ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОЙ АТМОСФЕРНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ

Полезная модель относится к области оптической связи, в частности, к лазерным атмосферным системам передачи информации, и может быть использована для организации канала связи между двумя абонентами или между абонентом и станцией абонентского доступа.
Известно оптическое оконечное устройство лазерной атмосферной линии связи, содержащее приемный оптический узел, передающий оптический узел и приемный и передающий оптические усилители, причем на передней панели корпуса оптического оконечного устройства размещены приемный и передающий оптические узлы, соединенные через оптические разъемы с волоконно-оптическими кабелями, подключенными соответственно к приемному и передающему оптическим усилителям, расположенным вне корпуса оптического оконечного устройства (см. патент РФ на изобретение №2187896 с приоритетом от 04.06.2001 г., МПК 7 Н04В 10/10, Н04В 10/02, опубликованный 20.08.2002 г. «Оптическое оконечное устройство лазерной атмосферной линии связи»).
Недостатком известного устройства является ненадежность работы устройства за счет потери энергии при приеме излучения в волокно от оптической системы.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является приемопередающее устройство оптической атмосферной линии связи, выполненное в виде внешнего и внутреннего блоков и содержащее интерфейс, источник оптического излучения, приемник оптического излучения, фокусирующую систему, оптический волоконный объединитель каналов и волоконный световод (приемопередающий волоконный световод), один конец которого закреплен во внешнем блоке, так что торец его расположен в фокусе фокусирующей системы, а другой конец волоконного световода (приемопередающего волоконного световода) через оптический волоконный объединитель каналов оптически соединен с источником оптического излучения и приемником оптического излучения, причем внешний блок выполнен во всепогодном исполнении и в нем расположена фокусирующая система, а интерфейс, источник оптического излучения и приемник оптического излучения установлены во внутреннем блоке, выполненном для комнатных условий, диаметр сердцевины оптического волокна волоконного световода (приемопередающего волоконного световода) и волокон оптического волоконного объединителя каналов составляет 0,6-1,0 миллиметров. Источник оптического излучения и приемник оптического излучения электрически соединены с интерфейсом (см. патент РФ №2239285 на изобретение сприоритетом от 31.10.2001, МПК 7 Н04В 10/10, опубликованный 27.10.2004 «Приемопередающее устройство оптической атмосферной линии связи»).
Недостатком известного приемопередающего устройства является ненадежность работы устройства, связанная с оптическими потерями энергии при транспортировке оптического сигнала от внешнего блока к внутреннему блоку.
Кроме того, применение оптического волокна волоконного световода (приемопередающего волоконного световода) с сердцевиной диаметром 0.6-1,0 мм, необходимое при относительном угловом смещении (дрожании) внешних блоков в несколько угловых минут, накладывает ограничение на длину волоконного световода между внешним и внутренним блоками при работе устройства в реальных условиях по причине увеличения затухания и искажения оптических импульсов в результате межмодовой дисперсии, которая прямо пропорциональна диаметру волокна, что приводит к значительным потерям оптической энергии (уменьшению энергетического запаса линии связи) и также является недостатком известного устройства.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении надежности работы линии связи за счет снижения потерь оптической энергии при транспортировке излучения от фокусирующей системы до приемника оптического излучения, расположенного во внутреннем блоке, а также в увеличении дальности передачи оптического сигнала.
Заявляемый технический результат достигается тем, что приемопередающее устройство оптической атмосферной линии связи, выполненное в виде внешнего и внутреннего блоков, содержащее интерфейс, источник оптического излучения, приемник оптического излучения, фокусирующую систему, приемопередающий волоконный световод и оптический волоконный объединитель каналов, при этом внешний блок выполнен во всепогодном исполнении и в нем расположена фокусирующая система и приемопередающий волоконный световод, причем внешний конец приемопередающего волоконного световода закреплен во внешнем блоке так, что его торец расположен в фокусе фокусирующей системы, а интерфейс, источник оптического излучения, приемник оптического излучения и оптический волоконный объединитель каналов установлены во внутреннем блоке, выполненном для комнатных условий, согласно полезной модели, устройство снабжено дополнительным транспортным волоконным световодом и расположенном во внешнем блоке оптическим согласующим устройством, через которое соединены приемопередающий и транспортный волоконные световоды, выполненные с разными диаметрами сердцевины волокна, а транспортный волоконный световод выполнен с градиентным профилем показателя преломления, при этом внутренний конец транспортного волоконного световода оптически соединен через оптический волоконный объединитель каналов с источником оптического излучения и приемником оптического излучения.
