Аналоговое волоконно-оптическое передающее устройство Советский патент 1992 года по МПК H04B10/12 

(Л

С

Изобретение относится к оптоэлектро- нике и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи аналоговой информации. Цель- повышение помехоустойчивости путем исключения нелинейных искажений. Устройство содержит торцевой светодиод 1, усилитель накачки 2, фотодиод 3, усилитель фототока 4, оптический ответвитель 5, микрохолодильник Пельтье 6, генератор 7 синусоидального сигнала, нелинейный элемент 8, полосовые фильтры 9 и 10, перемножитель 11, усилитель 12 и сумматор 13. 3 ил.

Фи&1

х| О

S

Изобретение относится к оптоэлектро- нике и может быть использовано в волокон- но-оптических системах передачи аналоговой информации, реализованных на принципе прямой модуляции излучателя передаваемым аналоговым сигналом.

Известно аналоговое волоконно-оптическое передающее устройство, содержащее усилитель накачки, излучатель, фотодиод обратной связи с усилителем фототока и подключенный к излучателю волоконно-оптический ответвитель, причем усилитель фототока соединен с входом усилителя накачки таким образом, чтобы была образована отрицательная оптическая обратная связь (заявка ФРГ № 3726243, кл. Н 01 S3/10, 1989).

Недостатком известного устройства является малая пропускная способность организованного с его помощью канала связи, обусловленная повышенным уровнем нелинейных искажений из-за малых запасов устойчивости в широкополосных системах с цепями общей отрицательной обратной связи.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является волоконно- оптическое передающее устройство, содержащее полупроводниковый лазер, микрохолодильник Пельтье, усилитель накачки, фотодиод обратной связи, полосовой оптический фильтр и три схемы обработки (Заявка ФРГ № 3542090, кл. Н 01 S 3/10, 1987). Наличие схем обработки, контролирующих уровень лазерных шумов и рассогласования излучаемой лазером длины волны от центральной частоты полосы пропускания фильтра позволяет установить такую постоянную составляющую прямого тока через полупроводниковый лазер, чтобы достичь стабильности длины волны не хуже

ю;9.

Недостатком известного устройства является невозможность его применения для линеаризации амплитудной характеристики аналоговых волоконно-оптических передающих устройств, в качестве излучателей которых использован торцевой светодиод диапазона 1,3 мкм. Это обусловлено отсутствием в известном устройстве цепей линеаризации амплитудной характеристики и применения в качестве регулирующей величины уровня лазерных шумов.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости аналогового волоконно-оптического передающего устройства на торцевом светодиоде диапазона 1,3 мкм путем исключения нелинейных искажений.

Для достижения поставленной цели в аналоговое волоконно-оптическое передающее устройство, содержащее последовательно соединенные усилитель накачки, торцевой светодиод диапазона 1,3 мкм и оптический ответвитель, первый выход которого является выходом устройства, после- довательно соединенные фотодиод обратной связи и усилитель фототока, причем второй выход ответвителя соединен с входом фотодиода, и микрохолодильник

0 Пельтье, на котором установлен торцевой светодиод, введены последовательно соединенные генератор синусоидального сигнала, нелинейный элемент, первый полосовой фильтр, настроенный на вторую

5 гармонику частоты генератора, перемножитель и усилитель тока, а также сумматор и второй полосовой фильтр, настроенный на вторую гармонику частоты генератора. Выход усилителя фототока через второй поло0 совой фильтр соединен с вторым входом перемножителя, выход усилителя тока соединен с управляющим входом микрохолодильника Пельтье, выход генератора синусоидального сигнала соединен с пер5 вым входом сумматора, выход которого соединен с входом усилителя накачки. Второй вход сумматора является входом устройства, а частота генератора синусоидального сигнала выше верхней частоты спектра ин0 формационного сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого аналогового волоконно- оптического передающего устройства; на фиг. 2 - полученные авторами энергетиче5 ские характеристики торцевого светодиода диапазона 1,3 мкм, измеренные при различных температурах кристалла; на фиг. 3 - осциллограммы сигналов в различных точках схемы аналогового волоконно-оптиче0 ского передающего устройства.

Аналоговое волоконно-оптическое передающее устройство содержит торцевой светодиод 1, усилитель накачки 2, фотодиод 3 обратной связи с усилителем фототока 4,

5 оптический ответвитель 5, микрохолодильник Пельтье 6, генератор 7 синусоидального сигнала, нелинейный элемент 8, первый 9 и второй 10 полосовые фильтры, которые настроены на вторую гармонику генератора 7,

0 перемножитель 11 аналоговых сигналов, усилитель 12 тока через микрохолодильник Пельтье 6-и сумматор 13 сигнала генератора 7 и входного сигнала устройства.

Устройство работает следующим обра5 зом.

