Устройство регулирования режима электрооптического модулятора Советский патент 1989 года по МПК G02F1/03 

Изобретение относится к опто- электронике и может быть использовано в оптических системах передачи, обработки и отображения информации.

Целью изобретения является повышение точности и надежности регулирования режима злектрооптического модулятора за счет сравнения электрических сигналов в каналах обработки для обыкновенного и необыкновенного лучей.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы.

Устройство регулирования режима . электрооптического модулятора содержит источник 1 оптического излучения, электрооптический модулятор 2, усилитель 3 модулирующего сигнала, светоделитель 4, двулучепреломляющую призму 5, первый фотоприемник 6, второй фотоприемник 7, первый усилитель 8, второй усилитель 9, первый интегратор 10, второй интегратор 11; дифференциальный усилитель 12, инвертирующий усилитель 13, первьй компаратор 14, второй компаратор 15, тактовьй генератор 16, первьй элемент И 17, второй элемент И 18, ре- версивньй счетчик 19, цифроаналого- вьй преобразователь 20, блок 21 коррекции, источник 22 напряжения смещения .

СП

;о

эо

о

00

На фиг.2 приведены: а - характеристика модулятора по отношению к сигналу, поляризация которого совпадает с поляризацией на входе (обыновенному лучу), которьй выводится на первом выходе двулучепреломляющей призмы, б - характеристика модулятора по отношению к сигналу с поляризацией, ортогональной поляризации входного сигнала (необыкновенному лучу), которьш выводится на втором выходе двулучепреломляющей призмы, в - модулирующий сигнал, г - сигнал на перво выходе двулучепреломляющей призмы, д - сигнал на втором выходе двулучепреломляющей призмы.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии модулирующий сигнал, усиленньй усилителем 3, поступает на первьй вход электрооптического модулятора 2. Рабочая точка модулятора находится на середине линейного участка характеристики, что соответствует равенству средних значений сигналов на обоих выходах дву- Л5 епреломляющей призмы 5. Двулуче- преломляющая призма 5 осуществляет .одновременно преобразование поляризационной модуляции в амплитудную и разделение сигнала (фиг.2).

Термически наведенное двулучепре- ломление кристалла электрооптическог модулятора приводит к дополнительному фазовому сдвигу между ортогонально поляризованными составляющими луча на выходе модулятора. Это вызывает уменьшение (либо увеличение) сигнала на одном из выходов двулучепреломляющей призмы 5 и увеличение (либо уменьшение) оптического сигнала на другом. Оптические сигналы на выходе двулучепреломляющей призмы 5 описываются формулами К 1 для одного выхода и К IQ для другого вькода (Ig исходная интенсивность оптического сигнала, tf - разность фаз между взаимно-ортогонально поляризованными составляющими оптического луча, К - коэффициент, учитывающий ослабление интенсивности исходного оптического сигнала) ..

Оптические сигналы двулучепрелом- ляшщей призмы 5 преобразовываются фотоприемниками 6 и 7 в электрические сигналы, которые усиливаются усилите0

5

0

5

зо

5

0

5

0

5

лями 8 и 9 и интегрируются интеграторами 10 и 11.

Если рабочая точка модулятора 2 . находится в середине линейного участка характеристики модулятора, что соответствует сдвигу ее на характеристике на 45 , то входные сигналы для дифференциального усилителя 12 равны и сигнал на выходе его равен 0.

Выходные сигналы компараторов 14 и 15 поэтому соответствуют уровню логического О. Вследствие этого г элементы И 17 и 18 не пропускают импульсы тактового генератора 16 на входы реверсивного счетчика 19, счетчик 19 не изменяет своего состояния, остаются неизменными выходные сигналы аналого-цифрового преобразователя 20 и блока 21 коррекции.

Если в результате воздействия дестабилизирующих факторов рабочая точка изменяет свое положение, средние значения сигналов на выходах двулучепреломляющей призмы 5 не будут равны.