Приемопередающий волоконный световод выполнен с диаметром сердцевины волокна большим, как минимум, в 1,5-2 раза диаметра сердцевины волокна транспортного волоконного световода.
Благодаря расположению во внешнем блоке оптического согласующего устройства и согласованию с его помощью приемопередающего волоконного световода и транспортного волоконного световода с градиентным профилем показателя преломления и меньшим (как минимум, в 1,5-2 раза) диаметром сердцевины волокна в сравнении с диаметром сердцевины волокна приемопередающего волоконного световода, обеспечивается передача более 90% энергии, полученной из приемопередающего волоконного световода в транспортный волоконный световод, за счет увеличенной числовой апертуры в градиентном волокне транспортного волоконного световода и оптической системы согласующего устройства. А также исключается потеря энергии при вводе ее из градиентного волокна транспортного волоконного световода в приемник оптического излучения ввиду равенства или меньшего размера сердцевины градиентного волокна по отношению к приемной площадке приемника оптического излучения. Данные обстоятельства обеспечивают повышение надежности работы линии связи.
Расположение оптического согласующего устройства во внешнем блоке позволяет, с одной стороны, уменьшить длину приемопередающего волоконного световода с увеличенным диаметром сердцевины волокна и снизить, таким образом, влияние межмодовой дисперсии на затухание амплитуды оптических импульсов в данном световоде, а с другой стороны, увеличить длину транспортного волоконного световода с градиентным профилем показателя преломления, и обеспечить, таким образом, передачу информационного оптического сигнала от внешнего блока к внутреннему блоку без потери информации на большее в сравнении с прототипом расстояние, за счет свойств градиентного волокна, в котором явления рефлексии в сердцевине волокна приводят к снижению межмодовой дисперсии, искажающей оптический импульс.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждает пример конкретного выполнения приемопередающего устройства оптической атмосферной линии связи.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.
На фигуре 1 представлена структурная схема приемопередающего устройства оптической атмосферной линии связи - внешний блок.
На фигуре 2 представлена структурная схема приемопередающего устройства оптической атмосферной линии связи - внутренний блок.
Приемопередающее устройство оптической атмосферной линии связи выполнено в виде внешнего 1 (см. фиг.1) и внутреннего 2 (см. фиг.2) блоков и соединены между собой кабелем (на фигуре не показан), внутри которого расположен транспортный волоконный световод 3.
Внешний блок 1 (см. фиг.1) выполнен во всепогодном исполнении, расположен в герметичном корпусе 4, содержит оптическую фокусирующую систему 5, и оптическое согласующее устройство 6.
Во внешнем блоке 1 расположены приемопередающий волоконный световод 7 и транспортный волоконный световод 3. Приемопередающий волоконный световод 7 и транспортный волоконный световод 3 согласованы через оптическое согласующее устройство 6. При этом внешний конец приемопередающего волоконного световода 7 закреплен во внешнем блоке 1 так, что его торец расположен в фокусе фокусирующей системы 5.
1
1
Приемопередающий волоконный световод выполнен с диаметром сердцевины волокна d и числовой апертурой AN.
2
Транспортный волоконный световод 3, выполненный с градиентным профилем показателя преломления, имеет диаметр сердцевины волокна d^ и числовую апертуру AN.
1
2
Приемопередающий волоконный световод выполнен с диаметром сердцевины волокна (d) большим, как минимум, в 1,5-2 раза диаметра сердцевины волокна (d) транспортного волоконного световода 3.
