Устройство оптической линии связи

 

Изобретение относится к системам оптической связи и может быть использовано в атмосферных линиях связи. Технический результат состоит в уменьшении зависимости энергетического потенциала оптической линии связи от изменений характерного размера поперечного сечения пучков излучения оптических передатчиков, прошедших через слой атмосферы. Для этого оценивают влияние атмосферы на размеры поперечного сечения пучков излучения оптических передатчиков и компенсируют это влияние путем изменения расходимости этих пучков. 1 ил.

Изобретение относится к области оптической связи и может быть использовано в атмосферных оптических линиях связи.

Наиболее близким по техническим признакам к настоящему устройству оптической линии связи является устройство оптической линии связи, содержащее первый и второй оптические терминалы, каждый из которых выполнен с возможностью функционирования в режимах приема и передачи, при этом каждый оптический терминал содержит базовый элемент, N, где N≥2, оптических передатчиков А, работающих на длине волны λ, оптические оси которых параллельны, причем пучки излучения оптических передатчиков А перекрываются на другом терминале, а приемник и оптические передатчики А жестко закрепленны на базовом элементе [1].

Недостатком прототипа является зависимость энергетического потенциала оптической линии связи от характерных размеров поперечного сечения пучков излучения оптических передатчиков, прошедших через слой атмосферы. Данный недостаток вызван следующими обстоятельствами. Распространяющийся в атмосфере оптический пучок расширяется в результате дифракции на апертуре передающей оптики, влиянию турбулентности атмосферы [2] и рассеянию на атмосферном аэрозоле [3]. Величина характерного размера поперечного сечения пучка излучения одиночного оптического передатчика А на противоположном терминале – D _n зависит от текущего состояния атмосферы и меняется во времени. Соответственно изменяется величина характерного размера поперечного сечения пучка излучения D на противоположном оптическом терминале, образованного в результате некогерентного суммирования N параллельных пучков излучения оптических передатчиков А. И как следствие изменяется величина энергетического потенциала оптической линии связи.

Технический результат, который достигается при осуществлении заявленного устройства оптической линии связи, заключается в снижении зависимости энергетического потенциала оптической линии связи от характерных размеров поперечного сечения пучков излучения оптических передатчиков А, прошедших через слой атмосферы.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известное устройство оптической линии связи, содержащее первый и второй оптические терминалы, каждый из которых выполнен с возможностью функционирования в режимах приема и передачи, при этом каждый оптический терминал содержит базовый элемент, N, где N≥2, оптических передатчиков А, работающих на длине волны λ ₁, оптические оси которых параллельны, причем пучки излучения оптических передатчиков А перекрываются на другом терминале, а приемник и оптические передатчики жестко закрепленны на базовом элементе, в устройство каждого оптического терминала дополнительно введены оптический передатчик Б, работающий на длине волны λ ₂, где λ ₂<λ ₁, приемный объектив, матрица фотодетекторов, N блоков изменения расходимости излучения, блок управления, производящий вычисление характерного размера изображения излучения оптического передатчика Б противоположного оптического терминала на матрице фотодетекторов и формирующий сигналы на N блоков изменения расходимости излучения, причем каждое из N блоков изменения расходимости излучения механически и оптически связано с соответствующим оптическим передатчиком А, приемный объектив механически и оптически связан с матрицей фотодетекторов, блок управления электрически соединен с матрицей фотодетекторов и с каждым из N блоков изменения расходимости излучения, оптический передатчик Б и приемный объектив жестко закреплены на базовом элементе, а их оптические оси параллельны оптическим осям оптических передатчиков А.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное техническое решение отличается тем, что, в устройство каждого оптического терминала дополнительно введены оптический передатчик Б, работающий на длине волны λ ₂, где λ ₂<λ ₁, приемный объектив, матрица фотодетекторов, N блоков изменения расходимости излучения, блок управления, производящий вычисление характерного размера изображения излучения оптического передатчика Б противоположного оптического терминала на матрице фотодетекторов и формирующий сигналы на N блоков изменения расходимости излучения, причем каждое из N блоков изменения расходимости излучения механически и оптически связано с соответствующим оптическим передатчиком А, приемный объектив механически и оптически связан с матрицей фотодетекторов, блок управления электрически соединен с матрицей фотодетекторов и с каждым из N блоков изменения расходимости излучения, оптический передатчик Б и приемный объектив жестко закреплены на базовом элементе, а их оптические оси параллельны оптическим осям оптических передатчиков А.

