Спектральное оптическое устройство доступа в канал пере-дачи воспи на основе градиентных микролинз

Спектральное оптическое устройство доступа в канал передачи ВОСПИ

на основе градиентных микролинз

Юрий ВАСИЛЬЕВ, д. т. н., профессор

В настоящее время широкое распространение получили цифровые волоконно-оптические системы передачи информации (ВОСПИ) со спектральным уплотнением каналов по длинам волн А^,..., А.;,..., Ап. Для обмена информацией между приемо-передающими станциями (ППС), входящими в состав ВОСПИ, необходимы спектральные оптические устройства доступа (ОУД), с помощью которых обеспечивается подключение ППС к магистральному волоконно-оптическому кабелю (ВОК), соединяющему ППС, на любой из оптических несущих А1,., А;,., Ап. Эту задачу можно решить, применив быстродействующие многофункциональные акустооптические коммутационные устройства [1—3].

В работе [2] представлены результаты исследования однокоординатных акусто-оптических устройств доступа (ОАОУД). Однако возможности таких устройств ограничены подключением ППС только к одному магистральному ВОК, по которому передается спектральный пакет .., Х{,..., Хп.

В настоящей статье приведены результаты исследования АОУД, которое обеспечивает подключение ППС одновременно к двум магистральным волоконно-оптическим кабелям (МВОК) — МВОК1 и МВОК2 двухмагистральной спектральной ВОСПИ. Передача информации по МВОК1 и МВОК2 осуществляется соответственно спектральными пакетами А/ ,..., А’,..., Хп' и А1,., Х{,..., Хп. Дляре-ализации такого алгоритма коммутации в ОУД вместо однокоординатной акустооп-тической ячейки (АОЯ) [2] применяется двухкоординатная АОЯ (ДАОЯ) [3]. В ДАОЯ вторая пространственная координата используется для оптического соединения терминала (Т) ППС со вторым МВОК. В качестве фоку-

сирующих элементов, так же как и в АОУД [2], используются градиентные микролинзы типа «градан».

На рис. 1 представлена схема спектрального двухкоординатного АОУД (ДАОУД), входящего в состав j-й ППС, которой адресована Xj из спектрального пакета X1v.., Xi,..., Xn и Xj ' из пакета X1',..., X,-',..., Xn'.

На рис. 1 введены следующие обозначения: 1 — волоконно-оптические световоды оптических каналов а, ß, у, а и а1, ß1, у1, а1; 2 — «градан»; 3 — ДАОЯ с горизонтальным и вертикальным акустическими каналами; 4 — «градан»; МЧГ1 и МЧГ2 — многочастотные генераторы, формирующие электрические сигналы управления s1(i) и s2(t) акустических каналов ДАОЯ; ф ' jE = arcsin (Xj ' f '/2 Vn 1) — угол Брэгга; V — скорость распространения акустической волны; n1 — показатель преломления среды между торцом «градана» и ДАОЯ; МОПД1 и МОПД2 — многочастотные оптические передатчики j-й ППС; ОПР1 и ОПР2 — оптические приемники ППС.

Коммутационная схема соединений оптических каналов в ДАОУД-2 изображена на рис. 2.

Сплошные стрелки указывают соединения при подаче на ДАОЯ управляющих сигналов с генераторов МЧГ1 и МЧГ2, а пунктирные линии — соединения при выключенных генераторах.

ДАОУД можно реализовать в виде двух модификаций: с коллимирующими (четверть-периодными) (ДАОУД-1) и фокусирующими «граданами» (ДАОУД-2). Из результатов работы [2] следует, что быстродействие АОУД с фокусирующими «граданами» может быть на порядок выше по сравнению с вариантом АОУД, где используются коллимирующие «граданы».

Рассмотрим более перспективный вариант ДАОУД-2, основываясь на результатах, полученных в работе [2]. «Граданы» 2 и 4 (рис. 1), в отличие от коллимирующих «граданов», расширяющих световые пучки, фокусируют световые лучи в объем АОЯ. Их длины 21 рассчитываются по формуле [2]:

ат МОПД2

к ОПР2

МВОК2

Рис. 1. Схема спектрального двухкоординатного АОУД

мвок2 V-VA

от МОПД2 МВОК1 х\... vr. от МОПД1

Рис. 2. Коммутационная схема соединений оптических каналов в ДА-ОУД-2

Zi = (m/g)^ 1 - (Mj sin(p'ßlnQq)2,

где величины

q = sinm, m=QZy

nl2<tn<n,0. = gl^\-{gi,a)2 —

постоянная распространения «градана»; g— постоянная «градана»; n0 — показатель преломления на оси «градана» OZ; ф j = ф-б — угол Брэгга для светового пучка, излучаемого горизонтальными каналами у, а; Ф-б = arcsin(Xjf/2 Vn j) — угол Брэгга для светового пучка из вертикальных каналов а, ß;

^а = nJsmß/nogq-

Геометрия размещения оптических каналов а, ß и а1, ßj в ДАОУД-2 вдоль вертикальной координаты Е, такая же, как и в фокусирующем ОАОУД [2]. Поэтому алгоритмы переключения этих каналов, показанные на рис. 2, при подключении ППС к МВОК2, по которому распространяется спектральный пакет Xjv.., Xj,..., Xn, не отличаются от работы ОАОУД. В связи с этим для обеспечения соединений j-й ППС с любой г-й ППС частоты fj,., fj,..., fn управляющего сигнала s2(t), поступающего с МЧГ2 на ДАОЯ, выбираются по методике, описанной в работах [1, 2], таким же образом, как и в ОАОУД, то есть f = Xjfj/X,-. ДАОУД-2 при подключении j-й ППС к МВОК2 в режимах приема, передачи, самоконтроля и оптического шунтирования (обхода) работает аналогично ОАОУД [2] (рис. 2).

