Волоконно-оптическая система связи Советский патент 1992 года по МПК H04B10/12 

Я 8мо0

Изобретение относится к средствам связи, а именно к волоконно-оптическим системам передачи информации с частотным уплотнением информационных каналов. Цель- упрощение системы связи при сохранении диапазона рабочих температур. Система содержит лазер 1, источник 2 сигналов, волоконно-оптическую линию 3, блок 4 синхронизации и согласующую оптику 5. делитель 6 частоты на два, усилитель 7, пьезопреобразователи 8 и 10. акустооптиче- ский модулятор 9, полосовой фильтр 11, поляризатор 12 и фотоприемники 13. 2 ил.

х4

io

х|

ю

Изобретение относится к средствам связи, а именно к волоконно-оптическим системам передачи информации с частотным уплотнением информационных каналов, и может быть использовано в качестве муль- типлексора-демультиплексора.

Известна оптическая многоканальная система с частотным разделением информационных каналов, в которой несущие колебания формируются на выходе управляющего генератора, генерирующего сигнал с частотой f0, и подаются в акустооптический модулятор, работающий в режиме Рамана- Ната. На электрический вход этого модулятора подается сигнал с частотой f. В результате взаимодействия на выходе модулятора формируются оптические сигналы с частотами f0-2f, f0-f, fo, fo+f. fo+2f. Эти сигналы в соответствующих модуляторах модулируются передаваемыми сообщениями и затем с помощью ответвителя подаются в волоконно-оптическую линию связи, через которую поступают в приемную часть системы. Другая часть оптического сигнала, генерируемого лазером, также подается по отдельной линии на вход приемной части системы, в которой с помощью второго аку- стооптического модулятора, работающего в режиме Брэгга, сдвигается по частоте на величину, равную промежуточной. С оптического выхода второго модулятора световой сигнал подается на третий акустооптический модулятор, работающий в режиме Рамана-Ната. С выхода третьего модулятора сформированные световые сигналы пяти частот подаются на фотоприемники, куда также подаются передаваемые входные сигналы, предварительно прошедшие второй световой делитель. С выходов фотоприемных устройств снимаются сигналы каждого из уплотненных каналов.

Недостатком оптической системы является конструктивная сложность и значительное энергопотребление, что обусловлено применением в ее составе трех акусто- оптических модуляторов, и как следствие ограниченный диапазон рабочих температур. Узость диапазона рабочих температур объясняется зависимостью параметров аку- стооптических модуляторов на бегущих вол- нах от температуры. При изменении температуры в упомянутых модуляторах изменяется угол дифракции, а, следовательно, изменяются и амплитуда передаваемых сообщений, перекрестные искажения и т.д.

Известен акустооптический мультиплексор и демультиплексор, содержащий лазер, на выходе которого формируется последовательность излучаемых импульсных сигналов, а также устройство отклонения

луча, управляемое периодической последовательностью сигналов, характеристики которых обеспечивают определенную последовательность положений луча в пространстве

благодаря чему осуществляется передача импульсных сигналов в заданной периодической последовательности от общего канала к пространственно разделенным каналам, в каждом из которых имеется уси0 литель лазерного излучения. В данном устройстве процесс переключения каналов является последовательным.

Недостатком устройства также является зависимость параметров применяемого

5 ак стооптического модулятора на бегущих волнах от температуры.

На фиг. 1 приведена схема устройства- прототипа; на фиг 2 - структурная схема предлагаемой системы связи.

0Устройство оптической связи содержит

последовательно включенные модулируемый лазер 1, на управляющий вход которого включен первый выход источника 2 сигналов, волоконно-оптическую линию 3, согла5 сующую оптику 5, акустооптический модулятор 7 в режиме стоячих волн, вход пьезопреобразователя 6 которого соединен с вторым выходом источника сигналов через устройство 4 синхронизации, а оптический

0 выход акустооптического модулятора через поляризатор 10 нагружен на фотоприемные устройства 11, число которых равно числу передаваемых входных сигналов. В устройстве оптической связи акустооптический

5 модулятор помещен в управляемый термостат 8, постоянство температуры в котором поддерживается с помощью устройства 9 управления. Необходимость использования термостата в устройстве объясняется боль0 шим энергопотреблением ( 1 Вт) акустооптического модулятора и соответственно значительным тепловыделением. Такое устройство отличается громоздкостью и технологической сложностью, которая вызвана

5 необходимостью обеспечения оптически прозрачных окон в термостате.

Целью изобретения является упрощение волоконно-оптической системы связи и сохранение при этом диапазона рабочих

0 температур.