Дифференциальный усилитель 12 выдает на своем выходе электрический . сигнал, пропорциональньш смещению i. рабочей точки (фиг.2). При отрицательном выходном сигнале дифференциального усилителя 12, превьтаюцем по модулю напряжение смещения Uj., компаратор 14 переключится и на его выходе появится уровень логической 1, которьй разрешит прохождение импульсов с тактового генератора 16 через элемент И 17 на вход прямого счета реверсивного счетчика 19. Цифровой код реверсивного счетчика 19 преобразуется в аналоговьй сигнал при помощи цифроаналогового преобразователя 20. Блок 21 коррекции, являющийся по сути масштабирующим усилителем приводит выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 20 в соответствие с требованием полного управления электрооптическим модулятором 2. Это означает, что максимальному вьходному напряжению цифроаналогового преобразователя 20 будет соответствовать напряжение на выходе .блока 21 коррекции, превышающее или равное. 2Vjf, где Uj - полуволновое напряжение кристалла электрооптического модулятора. Появившееся на выходе блока 21 коррекции корректирующее напряжение возвратит рабочую точку

модулятора на середину линейного участка. Средние уровни оптических сигналов на входах фотоприемников 6 и 7 станут равны. Выходной сигнал дифференциального усилителя 12 станет равным О, компаратор 14 переключится, и его выходной сигнал будет соответствовать уровню логического О. Поступление импульсов через элемент И 17 на вход реверсивного счетчика 19 прекратится и на его выходах будет присутствовать цифровой код, соответствующий корректирующему напряжению, необходимому для компенсации термически наведенного двулучепре- ломления.

При положительном выходном сигнал дифференциального усилителя 12, превышающем ,, компаратор 15 изменит свое состояние и на его выходе появися сигнал, соответствующий уровню логической 1, которьй разрешит прохождение импульсов тактового генератора 16 через второй элемент И 18 на вход обратного счета реверсивного счетчика 19. Уменьшение содержимого реверсивного счетчика 19 будет продолжаться до тех лор, пока.рабочая точка не возвратится на середину линейного участка характеристики модулятора.

В случае монотонного изменения температуры кристалла содержимое ре- версивного счетчика 19, например,будет возрастать до наполнения, а с приходом следующего импульса содержимое счетчика обнулится. Это приводит к уменьшению корректирующего напряжения на втором входе электро- оптического модулятора 2 на величину 2 U.JJ..

Так как характеристика модулятор имеет периодичньй характер в зависимости от управляющего напряжения, то такое уменьшение не приводит к изменению положения рабочей точки.

Если изменение температуры носит обратный характер, то содержимое / . .i- счетчика уменьшается до нуля, а с приходом следующего импульса содержимое счетчика станет максимальным, что соответствует скачкообразному переходу корректирующего напряжения с О до 2 и. Такой переход не повлияет на положение рабочей точки.

Для того, чтобы устранить дребезжание корректирующего напряжения относительно уровня, необходимого

0

5

0

5

0

5

0

для компенсации воздействия дестабилизирующих факторов, введены два компаратора 14 и 15 и инвертирующий усилитель 13.

Напряжение U., подаваемое на первьй вход первого коьшаратора 14, и напряжение -UcM подаваемое на первьй вход второго компаратора 15 после инвертирующего усилителя 13, формируют интервал напряжений, при условии входимости в которьй выходного напряжения дифференциального усилителя 12 счетчик 19 не будет изменять своего состояния и корректирующее напряжение не меняться. введение зоны нерегулирования не влияло на точность регулирования режима, необходимо ее величину задавать на уровне шумов, создаваемых оптическими, фотоприемными и электрическими трактами устройства.

При уходе рабочей точки от первоначального положения, соответствую- щего середине линейного участка характеристики электрооптического модулятора, интенсивность света на входе фотоприемника, оптически связанного с выходным лучом модулятора, изменится на величину & Ijj. Данное изменение интенсивности вызывает дифференци- альньй сигнал на выходе дифференциального усилителя К MQ. Такой же уход рабочей точки в предлагаемом устройстве вызывает уменьшение интенсивности на одном из входов дву- лучепреломляющей призмы на величину ilo и увеличение интенсивности на величину UIo на другом выходе призмы.

