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

,

Ш 1Л

.ф

J.S4THT Н7Н7

со

с

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам связи, сбора и передачи данных. Цель-повышение надежности, Система содержит лазер 1 с возможностью генерации двух мод с частотами fi и h и ортогональными поляризациями, блок согласования поляризаций 2, микрообъективы 3, одномодовое анизотропное волокно 4, фазовые модуляторы 5 и датчик информации 6. 1 ил.

VI о

Os

Изобретение относится к волоконно-оптическим линиям связи, сбора и передачи данных.

Известны волоконно-оптические линии сбора и передачи данных с безразрывным вводом информации, содержащие источник когерентного излучения, оптическое волокно, модуляторы фазы оптического излучения, фотодетектор и усилитель (патенты США № 4115753, 4162397, 4193130, 4238856,4297887,4313185,4320475 и Великобритании №2019561, 2020419 и 2096762). Им присущ недостаток- неконтролируемое затухание сигнала (фединг сигнала), которое есть результат воздействия на оптическое волокно окружающей среды.

Известна также волоконно-оптическая линия связи и сбора данных (патент Великобритании № 1488253), содержащая источник когерентного излучения, ячейку Брэгга, оптическую линию задержки, оптическое волокно, множество фазовых модуляторов, полуволновую пластинку, фотоприемник, фазовый детектор и разуплотняющее устройство.

Излучение лазера делится на два пучка делительным зеркалом. Один пучок проходит через модулятор Брэгга, сдвигаясь по частоте на fb, и вводится в оптическое волокно. Другой пучок поступает на оптическую линию задержки. Фазовые модуляторы, смонтированные на волокне, модулируют фазу оптического излучения по закону передаваемого сообщения. Излучение, прошедшее волокно, после прохождения полуволновой пластинки интерферирует с излучением, прошедшим оптическую линию задержки, и поступает на фотоприемник, На нагрузке фотоприемника выделяется сигнал с частотой fb промодулированный по фазе сигналами волоконно-оптических фазовых модуляторов. Для восстановления сигналов фазовых модуляторов авторы используют фазовый детектор и разуплотняющие цепи. Эта линии сбора принята за прототип.

Данная волоконно-оптическая система сбора данных обладает существенным недостатком - неконтролируемым затуханием сигнала (федингом), ведущим к срыву работы всей системы. Фединг сигнала определяется следующими обстоятельствами. Оптическое волокно в реальных условиях укладки подвергается воздействиям окружающей среды (нагреву, изгибам, сжатию, вибрации и ударам). Это ведет к неконтролируемым изменениям двулучепреломле- ния волокна, переменным во времени. В результате меняется поляризация света, прошедшего волокно. Таким образом, поляризации пучков на смесительном зеркале оказываются рассогласованными. Вид- ность интерференционной картины и, следовательно, амплитуда сигнала с частотой

fb, определяется изменением внешних воздействий, которым подвержено волокно. Если поляризации пучков на смесительном зеркале ортогональны, то амплитуда сигнала с частотой fb равна нулю. В случае совпа0 дения поляризаций пучков амплитуда сигнала максимальна. Итак, воздействия окружающей среды на волоконный тракт приводят к неконтролируемым замираниям сигнала.

5 Целью изобретения является повышение надежности волоконно-оптической системы сбора данных.

Для достижения этой цели в устройстве, содержащем источник когерентного излуче0 ния, оптическое волокно, фазовые модуляторы, полуволновую пластинку, фотоприемник, фазовый детектор и цепи разуплотнения каналов по частотам, в качестве источника оптического излучения ис5 пользован лазер с возможностью генерации двух мод с ортогональными поляризациями, а в качестве светопроводящей среды - анизотропное волокно, причем азимуты поляризаций мод лазера совпадают с

0 ориентацией осей анизотропии волокна. Кроме того, в устройство включен анализатор-поляризатор, расположенный между выходным торцом световода и ориентированный под углом 45° относительно осей

5 анизотропии волокна.

Использование двухчастотного лазера с ортогональными поляризациями и анизотропного волокна приводит к тому, что оптическая схема системы сбора данных

0 становится одноплечевой, Волоконная система сбора данных, построенная по такой схеме, обладает устойчивостью к воздействиям окружающей среды на волокно. С одной стороны, это определяется тем, что

5 используется анизотропное волокно. Поляризация излучения, распространяющегося в таком волокне, мало меняется при возмущениях волокна. С другой стороны, и это главное, оба интерферирующих пучка про0 странственно совмещены практически идеально-они распространяются в одних и тех же условиях (в одном и том же волокне). Внешние возмущения будут менять условия распространения одного интерферирующе5 го пучка (мода с частотой f 1 точно так же, как и условия распространения другого интерферирующего пучка (мода с частотой f2). Поэтому даже если поляризации интерферирующих пучков будут меняться (при очень сильных воздействиях), то они

будут менять согласованно. Соотношение ортогональности поляризаций интерферирующих пучков, распространяющихся в волокне, будет оставаться постоянным во всех случаях. На поляризаторе-анализаторе перед фотоприемником выделяются коллине- арные компоненты полей мод лазера, проинтерферировав которые, получают сигнал разностной частоты fi - f2 на нагрузке фотоприемника. Так как соотношение ортогональности поляризаций интерферирующих мод сохраняется, то и сохраняется постоянной амплитуда сигнала разностной частоты fi - f2. Таким образом, существенным отличительным признаком является то, что оптическая схема линии при использовании описанных лазера и волокна является одноплечевой.

