически. На выходах анализатора 4 на пути лучей со взаимно ортогональной поля ризацией лучей находятся контрольны фотоприемники 5 и 6. Выходы контрол ных фотопри.емников 5 и б через первую к.пючевую схему 7 и вторую ключевую- схему 8 подключены соответственно к первому указателю экстремум 9 и второму указателю экстремума 10 Выходы указателей экстремума 9 и 1Q подключены к измерителям 11 и 12 временных интервалов, выходы которых соединены свычитающим блоком Вычитающий блок 13 через реверсивный цифровой -накопитель 14 связан с преобразователем код-напряжение. 15, выходкоторого соединен с третьим входом аналогового сумматор 16, первый вход которого связан с усилителем 17 модулирующего сигнала, а второй - с блоком 18 управления. Тактирующие аходы измерителей 11 и 12 временных интервалов вычитаюо1его блока 13, реверсивного цифрового накопителя 14 и преобразователя 15 код-напряжение соединены с блоком 18 управления. -Устройство работает следующим образом. Во время паузы в информационном модулирующем сигнале, которая отводится в каждом такте передачи информации из блока 18 управления через аналоговый сумматор 16 на электрический вход модулятора 3 по-: дается положительный перепад напряжения с.величиной 2Uft и длительностью, не превышающей длительность паузы в модулирующем сигнале; Одновременно открывается первая ключевая схема 7, саединя;я первый контрольный фотоприемник 5 спервйм указателем 9 экстремума. За время действия фронта напряжение на модуляторе изменится на удвоенную величину полуволнового . напряжения, при этом прораба:тывает7 ся вся .его характеристика ина выхбдах анализатора появляются сигналы, временное положение моментов смены знака первой производной.которых зависит -от положения рабочей точки модулятора, а на выходе указателя 9 экстремума - импульсы, цо времени совпадающие с моментами смены знакэ первой производн.ой, которые запускают измеритель 11 временных интервалов. Последний производит счет стробирующих импульсов, непрерывно поступающих на -его тактирующий вход с блока 18 управления.После окончания фронта перепада.напряжения ключевая схема 7 закрывается, предотвращая влияние модулирующего сигнала на работу устройства. . В течение следующей паузы в модулирующем сигнале происходит процесс уменьшения, напряжения на модуляторе на удвоенную величину полуволноврго напряжения, т.е. действует отрицательный перепад напряжения. Ё это время открываю.тся перваяключевая схема 7 и вторая ключевая схема 8. Отрицательный перепад напряжения вновь прорабатывает всю характеристику модулятора и на выкодах указателей экстремума появляются импульсы, совпадающие по времени с моментами смены знака первой производной сигналов на выходах анализатора. Импульс .с первого указателя экстремума останавливает первый измеритель 11 временного интервала, одновременно импульс со второго указателя экстремума 10 запускает второй измеритель 12 временного интервала. По окончании перепада напряжения ключевые схемы 5 и б закрываются. Во время действия следующего (положительного/ перепада напряжения открывается втораяключевая схеа и по сигналу второго указателя 10 экстремума останавливается второй измеритель 12.временного интервала. После этого вычитающий, блок 13 производит вычисление разности чисел, Iпоступивших на его входы, которая заносится в реверсивный цифровой накопитель 14. С выхода реверсивного цифрового накопителя 14 поступает информация на преобразователь 15 код- напряжейиё, который вырабатывает корректирующее напряжение, подаваемое через aнaлoз oвый сумматор 16 на электрический вход модулйтора 3. Если после коррекции работая точка мхшуд1ятора находится на нижнем перегибе характеристики, указанные

ВБпие временные интервалы будут одинаковы, в реверсивный цифровой накопитель заносится нуль, состояние его не изменится и на модуляторе поддерживается прежняя величина постоянного напряжения смещения.

Возможные области применения предложенного способа стабилизации положения рабочей точки оптического модулятора и устройства дляр его осуществления: системы передачи информации по оптическим каналам, опти|чёские системы памяти, обработки и отображения информации..

1. Способ стабилизации положения рабочей точки оптического модулятора, заключающийся в том, что в течение, пауз в модулирующем сигнале . на электрический вход модулятора по-: -дают испытательные сигналы, сравнивают сигналы.с двух контрольных . фотоприемников, установленных на выходах, анализатора на пути лучей со взаимно ортогональной поляризацией, .стабилизируют положение рабочей точки модулятора, от л и ч а ю щ и й-с я тем, что, с целью .повышения точ:ности И надежности стабилизации пу.тем повышения достоверности получаембй- информации о положении рабочей точки модулятора, подают испытательные сигналы в виде чередующихся по.ложитель.ных и отрицательных перепадов напряжения с величиной, .равной удвоенному полуволновому-, нагтряжению модулятора, а стабилизацию положения рабочей ТОЧКИосуществля. ют по разности временных интервалов между последовательными прохож- дениями через положительные и- отрицательные экстремумы сигналов. 2. Устройство для стабилизации положения рабочей точки рптическо-.-. го модулятора, состоящее из последовательно оптически связанных , поляризатора, модулятора, анали-г затора, первый выход которогосвязан с первым контрольным фотоприем- НИКОМ, второй - через светоделитель со вторым контрольным фотопрйемником, выходы контрольных фотоприем- НИКОВ подключены к первой и второй ключевым схемам, управляющие входы которых соединены с блоком управления, а также усилителя модулирующего сигнала связанного с первым вх.огдом аналогового сумматора, второй S вход которого подк 1ючен к блоку управления, а выход - к электрическому входу модулятора,, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надеж- . ности стабилизации путем повышения достоверности получаемой информации о положении рабочей точки модулятора, дополнительно введены два указателя экстремума, -два измерителя временных интервалов/ вычитающий блок, реверсивный цифровой накопитель и преобразователь код-напряжение, причем входы первого и второго, указателей экстремума подключены со- . ответственно к выходам первой и вто рой ключевых схем, выходы - через первый и второй измерители временных интервалов - соответственнок перво--. му и второму входам вычитакадего 6ло ка, вход которого через реверсивный -ци5 рЬв6й накопитель и преобразователь код-напряжение связан с третьим вхо- . дом аналогового сумматора, а тактирующие входы измерителей, временных ИИтервалов, вычитающего блока, реверсивного цифрового накопителя и преобразователя код-напряжение подключены к блоку управления, , .

Л

г t

Фи2Л