Оптический усилитель

 

Изобретение относится к усилительной технике и может быть использовано при создании чисто оптических устройств приема и обработки информации. Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введена группа оптических бистабильных элементов, разветвитель со связанными оптическими волноводами и выходной разветвитель, вход усилителя является входом первого бистабильного элемента, инверсный выход каждого бистабильного элемента подключен к входу последовательно с ним соединенного следующего бистабильного элемента, а прямые выходы всех бистабильных элементов подключены к входам соответствующих разветвлений, образующих с разветвлениями разветвителя, вход которого соединен с выходом источника постоянного излучения, оптически связанные волноводные пары и объединенных по выходу в выходной разветвитель, выход которого является выходом устройства. Техническим результатом является возможность усиления как когерентных, так и некогерентных оптических сигналов с высоким быстродействием. 1 ил.

Изобретение относится к усилительной технике и может быть использовано при создании чисто оптических устройств приема и обработки информации.

Известны оптические усилители, построенные на основе использования инжекционного или квантового усиления входного сигнала (Мировицкий Д.И. и др. Микроволновая оптика и голография. -М.: Наука, 1983, с. 320). Недостатком данных усилителей является возможность усиления только когерентных оптических сигналов. Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический усилитель (Семенов А.С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. -М.: Радио и связь, 1990, с. 193, рис. 7.17), содержащий пару управляемых направленных разветвителей и электронную схему управления. Недостатком данного усилителя является низкое быстродействие, несоизмеримое с быстродействием чисто оптических усилителей и обусловленное необходимостью использования электронной схемы управления.

Изобретение направлено на решение задачи оптического усиления как когерентных, так и некогерентных оптических сигналов с быстродействием, потенциально возможным для чисто оптических усилителей.

Поставленную задачу достигают при создании быстродействующих устройств приема и обработки информации, процесс функционирования которых обеспечивается только оптическими сигналами.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены группа оптических бистабильных элементов, разветвитель со связанными оптическими волноводами и выходной разветвитель, вход усилителя является входом первого бистабильного элемента, инверсный выход каждого бистабильного элемента подключен к входу последовательно с ним соединенного следующего бистабильного элемента, а прямые выходы всех бистабильных элементов подключены к входам соответствующих разветвлений, образующих с разветвлениями разветвителя, вход которого соединен с выходом источника постоянного излучения, оптически связанные волноводные пары, и объединенных по выходу в выходной разветвитель, выход которого является выходом устройства.

На чертеже приведена функциональная схема оптического усилителя.

Оптический усилитель содержит группу оптических бистабильных элементов (ОБЭ) 1₁-1_N, разветвитель 2, образующий систему связанных оптических волноводов (СОВ) 2₁-2_N, и выходной разветвитель 3, выход которого является выходом оптического усилителя.

Вход усилителя является входом первого ОБЭ 1₁. Инверсный выход каждого ОБЭ 1_j (под которым понимается выход, на котором формируется сигнал, когда интенсивность входного сигнала оказывается меньше пороговой, в трансфазоре это выход для отраженного потока, в СОВ - выход ответвления, на которое поступает входной сигнал, и т.п.) подключен к входу следующего ОБЭ 1_j+1, прямые выходы ОБЭ 1₁-1_N подключены к входам объединенных по выходу разветвлений 3₁-3_N выходного разветвителя 3, выход которого является выходом устройства. Вход разветвителя 2 соединен с выходом источника постоянного излучения I, его разветвления 2₁-2_N образуют с разветвлениями 3₁-3_N систему СОВ. Выходы разветвлений 2₁-2_N могут быть поглощающими или объединенными и подключенными вновь к источнику излучения с целью уменьшения потерь оптической мощности (как, например, показано на чертеже 1).

Устройство работает следующим образом.

Входной аналоговый оптический сигнал интенсивности X поступает на вход ОБЭ 1₁, порог срабатывания которого равен X_max - максимально возможному значению X. При X= X_max сигнал формируется на прямом выходе ОБЭ 1₁, при X<X - на инверсном. В последнем случае сигнал X поступает на вход ОБЭ 1₂ с порогом срабатывания X_max-Δ где число N определяет точность квантованного представления сигнала X. Аналогично предыдущему при X ≥ X_max-Δ сигнал появляется на прямом выходе ОБЭ 1₂, в противном случае - на инверсном, т.е. на входе ОБЭ 1₃ и т.д. В зависимости от величины X_max-jΔ≅X≅X_max-(j-1)Δ сигнал появляется на выходе соответствующего ОБЭ 1_j+1 с порогом срабатывания X_max-jΔ (регулировка которого может быть осуществлена как конструктивным путем, так и подачей на вход дополнительного оптического сигнала соответствующей интенсивности), с выхода которого поступает далее на вход разветвления Параметры СОВ 3_j и 2_j выбираются таким образом, что при появлении оптического сигнала заданной интенсивности в ответвлении 3_j в него осуществляется переброс мощного оптического сигнала из ответвления 2_j (Семенов А.С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. -М.: Радио и связь, 1990, с. 193). При этом схема разветвления разветвителя 2 конструктивно организована таким образом, что на вход ответвлений 2_j+1 подается постоянный поток с интенсивностью , где K - коэффициент усиления усилителя. Очевидно, что выбором интенсивности источника излучения I коэффициент k можно варьировать в широких пределах Таким образом, при появлении сигнала определенной малой интенсивности на выходе ОБЭ 1_j+1 (т.е. при X ≈ X_(j+1)) в ответвление 3_j+1 переключается световой поток с интенсивностью kX_(j+1)cp. (т.е. ≈kX), поступающий далее через разветвитель 3 на выход устройства.

Предложенный усилитель позволяет осуществлять усиление как когерентных, так и некогерентных сигналов с высоким быстродействием, определяемым по существу лишь временем срабатывания соответствующей цепочки ОБЭ.

Формула изобретения

Оптический усилитель, содержащий связанные оптические волноводы, отличающийся тем, что в устройство введены группа оптических бистабильных элементов, разветвитель со связанными оптическими волноводами и выходной разветвитель, вход оптического усилителя является входом первого оптического бистабильного элемента, инверсный выход каждого оптического бистабильного элемента подключен к входу следующего оптического бистабильного элемента, а прямые выходы всех оптических бистабильных элементов подключены к входам соответствующих разветвлений разветвителя со связанными оптическими волноводами, входы которых соединены с выходом источника постоянного излучения, а выходы оптически связанных волноводных пар объединены по выходу в выходной оптический разветвитель, выход которого является выходом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1