Устройство для автоматической коррекции положения рабочей точки оптического модулятора Советский патент 1991 года по МПК G02F1/03 

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано в оптических системах передачи, обработки -и отображения информации, в состав которых входит модулятор оптического излучения на основе эффекта Поккельса.

Стабилизация положения рабочей точки является необходимым условием обеспечения работоспособности оптических систем обработки информации При передаче яиалогового сигнала по оптическому уход рабочей точки приводит к искажениям передаваемой информации j при передаче цифровых сигналов - к уменьшению уровня сигнала,и ухудшению отношения сигна /шумо Поскольку положение рабочей точки модулятора5 использующего поперечный электрооптический эффектj сильной степени зависит от температуры кристалла5 необходимо применение соответству ощих корректирующих устройство Известно устройство автоматического управления смещения модулятора света состоящее из лазера; поляризатора модулятора,, анализатора, св тоделителяJ контрольного фотоприемника четырех ключевых cxeMj трех усилителей интеграторов а двух анало говых сумматоров,, блока умножения j дифференциального усилителя, двух вентилей5 решающего блока, четырех пороговых схем5 двух ЕЗ-триггеров двух буферов,, блока регулирования с.мещ,ения S, блока формирования опорны импульсовэ усилителя модулирующего слгналао .Йедостатком. устройства является низкая информационная емкость модул рующего сигнадао Наиболее близким техническим реш нием является устройство для автома тической коррекции положения рабоче точки оптического модулятора5 состо щее из лазера5 последовательно опти цески связанного с поляризатором, модулятором анализатором, светодел телем,, контрольным фотоприемником, соединенным через две ключевые схемы и усилители-интеграторы с дифференциальнь|м усилителем, связанным чере первый и второй вентили с решающим блоком соединенным с блоком регули рования смещения J, выход которого со динен с аналоговым сумматором и че.рез третью ключевую схему и четыре пороговых схемы связан с двумя RS триггерами блок формированияопорных импульсов соединен с аналоговым сумматором и третьей ключевой схемой, выходы первого н второго буферов связаны с решающим блоком усили тель модулирующего сигнала соединен с аналоговым сумматором выход которого связан с электрическим входом модулятора Основным недостатком устройства яйляется нР13кая информационная ем .кость модулирующего сигнала. Это выз вано TeMj что в модулирующем сигнале необходимо предусмотреть паузы, длительность которых должна быть доста-точна для исполнения четырех операций; выделение сигнала, соответствующего опорному импульсу положительной полярности выделение сигнала, соотствующего опорному импульсу отрицательной полярности, измерение смещения на модуляторе и в случае необходимости переключение пределов регулирования (сокращение на 2Uti,, если смещение на модуляторе оказывается больше заданного U/AOKc 211, и ув(2личенис на 2U| , если смещение заходит в область значений меньше нижнего предела регулирования UMUM . Последняя операция связана с переходными процессами; что приводит к необходимости увеличивать интервал времени на ее выполнение о В связи с этим применение такого устройства ограничивается только i2nc TeMajvM передачи, обработки и отображения информации с низкой пропускной способностью и низкой информативностью модулирующего сигналао В высокоинформативных системах величина временного интервала, необходимая для выполнения перечисленных вьппе пяти операций, и соответствукщая пауза в модулирующем сигнале может составить значительную часть периода информационной последовательности, что д(2лает применение данного устройства в таких системах нецелесообразным Кроме того, поскольку время, необходз мое на выполнение первых трех операций, сравнимо со временем, необходимым на выполнение одной четвертой операции (из-за переходных процессов при переключении пределов регулирования), а необходимость в переключении регулирования возникает только при выходе напряжения смещения за установленный интервал уровней, оказывается , что около половины паузы в лнформаи онной последовательности модулирующего сигнала используется нерационально (поскольку в указанном устройстве интервал времени на переключение пределов вводится в каждый такт)о Цель изобретения - увеличение «гформационной емкости модулирующего сигнала Цель достигается тем, что в устройство, состоящее из лазера, последовательно оптически связанного с поляризатором, модулятором, анализатором, светоделителем, контрольным фотоприемником, соединенным через две ключевые схемы и усилители-ин теграторы с дифференциальным усилителем, связанным через первьй и второй вентили с решающим блоком, соединенным с блоком регулирования смещения, выход которого соединен с аналоговым сумматором и через третью ключевую схему и четыре пороговые схемы, связаны с двумя RS-триггерами, блок формирования опорных импульсов соединен с аналоговым сумматором и третьей ключевой схемой, выходы первого и второго буферов связаны с решающим блоком, усилитель модулирующего сигнала соединен с аналоговым сумматором, выход которого соединен с электрическим входом модулятора, введены блок памяти, элемент ИЛИ и двухканаль ный коммутатор, причем первый и второй информационные входы блока памяти соединены соответственно с единичными входами первого и второго RS-триггеров, а первый и второй выходы - соответственно с входами первого и второго буферов, первый и второй входы элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока памяти, а выход подключен к запрещающему входу двухканального коммутатора, первый и второй сигнальные входы которого подключены к второму и третьему выходу блока формиро вания опорных импульсов, а первый и второй выходы соединены с управлякщи ми входами соответственно первой и второй ключевых схем, тактирующий вход блока памяти соединен с вторым выходом блока формирования опорных импульсов На фиго изображена схема устройстваоСхема включает лазер 1, поляризатор 2, модулятор 3, анализатор 4, св тоделитель 5, контрольный фотоприемник 6, первую ключевую схему 7, вторую ключевую схему 8, усилители-интег-50 го