Сущность изобретения заключается в следующем: применение в устройстве оптического терминала N блоков изменения расходимости излучения, каждое из которых механически и оптически связано с соответствующим оптическим передатчиком. А, позволило влиять (изменяя расходимость излучения оптических передатчиков А) на параметры распределения оптического излучения на приемнике другого оптического терминала, образованного в результате некогерентного суммирования N параллельных пучков излучения оптических передатчиков, прошедших слой атмосферы; введение в состав устройства каждого оптического терминала оптического передатчика. Б, работающего на длине волны λ ₂, где λ ₂<λ ₁, приемного объектива, матрицы фотодетекторов, блока управления, причем приемный объектив механически и оптически связан с матрицей фотодетекторов, блок управления электрически соединен с матрицей фотодетекторов и с каждым из N блоков изменения расходимости излучения, оптический передатчик. Б и приемный объектив жестко закрепленный на базовом элементе, а их оптические оси параллельны оптическим осям оптических передатчиков А, позволило производить оценку текущего характерного размера поперечного сечения пучка излучения одиночного оптического передатчика А – D_n, прошедшего через слой атмосферы (по характерному размеру изображения излучения оптического передатчика Б противоположного оптического терминала на матрице фотодетекторов) и формировать сигналы на каждое из N блоков изменения расходимости излучения для компенсации влияния атмосферы на D_n за счет изменения расходимости оптических передатчиков А. Отметим, что введение оптического передатчика Б, работающего на длине волны λ ₂, где λ ₂<λ ₁, позволило поднять точность оценки D_n методом прямого просвечивания атмосферы (по сравнению с применением в качестве источника излучение оптического передатчика А) за счет применения источника излучения с фиксированной расходимостью (точность падает, если расходимость излучения меняется) и повышения чувствительности метода за счет перехода на более короткую волну излучения.

Таким образом, совокупность введенных в устройство элементов и их связей позволила уменьшить зависимости энергетического потенциала оптической линии от характерных размеров поперечного сечения пучков излучения оптических передатчиков, прошедших через слой атмосферы, что было практически невозможно при использовании прототипа. Следовательно, техническое решение соответствует критерию "новизна". Кроме того, так как требуемый технический результат достигается всей вновь введенной совокупностью существенных признаков, которая в известной патентной и научно - технической литературе не обнаружена на дату подачи заявки, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлена блок-схема оптического терминала, на базе которого строится предлагаемое устройство оптической линии связи, где:

1 - блок изменения расходимости излучения; 2 - оптический передатчик А; 3 - приемник; 4 - базовой элемент; 5 - блок управления; 6 - оптический передатчик Б; 7 - приемный объектив; 8 - матрица фотодетекторов.

Предполагаемое устройство работает следующим образом. Перед началом работы каждый из двух идентичных оптических терминалов юстируется (наводятся на другой) угловым перемещением базового элемент 4. N оптических передатчиков А 2 первого оптического терминала излучают ОИ на длине волны λ ₁, промодулированное информационным сигналом, причем пучки излучения этих оптических передатчиков А 2 перекрываются на втором оптическом терминале. Приемник 3 второго оптического терминала принимает часть излучения оптических передатчиков А 2 и выделяет информационный сигнал.