Для подключения терминала Т j-й ППС к МВОК1 вдоль горизонтальной координаты Е, размещаются дополнительные оптические каналы у, а и у1, а1, пристыкованные к торцам соответствующих «граданов» 2, 4.

Рассмотрим режим подключения Т ППС к МВОК1, по которому распространяется спектральный пакет X/ ,..., X-',..., Xn', длина волны X-' из которого, так же как и j из МВОК2, адресована j-й ППС ВОСПИ. Оптические каналы у, а и у1, а1 управляются горизонтальным акустическим каналом ДАОЯ, в котором акустическая волна возбуждается сигналом s1(t), поступающим с МЧГ1, который формирует сетку частот fj,..., fj',., fn’, отвечающую пакету X/ ,..., Xj’,..., Xn'. Оптические световоды каналов у, а, у1, а1 размещаются вдоль координаты Е, аналогично каналам а, ß, а1, ß1 с целью выполнения условия дифракции Брэгга фj = arcsin (Xj ' fj'/2 Vn 1) на горизонтальной акустической волне. В этом случае световод 1 горизонтального оптического канала у, подключенный к МВОК1, сдвинут на относительно оси «градана» 2 вдоль координаты Е, таким образом, чтобы световой пучок излучался «гра-даном» 2 под углом Брэгга фj . Тогда, благодаря дифракции Брэгга, из пакета X/,..., Xj',..., Xn' в оптический канал а1 отклоняется световой сигнал на длине волны Xj' , который преобразуется ОПР1 в электрический аналог, поступающий в терминал Т ППС

(рис. 2). Остальные сигналы из пакета на оптических несущих Х{' Ф X? проходят через ДАОЯ, не отклоняясь, вводятся в МВОК1 и распространяются к другим ППС. МЧГ1 генерирует набор частот // ,..., ^' ,..., п ’, которые соответствуют оптическим несущим X/,., Xj',..., Хп' и выбираются так же, как для горизонтального канала [2]: f' = Xjfj'/X/ , где і =1,., п. Тогда в режиме приема при генерации МЧГ1 частоты fí’ из пакета длин волн, распространяющихся по МВОК1, отфильтровывается световой пучок с длиной волны Xí'. Он отклоняется в оптический канал а1 и далее поступает на ОПР1; остальные волны из пакета пропускаются, не отклоняясь в канал у1, и проходят в МВОК1 к другим ППС. Для связи данной ;-й ППС с любой і-й ППС МЧГ1 формирует частоту fí', при этом МОПД1 генерирует длину волны Xí', на которой информация через каналы а и у1 поступает в МВОК1 и передается і-й ППС. Каналы у, а стыкуются с торцом «градана» 2 в точках Е^, Еа с соответствующими координатами (-Еа, 0), (Еа, 0), а каналы у1, а1 стыкуются с торцом «градана» 4 в точках Еу1, Еа1, имеющих соответственно координаты: (Еа, 0), (-Еа, 0), где Еа = п^іпф'ъ/п0gq в режимах приема, передачи, самоконтроля и оптического шунтирования по ВОК1 ДАОУД работает так же, как и с ВОК2 (рис. 2).

С помощью ДАОУД-2 ППС может подключаться к МВОК1 и МВОК2 попеременно или одновременно при одновременном включении МЧГ1 и МЧГ2. При попеременном включении МЧГ1, 2 терминал подключается к МВОК1 или МВОК2, при этом по неподключенному МВОК осуществляется оптическое шунтирование ППС. При выходе из строя терминала (при аварийном режиме работы) выключается питающее напряжение и МЧГ1, МЧГ2 переводятся в состояние «выключено». В этом случае осуществляется оптическое шунтирование отказавшего терминала ППС одновременно по МВОК1 и МВОК2.

Быстродействие рассмотренного спектрального ДАОУД-2 может составлять единицы-десятки нс, что открывает возможности для их использования в сверхскоростных ВОСПИ как непосредственно в составе ППС, так и автономно — в виде оптических розеток, размещенных в различных местах трассы МВОК.

Литература

1. Васильев Ю. Г. Многофункциональное акусто-оптическое устройство доступа // Радиотехника. 1991. № 8.

2. Васильев Ю. Г. Микрооптические спектральные акустооптические устройства доступа для волоконно-оптических систем передачи // Радиотех-ника.1999. № 9.

3. Васильев Ю. Г. Двухкоординатные акустооптические переключатели каналов // Радиотехника. 1997. № 10.