Указанная цель достигается тем, что в волоконно-оптическую систему связи, содержащую последовательно включенные источник сигналов, соединенный с устрой5 ством синхронизации, лазер, на управляющий вход которого включен выход источника сигналов, волоконно-оптическую линию, согласующую оптику, акустооптический модулятор, оптический выход которого через поляризатор нагружен на фотоприемные устройства, в электрическую цепь аку- стооптического модулятора дополнительно введены последовательно соединенные второй пьезопреобразователь, усилитель, полосовой фильтр и делитель на два, причем коэффициент передачи к этой цепи удовлетворяет условию К 1, один из выходов делителя на два включен на вход первого пьезопреобразователя, а второй его выход включен на вход устройства синхронизации.

Система связи содержит лазер 1, источник 2 сигналов, волоконно-оптическую линию 3, устройство 4 синхронизации, согласующую оптику 5, делитель 6 на два, усилитель 7, пьезопреобразователи 8 и 10, акустооптический модулятор 9, полосовой фильтр 11, поляризатор 12, фотоприемные устройства t3

В предлагаемом устройстве при изменении температуры изменяется скорость распространения звука в теле акустоопти- ческого модулятора (АОМ) и как следствие изменяется угол дифракции, интенсивность света (сигнала) в информационных каналах, уровень перекрестных искажений и т.д., что компенсируется использованием термостата

Проанализируем более подробно температурные условия работы предлагаемой системы связи, в которой вообще не применяется термостат В устройстве-прототипе угол дифракции вд с изменением температуры Т изменяется как

d Ug л d A/d Т/j UVQ/VJI

j -т- - go-f- ao - TT--

d V0/d T ° V7

(1)

где вд0 стационарный угол Брэгга V0 - скорость распространения звука в акусто- оптическом модуляторе, Из (1) следует, что температурная нестабильность угла дифракции противоположна по знаку нестабильности скорости звука

d(99 j d V0

dT

V0 dT

Для большинства современных акустоопти- ческих материалов температурный коэффициент скорости звука составляет 2 10 , что требует в устройстве-прототипе термостабилизации АОМ

В предлагаемой системе связи АОМ включен в цепь акустоэлектронного генератора. Эта цель включает в себя первый и второй пьезоэлектрические преобразователи на звукопроводе акустооптического модулятора, причем первый пьезопреобразователь через делитель на два, фильтр и усилитель соединен с вторым пьезопреоб- разователем. При условии, когда усиление усилителя превышает потери, вносимые всей электрической цепью АОМ, возникает генерация на частоте, задаваемой узкополосным фильтром. Частота генерации ff удовлетворяет условию

10

2я1уу-+р 2яЫ

(2)

где I - протяженность звукопровода АОМ, - сдвиг фазы в электронной цепи усилителя и пьезопреобразователей: N - номер генерируемой моды.

Для определенной моды с высоким номером N 1 с учетом того, что р 2 я , из (2) получим для длины волны звука, гене- рируемого в кристалле

Аг - cttnst

VoI

т е независимость пространственного периода звуковой волны, а следовательно и угла дифракции от температуры Фактически это означает, что из-за температурной зависимости V0 в устройстве будет изменяться частота генерации, но не длина звуковой волны Для того, чтобы обеспечить в предлагаемом устройстве связи постоянство уровня перекрестных искажений сигнал синхронизации подается не от источника

сигналов, как в известном устройстве а наоборот сигнал, генерируемый в электрической цепи АОМ. через делитель на два и устройство синхронизации синхронизирует работу источника сигналов

Волоконно-оптическая система связи

работает следующим образом

Подлежащие передаче сигналы подаются на входы источника 2 сигналов, в котором они дискретизируются и преобразуются во

временную последовательность импульсов, подаваемую на модуляционный вход лазера 1 Лазером 1 последовательность электрических импульсов преобразуется в оптическую последовательность и вводится в

волоконно-оптичекую линию 3, по которой собственно и происходит передача информации На поиемной части системы связи от волоконно-оптической линии 3 с помощью согласующей оптики 5 световая последовательность импульсов подается на акустооптический модулятор 9, работающий в режиме стоячих волг. Если оптическое излучение, генерируемое лазером 1, имеет линейную поляризацию, то по системе

возможна передача двух сообщений, если же ортогональную, то возможна передача четырех сигналов. Возможна передача шести сообщений. При подаче на АОМ 9 свето- вого сигнала с ортогональной поляризацией модулятор разделяет его вначале на два: одна последовательность световых импульсов идет по направлению порядка дифракции, а вторая -поо порядку. Затем эти два световых потока с помощью поляризатора 12 подразделяются еще на два и после поляризатора 12 они подаются на фотоприемные устройства 13. с выхода которых снимаются передаваемые электрические сигналы,

АОМ 9 на стоячих акустических волнах совместно с последовательно соединенными пьезопреобразователями 8 и 10, усилителем 7, фильтром 11 и делителем 6 на два представляют собой акустооптический генератор (АОГ).