раторы 9, 10, дифференциальньй усилитель П, вентили 12, 13, решающий блок 14, буферы 15, 16, блок памяти 17, первый RS-триггер 18, второй RSтриггер 19, пороговые схемы 20-23, блок .24 регулирования смещения, третью ключевую схему 25, блок 26 формирования опорных импульсов, аналоговый сумматор 27, усилитель модули9

первого RS-триггера 18 и второго RSтриггера 19 соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока памяти 17 Выходы блока 55 памяти 17 через буферы 15 и 16 соединены с третьим и четвертым входом решакяцего блока 14, Первый и второй выходы элемента ИЛИ 30 подключены соответственно к первому и второму ин6рующего сигнала 28, двухканальный коммутатор 29 и элемент ИЛИ 30. На фиг.2 изображены временные диаграммы сигналов соответственно на первом, втором, третьем и четвертом выходах блока формирования опорных импульсов. На фигоЗ изображены временные диаграммы сигналов на первом выходе блока формирования опорных импульсов и соответствующего сигнала на выходе контрольного фотрприемника при расположении рабочей точки модулятора на нижнем перегибе характеристики. На фиг.4 изображены диаграммы сигналов при уходе рабочей точки модулятора вправо от нижнего перегиба характеристики; на фиг.5 - соответствующая диаграмма при уходе рабочей точки влево Лазер 1 последовательно оптически связан с поляризатором 2, модулятором 3, анализатором 4, светоделителем 5, контрольным фотоприемником 6 Выход контрольного фотоприемника электрически соединен с сигнальным входами ключевых схем 7 и Во Выходы ключевых схем 7 и 8 через усилители-интегра30 торы 9 и 10 связаны соответственно с прямым и инверсным входом дифференциального усилителя 11, выход которого через вентили 12 и 13 соединен соответственно с первым и вторым входами решающего блока 14. Выход решающего блока 14 соединен с блоком регулирования напряжения смещения 24 Выход блока регулирования напряжения смещения соединен с первым входом аналогового сумматора 27 и сигнальным входом третьей ключевой схемы 25 , Выход третьей ключевой схемы 25 соединен со входами пороговых схем 20, 21, 22, 23. Выход первой и второй пороговой схемы 20, 21 соединены соответственно с S и R входами первого RSтриггера 18, выходы третьей и четвертой пороговой схемы 22, 23 соединены соответственно с S и R входами второRS-триггера 19. Единииные выходы

формационноь у входу блока .памяти 7 а выход к запрещающему входу двух канапьнрго коммутатора 29 Первый и второй выкоды двухканального коммутатора 29 соединены соответственно с управляющими входами первой и второй ключевых схем 7 и 8о Первьй выхо блока формирования огюрньк импульсов 26 соединен с втopы г входом аналогового, сумматора 27, второй выход - с первым вxoдo f двухканального кошчута 29 и тактирующим входом блока памяти 17 J третий выход - с вторым входом двухканального коммутатора 29 четвертьй выход - с управляющим входом третьей ключевой схемы 25 о Выход усилителя модулирующего сигнала 28 соединен с третьим входом аналогово го сзмматора 27,

Пример з оккретного выполнения „

Модуоштор 3 на кристалле танта OJiaTa литня 3 полуволковое напряжение 98Вс

Контрольный фотонриемник - лаБннный фотодиод ЛФД2-Ао

Сяючевые схемы 7 и 8 - транзнстор ные ключи на транзисторах 1 П306Ао

Усилители-интеграторы 9,, 1,0 транзисторы f 1ШЗОЗ, Ю1305 „

Дифферентуалы1ЫЙ усилитель 1 микросхемы 1УТ40 о

Вентили 12 J 13- диоднь е схемы на диодах КДЗОЗо

Решающий блок 14 - совокупность балансного усилителя постоянногО ток с.переменной фиксацией нуля на Ш1кро схемах 171401;, транзисторах KT3i5 vv КТ602Б5 четырех источников эталонно го напряяения и коммутирующей диодной схемЫо

Буферы 15 и 16 - микросхемы К155ЛАЗо

Блок 17 выпол18ен на 1)--три1 герак серии К155с,

RS-триг-геры 1,8 и 19 - К155ТК2 со свободнь ми входами с и Do

Пороговые схемь5 20,, 21,; 22 „ 23 триггеры Шмитта вынолнены на микро-схемахо

Блок регулирования смещений 24 управляемый стабилизатор ностоянного тока на транзисторах KT315I-ij, КТ602Б,.