Оптический передатчик Б 6 первого оптического терминала излучает ОИ на длине волны λ ₂. Это излучение проходит тот же путь, что и ОИ оптических передатчиков А 2 и попадает на приемный объектив 7 второго оптического терминала и далее на матрицу фотодетекторов 8. Матрица фотодетекторов 8, преобразует оптический сигнал в электрический, несущий информацию о размерах изображения излучателя (оптического передатчика Б 6 первого оптического терминала). По этим сигналам в блоке управления 5 производится текущая оценка, например по методикам [2, 3], вклада атмосферы в изменение поперечного размера пучка излучения на длине волны λ ₂ (и далее пересчитывается этот вклад для излучения на длине волны λ ₁), прошедшего через слой атмосферы от первого оптического терминала до второго. Эти же зависимости могут быть получены предварительно экспериментальным путем. Кроме того, в блоке управления 8 формируются сигналы на N блоков изменения расходимости излучения. Величина этих сигналов выбирается таким образом, чтобы скомпенсировать изменение характерных размеров поперечного сечения пучков излучения - D_n (вызванное атмосферным фактором), оптических передатчиков А 2 второго оптического терминала, путем изменения их расходимости.

Блоки изменения расходимости излучения 1 осуществляют указанные изменения расходимости пучков излучения каждого из N оптических передатчиков А 2 второго оптического терминала, в результате чего величина D_n остается неизменной (изменяется на меньшую чем у прототипа величину). Соответственно остается неизменной (изменяется на меньшую чем у прототипа величину) величина характерного размера поперечного сечения пучка излучения D на противоположном оптическом терминале, образованного в результате некогерентного суммирования N параллельных пучков излучения оптических передатчиков А2 второго оптического терминала. Первый оптический терминал при приеме излучения оптических передатчиков А 2 второго оптического терминала работает аналогично второму.

Таким образом, заявленное устройство оптической линии связи, позволяет уменьшить зависимости энергетического потенциала оптической линии связи от характерных размеров поперечного сечения пучков излучения оптических передатчиков А, прошедших через слой атмосферы.

Источники информации

1. Патент US 5777768, МКП⁷ Н 04 В 10/00. Лазерная линия связи с несколькими передатчиками, 07.07.1998.

2. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере/ А.С.Гурвич, А.И.Кон, С.С.Хмелевцов. - М.: Наука, 1976. - 277 с.

3. Перенос изображений в рассеивающей среде./ Э.П.Зеге, А.П.Иванов, И.А.Кацев. - Мн.: Наука и техника, 1985. - 327 с.

Формула изобретения

Устройство оптической линии связи, содержащее первый и второй оптические терминалы, каждый из которых выполнен с возможностью функционирования в режимах приема и передачи, при этом каждый оптический терминал содержит базовый элемент, N, где N≥2, оптических передатчиков А, работающих на длине волны λ ₁, оптические оси которых параллельны, причем пучки излучения оптических передатчиков А перекрываются на другом терминале, а приемник и оптические передатчики жестко закреплены на базовом элементе, отличающееся тем, что в устройство каждого оптического терминала дополнительно введены оптический передатчик Б, работающий на длине волны λ ₂, где λ ₂<λ ₁, приемный объектив, матрица фотодетекторов, N блоков изменения расходимости излучения, блок управления, производящий вычисление характерного размера изображения излучения оптического передатчика Б противоположного оптического терминала на матрице фотодетекторов и формирующий сигналы на N блоков изменения расходимости излучения, причем каждое из N блоков изменения расходимости излучения механически и оптически связано с соответствующим оптическим передатчиком А, приемный объектив механически и оптически связан с матрицей фотодетекторов, блок управления электрически соединен с матрицей фотодетекторов и с каждым из N блоков изменения расходимости излучения, оптический передатчик Б и приемный объектив жестко закреплены на базовом элементе, а их оптические оси параллельны оптическим осям оптических передатчиков А.

РИСУНКИ