На чертеже изображена структурная схема волоконно-оптической системы сбора данных.

Линия содержит лазер 1 с возможностью генерации двух мод с частотами fi и Т2 и ортогональными поляризациями, блок согласования поляризаций 2, микрообъективы 3, одномодовое анизотропное оптическое волокно 4, фазовые модуляторы 5, соединенные с датчиками информации 6. Между выходным торцом оптического волокна 4 и фотоприемником 8 расположен поляризатор-анализатор 7, ориентированный под углом 45° относительно осей анизотропии волокна 4. Фотоприемник 8 служит для регистрации оптического излучения световода и соединен с блоком выделения информации 9.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1, генерирующего две моды с частотами f 1 и f2 и с ортогональными поляризациями, вводится в одномодовое анизотропное волокно 4 с помощью блока согласования поляризаций 2 и первого микрообъектива 3. В качестве такого оптического источника можно использовать зеемановский лазер (ЛГН-212) либо двухча- стотный He-Ne лазер с внутренними зеркалами (ЛГН-208А,Б). С помощью блока согласования поляризаций 2 добиваются совпадения азимутов поляризаций мод лазера fi и f2 соответственно с направлением быстрой и медленной оси анизотропии волокна. На оптическом волокне 4 смонтированы модуляторы фазы 5, каждый из которых, механически воздействуя на световод в месте прикрепления, меняет фазу света, распространяющегося в волокне. На каждый фазовый модулятор 5 подается свой сигнал со своего датчика информации 6.

Рассмотрим подробнее процесс распространения оптического излучения в анизотропном волокне. Как уже отмечалось, в таком волокне распространяются две волны с ортогональными поляризациями. Поля этих волн определяются во времени-так:

2лщ1

Ei Eiosin(2jrfit +

О)

0

5

0

5

0

0

5

2jrnil

E2 E2osin(2jrf2t+ , (2)

где fi, h - частоты мод, генерируемых лазером; Я- длина волны излучения лазера, щ, П2 эффективные коэффициенты преломления анизотропного волокна по быстрой и медленной оси волокна соответственно; L - длина волокна.

Свет, прошедший через волокно, затем проходит через второй микрообъектив и поляризатор-анализатор 7, ориентированный под углом 45° относительно направления одной из осей анизотропии волокна. На нагрузке фотоприемника 8 выделится сигнал разности частоты

i sin(2tt(fi-f2)t+Bl),(3)

В 2я(п1 -П2)/Я-анизотропия волокна.

Действие фазового модулятора, как правило, сводится к изменению длины L оптического волокна. Из формулы (3) следует, что изменение длины оптического волокна приводит к модуляции фазы сигнала разностной частоты:

I (fi-f2)t+ BLo+ BALisin Q t + +BA On + ... + В ALnSinQnt, (4) где A Lk - амплитуда удлинения волокна k-м 5 модулятором. Q k - частота поднесущей k-го модулятора.

Сигнал фотоприемника поступает на блок выделения информации 9, на котором происходит разуплотнение каналов.

Общая конфигурация построения системы передачи данных, которая позволяет поддерживать неизменной взаимную ориентацию поляризаций полей интерферирующих пучков, позволяет решить поставленную задачу - создание волоконно-оптической линии, устойчиво и надежно работающей при разнообразных паразитных воздействиях окружающей среды на волокно.

5

Формула изобретения Волоконно-оптическая система сбора данных, содержащая последовательно соединенные оптический генератор, блок согласования поляризаций, а также фазовые модуляторы, расположенные вдоль оптического волокна и соединенные с ним, датчики информации, выходы которых соединены с с входами фазовых модуляторов

соответственно, последовательно соеди-мутами поляризаций мод оптического

ненные фотоприемники блок выделения ин-генератора, а между выходом оптичеформации, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, сского волокна и фотоприемником ввецелью повышения надежности, оптическийден анализатор-поляризатор,

генератор выполнен в виде оптического ге-5 ориентированный под углом 45° отнонератора двух мод с ортогональными поля-сительно осей анизотропии оптическоризациями, оптическое волокно выполненого волокна, при этом выход блока

в виде анизотропного оптического волокна,согласования поляризаций соединен с

оси анизотропии которого совпадают с ази-входом оптического волокна.