Регенератор оптического сигнала Советский патент 1992 года по МПК H04B10/16 

®± Изобретение относится к технике свяи, в частности к волоконно-оптическим ситемам передачи информации и может ыть использовано для регенерации цифроого оптического сигнала.

В области развития цифровых систем передачи информации с использованием волоконно-оптических линий связи для передачи сигналов на большие расстояния значит ельную роль играет проблема восстановления амплитуды, формы и временных положений передаваемых оптических импульсов. Для реализации этой цели, в настоящее время разработано значительное количество регенераторов, использующих различные принципы работы, одни из которых включают в себя оптоэлектронное и электронно-оптическое преобразование, соответственно на входе и выходе регене- ратора, а другие осуществляют обработку сигналов непосредственно в оптическом диапазоне частот. Из приведенных ниже аналогов видно, что регенератор, содержащий оптоэлектронное преобразование довольно сложен схематически, а регенератор, осуществляющий обработку сигналов о оптическом диапазоне требует дополнительного оконечного оборудования Следовательно, проблема создания простых и надежных регенераторов, осуществляющих высокоэффективную обработку сигналов, является сложной.

Известен оптический регенератор, в котором импульсы принятых сигналов и синхронные оптические импульсы, служащие для смещения принятых сигналов, улучшают помехоустойчивость схемы, которая состоит из оптического детектора, электронного усилителя, синхронизирующей схемы, источника опорного излучения и оптического модулятора

Недостатком данного регенератора является высокая сложность и схемного реше- ния, в результате чего снижается надежность.

Кроме того, известен полностью оптический регенератор, содержащий в своей основе нелинейный оптический усилитель на полупроводниковом двухканальном лазере с зарощенной гетероструктурой и резонатором Фабри-Перо. Эффективный коэффициент преломления лазера зависит от уровня мощности, что ведет к бистабиль- ной характеоистикеусиления На резонатор через оптическое волокно подавалось два сигнала: один был тактовой последовательностью с Я 1514 нм, а другой был регенерируемой последовательностью импульсов

с Я 1526 нм. Регенерируемая последовательность имела А 1514 нм, среднюю мощность мкВт при вероятности ошибки

Рош .

Основным недостатком данного регенератора является необходимость передачи двух несущих оптических частот, что усложняет оконечное оборудование.

В качестве прототипа выбран оптический регенератор с восстановлением синхронизации с использованием многоэлектродных интекционных лазеров с РОС на Я 1 5 мкм Регенератор состоит из двух бистабильных лазеров и двух волоконных соединителей Один лазер служит для восстановления хронирования, а другой для восстановления амплитуды, формы и временных положений импульсной, информационной последовательности На входе

регенератора сигнал разделяется первым волоконным соединителем. Одна часть сигнала, прошедшая через хронирующий лазер,есть синхронизирующая последовательность. Затем она объединяется с другой частью сигнала во втором со- единителе и суммарная оптическая мощность вводится во второй лазер, выполняющий хронирование и восстановление сигнала Когда входная цифра была 1 мощность лазера повышалась до высокого уровня, во время хронирующего импульса.

Недостатком этого регенератора является наличие двух волоконных соединителей, в которых теряете мощность до 3 дБ в

каждом, что уменьшает динамический диапазон регенератора и применение двух бистабильных лазеров, снижает надежность регенератора.

Целью изобретения является повышение надежности регенератора оптического сигнала и увеличение его энергетического потенциала.

Поставленная цель достигается тем, что в регенератор оптического сигнала, содержащий полупроводниковый квантовый усилитель, выход которого оптически соединен с входом полупроводниковбго лазера, выход которого является выходом устройства и источник смещения, выход которого соединен с входом смещения полупроводникового лазера, вход полупроводникового квантового усилителя является входом устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет

исключения бистабильного лазера, введены последовательно соединенные конденсатор, электронный усилитель, полосовой фильтр на поверхностно-акустических волнах (ПАВ) и элемент задержки, выход которого соединен с тактирующим входом полупроводникового лазера, электрический выход полупроводникового квантового усилителя соединен с входом конденсатора.

На фиг.1 представлена блок-схема ре- генератора оптического сигнала, где 1 - полупроводниковый квантовый усилитель, 2 - полупроводниковый лазер, 3 - электронный усилитель, 4 - полосовой фильтр на поверхностно-акустических волнах, 5 - линия за- держки, 6 - источник смещения.

Регенератор оптического сигнала содержит полупроводниковый квантовый усилитель 1 и оптически связанный с ним полупроводниковый лазер 2. Кроме того, ре- генератор содержит последовательно вклю- ченные в электрический выход полупроводникового квантового усилителя конденсатор, электронный усилитель 3, полосовой фильтр на поверхностно-акустиче- ских волнах 4 и элемент задержки 5, который в свою очередь электрически соединен с тактирующим входом полупроводникового лазера. Источник смещения 6 соединен с входом смещения полупровод- никового лазера.

Регенератор работает следующим образом.