1
1
2
2.
При этом соблюдается известное условие: d*AN=d*AN
1
2.
Из данного условия следует, что соотношение числовых апертур указанных световодов следующее: AN<AN
Транспортный волоконный световод 3 герметично закреплен на выходе из внешнего блока 1.
Внутренний блок 2 (см. фиг.2) выполнен для комнатных условий и расположен в корпусе 8. Во внутреннем блоке 2 установлены интерфейс 9, источник оптического излучения 10 и приемник оптического излучения 11, а также оптический волоконный объединитель каналов 12.
Внутренний конец транспортного волоконного световода 3 соединен через оптический волоконный объединитель каналов 12 с источником оптического излучения 10 и приемником оптического излучения 11. А источник оптического излучения 10 и приемник оптического излучения 11 электрически соединены с интерфейсом 9. Интерфейс 9 электрически соединен с линией связи первого абонента.
Приемопередающее устройство оптической атмосферной линии связи работает следующим образом.
1
Излучение от противоположного приемопередающего устройства линии связи второго абонента (не показано) поступает на фокусирующую систему 5 внешнего блока 1, защищенного корпусом 4. Фокусирующая система 5 фокусирует принимаемое излучение на входной торец приемопередающего волоконного световода, излучение распространяется в световоде до оптического согласующего устройства 6. Благодаря увеличенному диаметру сердцевины волокна приемопередающего волоконного световода 7 (например, d=0,2 мм) обеспечивается максимальный ввод энергии излучения из атмосферы с помощью фокусирующей системы 5 в приемопередающий волоконный световод 7. При этом размещение фокусирующей системы 5 и оптического согласующего устройства 6 во внешнем блоке 1 и близость их расположения позволяет использовать приемопередающий волоконный световод 7 длиной, не превышающей 1-2 метров, благодаря чему влияние межмодовой дисперсии на затухание амплитуды оптических импульсов на этой длине мало. Поэтому потери энергии на участке от фокусирующей системы 5 до оптического согласующего устройства 6 очень незначительны.
1
1
2
2
Далее излучение из приемопередающего волоконного световода 7 с помощью оптического согласующего устройства 6, выполняющего функцию согласования числовых апертур и диаметров приемопередающего 7 и транспортного 3 волоконных световодов, в соответствии с соотношением d*AN~=d*AN, передается в транспортный волоконный световод 3. При передаче энергии в транспортный волоконный световод 3 с диаметром сердцевины волокна меньшим, как минимум, в 1,5-2 раза диаметра волокна приемопередающего волоконного световода 7 наблюдаются минимальные энергетические потери за счет увеличенной числовой апертуры в градиентном волокне транспортного волоконного световода 3.
По транспортному волоконному световоду 3 излучение передается во внутренний блок 2. Излучение через оптический волоконный объединитель каналов 12 поступает на приемник оптического излучения 11. Принимаемое излучение преобразуется в электрический сигнал и передается через интерфейс 9 в линию связи абонентского устройства.
Электрический информационный сигнал от первого абонентского устройства (не показано) через интерфейс 9 поступает на вход источника оптического излучения 10, где преобразуется в оптический модулированный сигнал и передается через оптический волоконный объединитель каналов 12 в транспортный волоконный световод 3. При этом транспортный волоконный световод 3 обеспечивает передачу оптического сигнала, модулированного на высокой частоте без потерь до внешнего блока 1 и через оптическое согласующее устройство 6 передает в приемопередающий волоконный световод 7. Излучение, испускаемое из торца приемопередающего волоконного световода 7, собирается фокусирующей системой 5 в пучок и распространяется в сторону абонентского терминала второго устройства (не показано) с заданным углом расходимости.
Таким образом, обеспечивается прием и передача оптического информационного сигнала от внешнего блока к внутреннему блоку и обратно на расстояние до 300 метров без потери информации на скорости до 2,5 Гбит/с.