ГЕНЕРАТОР ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к формирователям сигналов оптического диапазона и может быть использована для генерирования оптических сигналов.
Известен генератор радиосигнала [1], который состоит из электронных и фотонных (оптических) элементов.
Однако генератор предназначен для формирования спектра сигналов СВЧ-диапазона с использованием оптических элементов.
Известен генератор оптических импульсов [2], содержащий входной оптический волновод и выходной волновод, связанные с замкнутым оптическим волноводом посредством соединительного элемента. Замкнутый волновод выполнен на одной подложке с соединительным элементом и содержит, по крайней мере, два оптически связанных двухкомпонентных инжекционных лазера. Активные области лазеров являются участками упомянутого замкнутого волновода, а резонаторы лазеров образованы брэгговскими зеркалами, причем контакты лазеров соединены с блоком управления.
Однако аналогу присущи следующие недостатки:
- отсутствует возможность регулировки мощности выходного оптического сигнала;
- отсутствует режим попеременного изменения частоты оптического излучения;
- нет возможности формирования спектра сложного оптического сигнала с несколькими поднесущими оптического диапазона.
Известна система и способ для создания оптических сигналов с возвратом к нулю и дифференциальным двухфазным смещением [3].
Система содержит электрооптическую систему преобразования, которая сконфигурирована так, чтобы принимать входной электрический сигнал без возврата к нулю, обрабатывать информацию, связанную с входным электрическим сигналом без возврата к нулю, и создавать первый и второй электрические сигналы, основываясь, по крайней мере, на информации, связанной с входным электрическим сигналом без возврата к нулю. Кроме того, электрооптическая система преобразования сконфигурирована так, чтобы задерживать второй электрический сигнал по отношению к первому электрическому сигналу на определенный промежуток времени, обрабатывать информацию, связанную с первым электрическим сигналом и задержанным вторым электрическим сигналом, и создать выходной оптический сигнал с возвратом к нулю, основываясь, по крайней мере, на информации, связанной с первым электрическим сигналом и задержанным вторым электрическим сигналом. Выходной оптический сигнал с возвратом к нулю является оптическим дифференциальным сигналом с возвратом к нулю, а выходной оптический сигнал с возвратом к нулю, в основном, не содержит никаких колебаний частоты.
Система для создания оптического сигнала с возвратом к нулю, содержит:
- блок предварительного кодирования, сконфигурированный так, чтобы принимать входной электрический сигнал без возврата к нулю и создавать первый и второй сигналы;
- устройство для временной задержки, сконфигурированное так, чтобы принимать второй сигнал и создавать третий сигнал, причем третий сигнал задерживают по отношению ко второму сигналу на определенный промежуток времени;
- сумматор, сконфигурированный так, чтобы принимать первый и третий сигналы и создавать четвертый сигнал, причем четвертый сигнал связан с суммой первого и третьего сигналов;
- источник света, сконфигурированный так, чтобы создавать световой сигнал;
- усилитель, сконфигурированный так, чтобы принимать первый и третий входные сигналы и создавать первый и второй управляющие сигналы, причем каждый из управляющих сигналов связан с разностью между первым и третьим входными сигналами;
- электрооптический модулятор, сконфигурированный так, чтобы принимать световой и управляющий сигналы, модулировать световой сигнал управляющим сигналом и создавать выходной оптический сигнал;
- источник света, сконфигурированный, чтобы создавать свет;
- электрооптический модулятор Маха-Цендера, смещенный на нуль и сконфигурированный так, чтобы принимать световой (оптический) и управляющий сигналы, модулировать световой сигнал управляющим сигналом и создавать выходной оптический сигнал.
Выходной оптический сигнал является оптическим сигналом с возвратом к нулю и дифференциальным двухфазным смещением.
Источник света является лазером. Электрооптический модулятор является модулятором Маха-Цендера (МЦ (MZ)).
Данной системе присущи следующие недостатки:
- отсутствует возможность регулировки мощности выходного оптического сигнала;
- система обеспечивает только один режим работы - создание оптического сигнала с возвратом к нулю;
- отсутствует режим попеременного изменения частоты оптического излучения;
- отсутствует возможность подавления основной центральной составляющей спектра оптического сигнала;
- нет возможности формирования спектра сложного оптического сигнала с несколькими поднесущими оптического диапазона.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение арсенала технических средств, предназначенных для формирования сигналов оптического диапазона.
Технический результат заключается в создании генератора оптических сигналов новой конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что генератор оптических сигналов содержит оптически последовательно связанные лазер, электрооптический модулятор, первый оптический коммутатор, группу из п оптических фильтров, где n>1, второй оптический коммутатор, оптический усилитель с оптическим выходом, а также последовательно связанные генератор управляемый напряжением (ГУН), первый коммутатор СВЧ-сигнала, группу из m фильтров СВЧ-сигнала, где m>1, второй коммутатор СВЧ-сигнала, выход которого подключен к модулирующему входу электрооптического модулятора, выход цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) соединен с управляющим входом ГУН, входы-выходы управления и контроля вычислителя подключены к соответствующим входам-выходам первого и второго коммутаторов СВЧ-сигнала, ЦАП, первого и второго оптических коммутаторов, оптического усилителя с оптическим выходом, при этом у вычислителя имеется вход-выход управления и контроля генератора оптических сигналов.