На выходе дифференциального уси- . лителя появится сигнал 2Ыо, т.е. при одинаковом уходе рабочей точки вькодной сигнал дифференциального 5 усилителя в предлагаемом устройстве будет в два раза больше сигнала дифференциального усилителя в ;известном устройстве.

Повышение точности устройства достигается за счет п-овьш1ения чувствительности путем уменьшения погрешностей, возникаюш 1х в устройстве. Так, формирование корректирующего напряжения производится путем сравнения электрических сигналов в каналах, имеющих одинаковые частотные характеристики. На фотоприемники обоих каналов поступают оптические сигналы, формируемые после выхода электрооп0

5

тического модулятора, что позволяет учесть в обоих каналах наличие постоянной составляющей модулирующего сигнала. Повьшепие надежности регулирования достигается тем, что для компенсации воздействия дестабилизирующих факторов, имеющих широкий диапазон изменений, достаточно корректирующего напряжения порядка двух полуволновых напряжений, так как устройство регулирования использует периодичность характеристики пропускания электрооптического модулятора.

В устройстве диапазон изменения температуры кристалла модулятора ограничен температурой фазовых переходов и лежит в пределах от комнатной температуры до сотен и тысяч граду- сов Цельсия.

Формула изобретения

Устройство регулирования режима электрооптического модулятора, состоящее из расположенных последовательно и оптически связанных источника оп Гического излучения, электро- оптического модулятора и светоделителя, источника напряжения смещения, дифференциального усилителя, первый вход которого соединен с последовательно связанными первым интегратором, первым усилителем, первым фотоприемником, а второй вход соединен с Последовательно связанными вторым интегратором, вторым усилителем, вто рым фотоприемником, первый электрический вход электрооптического модулятора соединен с усилителем модулирующего сигнала, а второй электрический вход электрооптического моду

to

15

20

25

30

35

40

лятора связан с выходом блока коррекции, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности регулирования режима электрооптического модулятора за счет сравнения электрических сигналов в каналах обработки для обыкновенного и необыкновенного лучей, введены дву- лучепреломляющая призма, инвертирую- . ищи усилитель, первьй и второй компараторы, первьй и второй элементы И, тактовый генератор, реверсивньй счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход которого связан с входом блока коррекции, а входы подключены к выходам реверсивного счетчика, причем вход прямого счета реверсивного счетчика соединен с выходом первого элемента И, первьй вход которого подключен к выходу первого компаратора,вход обратного счета реверсивного счетчика соединен с выходом второго элемента И, первьй вход которого подключен к выходу второго компаратора, которьй соединен по первому входу с выходом инвертирующего усилителя, вход которого связан с источником напряжения смещения и первым входом первого компаратора, выход дифференциального уси.- - лителя соединен с вторым входом первого компаратора и вторым входом вто- . рого компаратора, а вторые входы перг вого и второго элементов И подключены к выходу тактового генератора,причем вход двулучепреломляющей призмы оптически связан с выходом светоделителя, первьй выход оптически связан с первым фотоприемником, второй вы- ход оптически связан с вторым фото- приемником.

±,Л

Т5

Г

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в оптических системах передачи, обработки и отображения информации. Целью изобретения является повышение точности и надежности регулирования режима электрооптического модулятора за счет сравнения электрических сигналов в каналах обработки для обыкновенного и необыкновенного лучей. Формирование корректирующего напряжения производится путем сравнения электрических сигналов в каналах, имеющих одинаковые частотные характеристики, но принимающих и обрабатывающих обыкновенный и необыкновенный лучи после их прохождения через электрооптический модулятор и разделения двулучепреломляющей призмой. В устройство введены двулучепреломляющая призма, инвертирующий усилитель, два компаратора, два элемента И, тактовый генератор, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь. 2 ил.

/V

/7

/5

W

16

-Ф

20

9 I

;

Фиг.2