Ключевая схема 25 - диодньй ишч на диодах КДЗОЗБо.

В формирователе опорных импульсов 26 использовался генератор Г544. ра ботающий совместно со схемами згздержки импульсов КТбОб КТ903о

Аналоговый сумматор 27 - эмиттерные повторители на транзисторах КТ602 с объединенными выходамио

Усилитель модулирующего сигнала 28 собран, на транзисторах КТ909Бо

Двухканальньй коммутатор 29 - на микросхемах серии К155„

Устройство автоматической коррекгдии положения рабочей точки оптического модулятора работает следующим образом

Во время паузы в модулирующем сигнале на первом, втором, третьем и четвертом выходах блока фор дарова- -ния опорных импульсов 26 появляются

и

форма и взаи.

и 3 5 и

45

2

имное временное положение которьлх показано на фиго2, Разнополярный сигнал и ,,| через аналоговый сумматор 27 поступает на электрический вход модулятора 3, В случае 5 если рабочая точка модулятора 3 находится на пихнем сгибе модз -11яционной характеристики; оптический -сигнал на выходе анализ:атора 4 и соответствующий ему электрический сигнал на выходе контрольного фотоприемника 6 имеет вид импульсов одинаковой амплитуды одной полярности (фиг,3)о В нормальном состоянии перчы,й ,вход двухканального комг-гутатора 29 соединен с первым выходом, второй УХОД -- с вторым выходомо Сигнал Ug со второго выхода формирователя опорных импульсов 26 поступает на управ ляю-щий вход кпючевой схемы 7 и сткрызает ее о На усилитель-интегратор 9 поступает сигнал с контрольного фотоприемника 6s соотве-тствующий положиАналогично от

-гельпому импульсу U

-И

сигнала Uj открывается вторая ключе3 и на усилитель-интегра0 поступает сигнал с контроль ,1ого фот(зприемника 6, соответствующий отр-йцательному нмггульсу о Таким образом, еспи рабочая точка рас,1ол()жена на нилснем сгибе характеристики модулятора 3,, сигналы, подаваемые па прямой и инверсный, входы дифференциального усилителя Г1, равны, н сигпал рассогласования на выходе равен nyjnoo При смещении рабочей точки, например, вправо (фиго4), сигнал па выходе контрольного фотоприемника 6j соответствующий положительному нмп-ульсу и. J ,оказывается больше скгHiuia, соответствующего отрицательно-. му импульсу (фито4)„ В результате иа выходе дифференциального усиллтеля 11 появляется сигнал рассогласовании положительной поляризации, который через вентиль 12 поступает на первый вход решающего блока 14, на выходе решающего блока 14 вырабатывается управляющее напряжение, которое приводит в действие блок регулирования напряжения смещения 24 Смещение на модуляторе уменьшается до тех пор, д

пока сигналы на выходе контрольного фотоприемника 6, соответствующие положительному и отрицательному импульсам и., не станут равныо При смещении рабочей точки влево (фиго5) оказывается - на выходе дифференциального усилителя 11 появляется сигнал рассогласования отрицательной полярности, которьй через вентиль 3 поступает на второй вход решающего блока 14,,решающий блок i4 вырабатывает управляющее напряжение подаваемое на вход блока регулирования на пряжения смещения 29 , напряжение смещения увеличивается до восстановления равенстваUp Ui. Если в результате монотонного ухода рабочей точ ки смещения на модуляторе 3 окажется больше некоторого bV xevUfAuKtZU i , 114 - полуволновое напряжение модулятора), на выходе пороговой схемы 20 появляется напряжение логической 1, которое устанавливает первый ,RS-триггер 18 в положение На, пряжение, соответствующее логической I 1,, подается на первый информацнонньй вход блока памяти 17 и первый вход элемента ИЛИ 30« На выходе элемента ИЛИ 30 появляется сигнал логической 1, который подается на запрещающий вход двухканального коммутатора 29, который прекращает подачу .напряжений U. и Uj с блока формиро вания опорных импульсов 26 на ключевые схемы 7 и 8, тем самым отключая измерительный тракт (блоки 9, 10, 11) на время переключения пределов регу лированиЯс,