Сущность полезной модели будет понятна из описания и приведенного чертежа, где введены обозначения:
1 - лазер;
2 - электрооптический модулятор;
3 - первый оптический коммутатор;
4 - оптический фильтр;
5 - второй оптический коммутатор;
6 - оптический усилитель с оптическим выходом;
7 - генератор управляемый напряжением (ГУН);
8 - первый коммутатор СВЧ-сигнала;
9 - фильтр СВЧ-сигнала;
10 - второй коммутатор СВЧ-сигнала;
11 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);
12 - вычислитель;
13 - вход-выход управления и контроля генератора.
0
i
Устройство работает следующим образом. Лазером 1 формируется оптическое изучение частотой f, которое поступает на вход оптического модулятора 2. На его модулирующий вход подается СВЧ- сигнал со спектром шириной Δf с выхода второго коммутатора 10 СВЧ-сигналов.
Спектр сигнала на выходе генератора 7, управляемого напряжением с выхода ЦАП 11, зависит от выбранного режима работы. Форма сигналов на выходе ЦАП 11 может быть в виде постоянного, модулированного, пилообразного, синусоидального напряжения и других. Число разрядов ЦАП 11 выбираются так, чтобы шумы квантования не влияли на точность установки частоты ГУН 7.
Форма спектра на выходе генератора 7, управляемого напряжением, задается сигналом с выхода ЦАП 11 в зависимости от типа управляющего воздействия с выхода вычислителя 12. Режим работы устройства определяется и выбором типа оптических фильтров 4 и фильтров СВЧ-сигнала 9. С помощью входа-выхода 13 обеспечивается управление режимами работы генератора оптических сигналов и контроль работоспособности его основных узлов на внешних устройствах. Вход-выход 13 может быть реализован, например, по протоколу Ethernet [4, 5]. С помощью фильтров СВЧ-сигнала 9 освобождаются от паразитных комбинационных составляющих и формируют требуемый спектр СВЧ-радиосигнала, подаваемого на вход электрооптического модулятора 2. Форма спектра может быть, например, в виде отдельной составляющей при формировании ГУН 7 синусоиды и нескольких составляющих (поднесущих) в других случаях. Например, для формирования одной оптической поднесущей на выходе ЦАП 11 формируется постоянное напряжение, в спектре СВЧ-сигнала ГУН 7 фильтром СВЧ-сигнала 9 выделяется соответствующая поднесущая спектра СВЧ-сигнала, а оптическим фильтром 4, в зависимости от выбранного режима работы, выделяется требуемая поднесущая спектра оптического диапазона. Число п оптических фильтров 4 и m фильтров СВЧ-сигнала 9 выбирается в зависимости от количества заданных режимов работы генератора. Коммутация п оптических фильтров 4 и m фильтров СВЧ-сигнала 9 осуществляется с помощью узлов 8 и 10, 3 и 5 при управляющих воздействиях вычислителя 12. Вычислителем 12 осуществляется управление величиной мощности оптического сигнала на выходе оптического усилителя 6.
Конструкция предлагаемого генератора оптических сигналов позволяет увеличить количество режимов работы генератора оптических сигналов за счет попеременного изменения частоты оптического излучения и подавления основной центральной составляющей спектра оптического сигнала.
Возможны и другие режимы работы генератора.
Узлы 1-6, 8-11 могут быть выполнены, например, на элементах, рассмотренных в работе [1], ГУН 7 - на микросхеме 530ГГ1, вычислитель 12 - на сигнальном процессоре типа TMS320C6678 [6 радел 2, рис. 2.22, 2.23].
В одном из вариантов генератора оптических сигналов узлы 3, 5, 8, 10 и соответствующие им связи с вычислителем могут отсутствовать, при этом используются один оптический фильтр 4 и один фильтр СВЧ-сигнала 9, соответствующие заданным требованиям.
Выходы п оптических фильтров 4 объединены и осуществляют операцию оптической схемы ИЛИ, а первый оптический коммутатор - операцию оптической схемы И.
Оптическая связь может быть организована с помощью световодов, а при интегральном исполнении генератора - световоды могут отсутствовать.
Увеличение количества режимов работы генератора оптических сигналов позволяет расширить область применения предлагаемого устройства. Генератор оптических сигналов может быть использован в различных передающих устройствах систем передачи данных с частотным разделением каналов и измерительных системах для тестирования волоконно-оптических линий связи.
Литература:
1. Д.Ф. Зайцев. Нанофотоника и ее применение. М.: Фирма АКТЕОН. 2011. - 427 с.
2. Авторское свидетельство СССР №1416016.
3. Патент РФ №2372725.
4. К.Э. Эрглис. Интерфейсы открытых систем. - М.: Горячая линия - Телеком, 2000. - 256 с.
5. А.А. Мячев. Интерфейсы средств вычислительной техники. Энциклопедический справочник. - М.: Радио и связь, 1993. - 350 с.
6. В.А. Березовский, И.В. Дулькейт, O.K. Савицкий. Современная декаметровая радиосвязь. Оборудование, системы и комплексы. М.: / Радиотехника, 2011, - 444 с.