Регенератор оптического сигнала

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 04 В 10/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН,/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4845244/09 (21) 27.06.90 (46) 15 12.92. Бал, М 46 (71) Научно-производственное объединение

"Дальняя связь" (72) Ю.Ф.Федоров и В.О.Окунев (56) Заявка Японии М 56-40161, кл.Н 04 В

9/00, 1960.

Electronics Letters, 1989, ч,25. М 20, с.

1332.,, Ц„, 1781831 А1 (54) РЕГЕНЕРАТОР ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА (57) 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.

1781831

Изобретение относится к технике связи, в частности к волоконно-оптическим системам передачи информации и может быть использовано для регенерации цифрового оптического сигнала. 5

В области развития цифровых систем передачи информации с использованием волоконно-оптических линий связи для передачи сигналов на большие расстояния значительную роль играет проблема восстановления амплитуды, формы и временных положений передаваемых оптических импульсов. Для реализации этой цели, в насто10 ящее время разработано значительное

15 количество регенераторов, использующих различные принципы работы, одни из которых включают в себя оптоэлектронное и электронно-оптическое преобразование, соответственно на входе и выходе регенератора, а другие осуществляют обработку

20 сигнал ов непосредственно в оптическом диапазоне частот, Из приведенных ниже аналогов видно, что регенератор, содержащий оптоэлектронное преобразование дорегенератор, осуществляющий обработку сигналов в оптическом диапазоне требует дополнительного оконечного оборудования. Следовательно, проблема создания простых и надежных регенераторов, осуще30 ствляющих высокоэффективную обработку сигналов, является сложной.

Известен оптический регенератор, в котором импульсы йринятых сигналов и синх35 ронные оптические импульсы, служащие для смещ ния принятых сигналов, улучшают помехоустойчивость схемы, которая состоит из оптического детектора, электронного усилителя, синхронизирую40 щей схемы, источника опорного излучения и оптического модулятора, Недостатком данного регенератора является высокая сложность и схемного решения, в результа — å чего снижается надежность.

Кроме того, известен полностью оптический регенератор, содержащий в своей основе нелинейный оптический усилитель

50 на полупроводниковом двухканальном лазере с зарощенной гетероструктурой и резонатором Фабри-Перо. Эффективный коэффициент преломления лазера зависит от уровня мощности, что ведет к бистабильной характеристике усиления. На резонатор через оптическое волокно подавалось два сигнала: один был тактовой последовательностью c il,= 1514 нм, а другой был регенерируемой последовательностью импульсов вольно сложен схематически, а 25 с = 1526 нм. Регенерируемая последовательность имела А= 1514 нм, среднюю мощность Р,р=20 мкВт при вероятности ошибки

Р>ш = 3 10

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

Р0С íà A. = 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 синхронизирую щая последовательность. Затем она объединяется с другой частью сигнала во втором соединителе 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 теряется 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 задер>кки, выход кото1781831

10

20

30

40

55 рого соединен с тактирующим входом полупроводникового лазера, электрический выход полупроводникового квантового усилителя соединен с входом конденсатора;

На фиг.1 представлена блок-схема регенератора оптического сигнала, где 1 — полупроводниковый квантовый усили ель, 2— полупроводниковый лазер, 3 — электронный усилитель, 4 — полосовой фильтр на поверхностно-акустических волнах, 5 — линия задержки. 6 — источник смещения.

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

Регенератор работает следующим образом.

Входной оптический сигнал, поступающий на вход полупроводникового квантового усиг:ителя 1, усиливается по мощности и поступает далее, через одномодовый волоконно-оптический кабель на вход полупроводникового лазера 2.

Распространяющийся в полупроводниковом квантовом усилителе оптический сигнал меняет его проводимость, в результате чего в цепи питания усилителя возникают колебания падения. напряжения 8U/3Р. Данные колебания используются для хронирования последовательности оптических импульсов в полупроводниковом лазере, который осуществляет восстановление амплитуды, длительности и временных положений оптических импульсов, Колебания падения напряжения д0/8P, пройдя через фильтрующую емкость поступают на электронный усилитель 3, в котором усиливаются и поступают далее на полосовой фильтр на поверхностно-акустических волнах 4, который выделяет из случайной последовательности гармоническую составляющую, с частотой, равной скорости передачи оптического сигнала, Далее, зта гармоническая составляющая, пройдя через линию задержки, поступает на полупроводниковый лазер, причем задержка осуществляется таким образом, что один из полупериодов гармонической синхрочастоты 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 параметрам: энергетический потенциал, энергопотребление, надежность

Энергетический потенциал регенератора определяется уровнем входного и выходного оптических сигналов. Выходной оптический сигнал, формируемый полупроводниковым лазером может составлять О..+ 3 дБм, При этом, уровень входного переключающего оптического сигнала не превышает — 10 дБм. Таким образом, полупроводниковый лазер усиливает оптический сигнал на

10 — 3 дБ. Коэффициент усиления полупроводникового квантового усилителя 30 дБ.

Потери оптического сигнала в регенераторе складываются из потерь согласования по входам (3,0 х 2 = 6 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 трехдецибельных 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 150 х 2 = 300 мВт, 1781831

Составитель В.Окунев

Техред М.Моргентал

Корректор M.Ìàêñèìèøèíeö

Редактор

Заказ 4282 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета bio изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 полупроводниковый квантовый усилитель

100 мВт, электронный усилитель 10 мВт.

Таким образом, увеличение энергетического" потенциала заявляемого регенератора не влияет на его энергопотребление, и 5 составляет ЗОО мВт как у заявляемого регенератора, так и у прототипа, Надежность регенератора определяется надежностью его отдельных элементов и их количеством, Наименее надежными эле- 10 ментами регенератора являются в настоящее время полупроводниковые лазеры с неоднородным возбуждением (интенсивность отказов А = 4,5 10 час ). У полупроводникового квантового усилителя 15 интенсивность отказов на два порядка ниже.

У интегральной схемы электронного усилителя Л =.2 10 9 час, а у пассивных элементов (линии задержки, фильтр поверхностной акустической волны) Л = 5x 20 х10 . Из приведенных данных видно, что интенсивность отказов заявляемого регенератора (Л= 4,543.10 час ) и вдвое ниже интенсивности отказов прототипа il = 9.,044"

«10 6 час ).

-f

Формула изобретения

Регенератор оптического сигнала, содержащий полупроводниковый квантовый усилитель, выход которого оптически соединен с входом полупроводникового лазера, выход которого является выходом регенератора,и 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.