Входной оптический сигнал, поступающий на вход полупроводникового квантово- го усиуителя 1, усиливается по мощности и пбступает далее, через одномодовый волоконно-оптический кабель на вход полупроводниковоголазера2. Распространяющийся в полупроводнико- вом квантовом усилителе оптический сигнал меняет его проводимость, в результате чего в цепи питания усилителя возникают колебания падения напряжения3U/3P. Данные колебания используются для хрониро- вания последовательности оптических импульсов в полупроводниковом лазере, который осуществляет восстановление амплитуды, длительности и временных положений оптических импульсов. Колеба- ния падения напряжения 3U/3P, пройдя через фильтрующую емкость поступают на электронный усилитель 3, в котором усиливаются и поступают далее на полосовой фильтр на поверхностно-акустических вол- нах 4, который выделяет из случайной последовательности гармоническую составляющую, с частотой, равной скорости передачи оптического сигнала. Далее, эта гармоническая составляющая, пройдя че- рез линию задержки, поступает на полупроводниковый лазер, причем задержка осуществляется таким образом, что один из полупериодов гармонической синхрочасто- ты совпадает по времени с оптическим, сигнальным импульсом. В этом случае полупроводниковый лазер выполняет логическую операцию И, генерируя при этом выходную оптическую мощность. Если полупериод гармонической частоты совпадает по времени с пробелом в передаваемой последовательности, полупроводниковый лазер также выполняет логическую операцию И, но при этом оптическая выходная мощность не генерируется, что соответствует отсутствию импульса.

Таким образом, в регенераторе достигается одновременно усилие оптического сигнала и его хронирование. В результате удается избавиться от использования двух оптических частот (информационный и хронирующий), а также от необходимости деления слабого входного оптического сигнала на два потока (информационной и хронирующей) при выделении синхросигнала из передаваемой последовательности.

Эффективность предлагаемого изобретения оценивается по следующим парамет- рам: энергетический потенциал, энергопотребление, надежность.

Энергетический потенциал регенератора определяется уровнем входного и выходного оптических сигналов. Выходной оптический сигнал, формируемый полупроводниковым лазером может составлять 0...+ 3 дБм. При этом, уровень входного переключающего оптического сигнала не превышает - 10 дБм. Таким образом, полупроводниковый лазер усиливает оптический сигнал на 10-13 дБ. Коэффициент усиления полупроводникового квантового усилителя 30 дБ. Потери оптического сигнала в регенераторе складываются из потерь согласования по входам (3,0 х 2 б дБ) оптоэлектронных устройств и по выходам (1.5 х 2 3 дБ), а также потерь сращивания 0,5 дБ. Таким образом, энергетический потенциал рассматриваемого регенератора составляет не менее 30 дБ. При этих же исходных данных в прототипе регенератора на двух лазерах с неоднородным возбуждением энергетический потенциал не превышает 20 дБ. (Усилие 30 дБ, потери не менее 10 дБ, так как в прототипе используется два трехдецибель- ных направленных ответвителя). В результате, энергетический потенциал заявляемого регенератора больше энергетического потенциала прототипа как минимум на 10 дБ.

Энергопотребление регенератора определяется энергопотреблением отдельных элементов. Исходя из следующих экспериментальных данных по энергопотреблению имеем: полупроводниковый лазер: заявляемый- 150 мВт, а прототип 150x2 300 мВт,

полупроводниковый квантовый усилитель 100 мВт, электронный усилитель 10 мВт.

Таким образом, увеличение энергетического потенциала заявляемого регенератора не влияет на его энергопотребление, и составляет 300 мВт как у заявляемого регенератора, так и у прототипа.

Надежность регенератора определяется надежностью его отдельных элементов и их количеством. Наименее надежными элементами регенератора являются в настоящее время полупроводниковые лазеры с неоднородным возбуждением (интенсивность отказов Я 4,540 б ). У полупро- водникового квантового усилителя интенсивность отказов на два порядка ниже. У интегральной схемы электронного усилителя Я 2«10 9 час Л а у пассивных элементов (линии задержки, фильтр поверхностной акустической волны) Я 5х хЮ Из приведенных данных видно, что интенсивность отказов заявляемого регенератора ( Я 4,543106 ) и вдвое ниже

интенсивности отказов прототипа Я 9,044 «106час f)

Формула изобретения Регенератор оптического сигнала, содержащий полупроводниковый квантовый усилитель, выход которого оптически соединен с входом полупроводникового лазера, выход которого является выходом регенератора источник смещения, выход которого

соединен с входом смещения полупроводникового лазера, вход полупроводникового квантового усилителя является входом регенератора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет исключения бистабильного лазера, введены последовательно соединенные конденсатор, электронный усилитель, полосовой фильтр на поверхностно-акустических волнах и элемент задержки, выход которого соединен с

тактирующим входом полупроводникового лазера, электрический выход полупроводникового квантового усилителя соединен с входом конденсатора.

Регенератор оптического сигнала содержит полупроводниковый квантовый усилитель 1, полупроводниковый лазер 2, источник смещения 6, конденсатор 7, электронный усилитель 3, полосовой фильтр на ПАВ 4 и элемент задержки 5.1-2,1-7-3-4-5-2, 6-2. 1 ил.