Одночастотный сигнал (диаграмма 1 на фиг. 3) с выхода генератора 7 поступает на вход усилителя накачки 2 и на нелинейный элемент 8, в качестве которого может быть использован обычный полупроводниковый

диод. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода в независимости от температуры его кристалла имеет вид выпуклой книзу функции, в силу чего при установке рабочей точки в области прямых токов вторая гармоника сигнала на нелинейном элементе 8, снимаемая с выхода первого полосового фильтра 9, будет иметь вид, изображенный на диаграмме 2 фиг. 3.

Характер выпуклости функции, описывающей энергетическую характеристику торцевых светодиодов диапазона 1,3 мкм (система GaAIAsP), определяют процессы температурной зависимости коэффициента усиления спонтанных фотонов в толще структуры и интенсивности безызлучатель- ной Оже-рекомбинации. При этом по мере снижения температуры коэффициент усиления спонтанных фотонов растет и энергети- ческая характеристика становится суперлинейной, т.е. приобретает вид выпуклой книзу функции. По мере увеличения температуры начинает возрастать скорость Оже-рекомбинации и энергетическая характеристика становится сублинейной, т.е. принимает вид выпуклой кверху функции. Для светодиодов с рабочей длиной волны 1,3 мкм Оже-рекомбинация начинает проявлять себя при температурах свыше 270 К и температура, при которой рассматриваемые механизмы компенсируют друг друга, будет лежать внутри интервала рабочих температур. Вид энергетической характеристики торцевого светодиода диапазона 1,3 мкм в зависимости от температуры его кристалла изображен на рис. 2.

Предлагаемое устройство использует это обстоятельство для минимизации нелинейных искажений и повышения помехоустойчивости. Для этого выходной сигнал генератора 7 поступает на первый вход сумматора 13 и вместе с поступающим на второй вход сумматора 13 информационным сигналом после усиления в усилителе накачки 2 модулирует интенсивность излучения светодиода 1. Для устранения влияния информационного сигнала на работу устройства частота генератора синусоидального сигнала выбрана выше верхней частоты спектра информационного сигнала.

Часть выходного оптического сигнала светодиода 1 проходит через оптический от- ветвитель 5 и поступает на фотодиод 3 обратной связи. Протекающий через фотодиод 3 фототек, пропорциональный выходного сигналу светодиода 1, усиливается усилителем 4 и поступает на вход второго полосового фильтра 10, настроенного, также как и первый полосовой фильтр 9, на

вторую гармонику частоты генератора 7 синусоидального сигнала. Если температура ti кристалла светодиода 1 ниже оптимальной температуры t2, при которой нелинейные

искажения сигнала минимальны, то энергетическая характеристика светодиода 1 имеет вид выпуклой книзу функции и сигнал на выходе второго полосового фильтра 10 имеет вид, изображенный на диаграмме 4 фиг.

0 3. В результате перемножения обоих сигналов на выходе перемножителя 11 появится положительное напряжение. Это напряжение поступает на управляющий вход усилителя 12 тока через микрохолодильник

5 Пельтье, происходит уменьшение тока через микрохолодильник и последующий нагрев кристалла светодиода 1 до оптимальной в смысле минимума нелинейных искажений температуры t2

0 В том случае, если температура ts кристалла светодиода 1 выше оптимальной, сигнал на выходе второго ПОЛОСОБОПЭ фильтра 10 имеет вид, изображенный на диаграмме 3 фиг. 3. На выходе перемножителя

5 возникает отрицательное напряжение, ток через микрохолодильник возрастает и происходит охлаждение кристалла до оптимальной с точки зрения минимума нелинейных искажений температуры t2.

0 Тем самым предлагаемое аналоговое волоконно-оптическое передающее устройство позволяет получить минимальные нелинейные искажения передаваемого сигнала в широком диапазоне рабочих тем5 ператур, увеличить помехоустойчивость и достичь поставленной цели.

Формула изобретения Аналоговое волоконно-оптическое передающее устройство, содержащее после0 довательно соединенные усилитель накачки, торцевой светодиод и оптический ответвитель, первый выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные фотодиод обратной связи и

5 усилитель фототока, второй выход ответви- теля соединен с входом фотодиода, и микрохолодильник Пельтье, торцевой светодиод расположен на микрохолодильнике Пельтье, отличающееся тем, что,

0 с целью снижения внеполосных излучений, введены последовательно соединенные генератор синусоидального сигнала, нелинейный элемент, первый полосовой фильтр,

5 настроенный на вторую гармонику частоты генератора синусоидального сигнала перемножитель и усилитель тока, сумматор и второй полосовой фильтр, настроенный на вторую гармонику частоты генератора синусоидального сигнала, выход усилителя фототока через второй полосовой фильтр

соединен с вторым входом перемножителя, выход усилителя тока соединен с управляющим входом микрохолодильника Пельтье, выход генератора синусоидального сигнала соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом сумматора,

Редактор О.Стенина.

Составитель А.Семенов Техред М.Моргентал

выход которого соединен с входом усилителя накачки, второй вход сумматора является входом устройства, причем частота генератора синусоидального сигнала выше верхней частоты спектра информационного сигнала.

Ј

Ф,

S.3

Корректор А.Долинич