Возбуждение АОГ имеет место, если коэффициент передачи этой последовательной цепи превышает единицу. В этом случае АОГ самовозбуждается на частоте, задаваемой узкополосным фильтром 11. Для падающего на АОМ 9 оптического сигнала стоячая звуковая волна в теле модулятора представляет собой дифракционную решетку, на которой дифрагирует свет. Угол дифракции #до зависит от периода решетки, т.е. от частоты возбуждения АОГ. Таким образом происходит разделение оптического сигнала на +1 и 0 порядка и соответственно на а и б информационные каналы. Дополнительно каждый из этих каналов в предлагаемой системе, как отмечалось разделяется 1 еще на два, т.е. на каналы д1. а2 и каналы 61 и 62. Мощность генерируемого АОГ сигнала делителем 6 делится на две части: Одна часть подается на первый пьезопреобразо- ватель 8, а другая подается на устройство 4 синхронизации, которое представляет собой в данном случае делитель частоты, согласующий частоту АОГ с тактовой частотой следования световых импульсов в источнике 2 сигналов. Отметим, что в предлагаемом устройстве сигнал АОГ является источни- ком для устройства 4 синхронизации. В волоконно-оптической системе связи в качестве лазера могут использоваться промышленные лазеры с модулируемой добротностью типов ЛГИ-219. ЛГИ-207, ИЛПИ-203, ИЛПИ-205 и др.

В этих лазерах модуляция осуществляется с помощью акустооптических модуляторов типа МЛ-202. Перечисленные промышленные лазеры только в принципиальном плане могут использоваться в предлагаемой системе. Их модулирующие частоты сравнительно невелики, и, кроме того, период следования световых импульсов сравнительно велик.

В источнике сигналов подаваемые сигналы с п параллельных каналов преобразуются с помощью мультиплексора в импульсную последовательность п-кратной частоты с последовательно распределенной

0 во времени информацией отдельных каналов.

Волоконно-оптическая линия может быть выполнена как на основе одномодово- го волокна типа Камея, так и на основе

5 многомодового волокна типа КВСП.

Акустооптический модулятор может быть выполнен на основе таких материалов как PbMoOi, LINbOa и ТеОа. Устройство 4 синхронизации в простейшем случае может

0 представлять собой делитель или умножитель частоты, генерируемой акустооптиче- ским генератором. Делитель 6 на два является обычным СВЧ элементом, параметром, подвергающимся делению, являет5 ся мощность сигнала. Делитель обеспечивает необходимый коэффициент передачи АОГ.

Полосовой фильтр 11 и усилитель 7 также являются традиционными элементами

0 СВЧ-техники. В качестве усилителя 7 в предлагаемой системе могут использоваться промышленные модули типа М42120, М42118 и другие. Входящие в устройство оптические элементы 5 и 12 также могут

5 быть реализованы на основе обычных оптических элементов.

В качестве фотоприемных устройств могут быть использованы как единичные фотодиоды типа ЛФД, так и фотолинейки типа

0 ФПУ-14идр.

Использование предлагаемой волоконно-оптической системы связи дешевле и проще по сравнению с системой связи, имеющей термостат.

5 Для поддержания постоянных температур в термостатических камерах необходимы как нагревающие, так и охлаждающие устройства. Кроме того, термостатирование воздуха в камере может достигаться различ0 ными способами: непосредственным или косвенным, в зависимости от диапазона температур (только положительных, только отрицательных или от отрицательных до положительных). В связи с этим применяются

5 и различные термостатирующие среды {жидкость, воздух и прочие). Как сам термостат, так и система его жизнеобеспечения довольно сложные и громоздкие технические устройства. Кроме того, ввиду необходимости обеспечения прохождения через

термостат оптических лучей (ввод в модулятор и вывод из него), термостат должен иметь два прозрачных окна. В этом случае возрастают требования по герметизации термостата с целью исключения запотевания окон и изменения их прозрачности, что может привести к отказу в работе системы.

Устройство с термостатом может быть использовано только для научных экспериментальных исследований, так как практическая реализация его в стандартизированных корпусах бортовой РЭА невозможно.

Предлагаемое техническое решение позволяет не просто упростить устройство, но и обеспечить его работоспособность в широком диапазоне температур методами более простыми и технологичными, чем в прототипе. Дополнительно введенные при этом усилитель, фильтр и делитель на два являются устройствами - микросборками, хорошо освоенными в серийном изготовлении.

б ход

Формула изобретения Волоконно-оптическая система связи, содержащая последовательно соединенные источник сигналов, лазер, волоконно-оптическую линию, согласующую оптику, акусто- оптический модулятор, соединенный первым пьезопреобразователем, поляризатор, выходы которого соединены с фотоприемниками, отличающаяся тем, что, с

целью упрощения системы связи при сохранении диапазона рабочих температур, введены блок синхронизации и последовательно соединенные второй пьезопреоб- разователь, присоединенный к оптическому

выходу акустооптического модулятора, усилитель, полосовой фильтр и делитель на два, первый выход которого соединен с входом первого пьезопреобразователя, второй выход делителя ца два соединен с входом блока синхронизации, выход которого соединен с входом синхронизации источника сигналов.

ю