С приходом следующего импульса Ug с выхода блока формирования 26 на тактирующий вход блока памяти 17 на первом выходе блока памяти 7 появляется сигнал логической 1% который через буфер 15 подается на решающий блок 14, управляющее напряжение с вы- 55 хода решающего блока 14 подается на блок регулирования напряжения смещения 24, смещение на выходе блока 24 уменьшается до величины Uv UfAase-2U| ,

после чего срабатывает пороговая схема на S-вход первого RS-триггера 18 подается сигнал логической 1% на выходе триггера 18, первом информационном входе блока памяти 17 и первом входе элемента ИЛИ 30 будет напряжение логического нуля% а на выходе элемента ИЛИ 30 и запрещающем входе

кий Oj в результате чего первый вход двухканального коммутатора соединяется с первым выходом, а второй вход с вторым выходом, схема возвращается в исходное состояние. При изменеш-ш положения рабочей точки смещениена модуляторе 3 регулируется в пределах (, ) и при достижении максималного значения вновь переключается на Uv. Переключение смещения с Uwacc на IJr не приводит к сдвигу рабочей точки, так как характеристика модулят.тра 3 периодическая с периодом ZUrj., а Uwusc-Ut 2Ul. Если же в процессе регулирования окажется, что напряжение смещения меньше н1-1жнего предела регулирования UK-IH (UwHH Uf) на выходе третьей пор говой cxeMi-i 22 появляется напряжение логической М устанавливающее второй КЗ-триггер 9 состояние о Сигнал логической I поступает на второй информационный вход блока памяти 17 и второй вход элемента ИЛИ 30, При поступлеш и следующего тактирующего импульса с второго выхода блока формирования опорНЬ Х импульсов 26 происходит переключение напряжения смещенпя с UKMH на Ur i причем Uf-UM54 i 2Uif смещение на модуляторе 3 регулирования в преде- лах (Uvf , UWVIH) , Из сказанного вьше следует, что в нормальном состоянии в течение паузы в информационном модулирующем сигнале устройство автоматической коррекции положения рабочей точки модулятора производит три операции: выделение сигнааа, соответствующего положительному импульсу, выделение сигнала, соответствующего отрицательному импульсу4 измерение смещения. Если же напряжение смещения выходит за пределы интервала ( Ufnaw) , в течение следующей паузы происходит переключение двухканального коммутатора 29 логичеспределов регулированияо Введение блока памяти, элемента ИЛИ и двухканального коммутатора позволяют разделить во времени процессом подачи опорных импульсов и

переключения пределов регулирования напряжения смещенияо Это позволяет в цикле работы устройства не предусматривать временные интервалы для переключения пределов регулирования, которые использовались бы нерационально, поскольку частота переключения пределов регулирования непостоянна, зависит от характера изменения температуры кристалла и может быть на несколько порядков меньше тактовой частоты работы устройства Временное разделение процессов подачи опорньк импульсов и переключения пределов сокращает минимальную необходимую длительность паузы в модулирующем сигнале примерно в два раза и тем сам1.1м повышает предельную информа1щонную емкостьо

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОЧЕЙ T04KIi ОПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА, состоящее из лазера, последовательно оптически связанного с поляризатором, модулятором, анализатором, светоделителем, контрольным фотеприемником, соединенным через две ключевые.схемы и усилители-интеграторы с дифференциальным уси-пителам, соединенным через первый и второй вентили с решающим блоком, соединенным с блоком регулирования смещения, выход которого соединен с аналоговым сумматором и через третью ключевую схему и четыре пороговые схемы связан с двумя RS-триггерами, блок формирования опорных импульсов соединен с аналоговым сумматором и третьей ключевой схемой, выхода первогЬ и второго буферов связаны с решающим блоком, усилитель модулирующего сигнала соединен с аналоговым сумматором, выход которого связан с электрическим входом модулятора, отличающееся тем, что, с целью увеличения информационной емкости модулирующего сигнала, в него введены блок памяти, элемент ИШ и двухканальный коммутатор, причем первый и второй информационные входы блока памяти соединены соответственно с единичными выходами первого и второго RS-триггеров, а первый и второй выходы - соответственно с входами первого и второго буферов, первьй и второй входы элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока памяти, а выход подключен к запрещающему входу двухканального коммутатора, первый и второй сигнальные входы которого подключены к второму и третьему выходу блока формирования опорных импульсов, а первый и второй выхода соединены с управляющими входами соответственно первой и второй ключевых схем, тактирующий вход блока памяти соединен с вторым выходом блока формирования опорных импульсов

i

Г, I

Гт I I

ш

.J