Оптический передатчик



Оптический передатчик
Оптический передатчик
H04B10/2575 - Передающие системы, использующие потоки корпускулярного излучения или электромагнитные волны, кроме радиоволн, например световые, инфракрасные (оптические соединения, смешивание или разделение световых сигналов G02B; световоды G02B 6/00; коммутация, модуляция и демодуляция светового излучения G02B,G02F; приборы или устройства для управления световым излучением, например для модуляции, G02F 1/00; приборы или устройства для демодуляции, переноса модуляции или изменения частоты светового излучения G02F 2/00; оптические мультиплексные системы H04J 14/00)

Владельцы патента RU 2677112:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Изобретение относится к аналоговой оптической связи и может быть использовано для передачи аналоговых сигналов в условиях помех от работы мощных импульсных электрофизических установок, а также для передачи аналоговых сигналов на дальние расстояния (несколько километров). Сущность изобретения: в оптическом передатчике, содержащем полупроводниковый излучатель, усилитель с дифференциальным входом, неинвертирующий вход которого является входом передатчика, инвертирующий вход усилителя соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя через цепь обратной связи, выполненную по схеме делителя напряжения, причем верхнее плечо делителя подключено к одному из выводов излучателя, нижнее плечо делителя подключено к общей шине, выход делителя подключен к инвертирующему входу усилителя, выход усилителя через буферный каскад соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя, новым является то, что по меньшей мере одно из плеч делителя имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, компенсирующую нелинейность зависимости выходной мощности от тока полупроводникового излучателя. Достигаемым техническим результатом заявляемого изобретения является расширение линейного динамического диапазона оптического передатчика и, соответственно, улучшение достоверности передачи устройством формы аналогового сигнала. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к аналоговой оптической связи и может быть использовано для передачи аналоговых сигналов в условиях помех от работы мощных импульсных электрофизических установок, а также для передачи аналоговых сигналов на дальние расстояния (несколько километров).

Для указанных задач применяются волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) с амплитудной модуляцией.

Сигнал напряжения преобразуется передающим оптическим модулем (ПОМ) в световой сигнал с амплитудной модуляцией интенсивности, который передастся по оптическому волокну и затем преобразуется приемным оптическим модулем (ПРОМ) в пропорциональный выходной сигнал напряжения.

Основной вклад в нелинейность ВОСП с амплитудной модуляцией вносят ПОМ. Входящие в состав ПРОМ фотоприемники, преобразующие световой сигнал в пропорциональное выходное напряжение практически не вносят нелинейных искажений в передачу сигнала, так как обычно используют фотодиоды, характеристики которых линейны в широком диапазоне фототоков.

Амплитудная модуляция в волоконно-оптических каналах осуществляется изменением тока излучателя. Полупроводниковые излучатели, в качестве которых могут использоваться как светодиоды, так и суперлюминесцентные и лазерные диоды, обладают существенно нелинейной зависимостью излучаемой мощности от тока через диод.

Из уровня техники известен оптический передатчик, использующий компенсацию нелинейности полупроводникового излучателя при помощи предыскажения (патент US 5373384, опубликован 13.12.1994).

Входной сигнал напряжения поступает к полупроводниковому излучателю через схему формирования предыскажения, служащую для улучшения линейности отклика излучателя. Схема формирования предыскажения содержит П-образный аттенюатор, состоящий из резисторов и нелинейного компенсирующего элемента, представленного Шоттки-диодом, соединенным параллельно с одним из резисторов аттенюатора.

Недостатком этого оптического передатчика является невозможность передачи постоянной составляющей сигнала из-за использования разделительного конденсатора между схемой формирования предыскажения и излучателем. Другим недостатком данной схемы является нелинейный характер входного сопротивления схемы формирования предыскажения, требующий использования дополнительной буферной схемы на входе.

Наиболее близким устройством является оптический передатчик (авторское свидетельство SU 1835608, опубликовано 23.08.93).

Данный оптический передатчик содержит полупроводниковый излучатель и схему линеаризации, использующую усилитель с дифференциальным входом и буферным каскадом, охваченный обратной связью (ОС) по току излучателя с целью повышения линейности модуляционной характеристики (зависимости оптической мощности передатчика от подаваемого на его вход напряжения).

Неинвертирующий вход усилителя является входом передатчика, инвертирующий вход усилителя соединен с катодом полупроводникового излучателя через цепь обратной связи, выполненной по схеме делителя напряжения, причем верхнее плечо делителя образовано резистором и подключено к катоду излучателя, нижнее плечо делителя, образованное входным сопротивлением инвертирующего входа усилителя, подключено к общей шине, выход усилителя через буферный каскад соединен с анодом полупроводникового излучателя.

Данный оптический передатчик имеет ограниченные возможности для линеаризации модуляционной характеристики: в нем используется только линейная ОС по току, которая обеспечивает линейную зависимость исключительно тока излучателя от входного сигнала напряжения. Однако мощность излучения различных типов излучателей может нелинейно зависеть от тока через излучатели, поэтому задача повышения линейности характеристики передатчика здесь решается в недостаточной степени. При этом ограничивается диапазон с линейной зависимостью мощности передатчика от входного напряжения.

В предлагаемом изобретении решалась задача создания передатчика с расширенным линейным динамическим диапазоном и возможностью использования любого типа излучателя (светодиод, суперлюминесцентный диод, лазерный диод).

Техническим результатом заявляемого устройства является расширение линейного динамического диапазона оптического передатчика и, соответственно, улучшение достоверности передачи устройством формы аналогового сигнала.

Технический результат достигается тем, что в оптическом передатчике, содержащем полупроводниковый излучатель, усилитель с дифференциальным входом, неинвертирующий вход которого является входом передатчика, инвертирующий вход усилителя соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя через цепь обратной связи, выполненную по схеме делителя напряжения, причем верхнее плечо делителя подключено к одному из выводов излучателя, нижнее плечо делителя подключено к обшей шине, выход делителя подключен к инвертирующему входу усилителя, выход усилителя через буферный каскад соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя, новым является то, что, по меньшей мере, одно из плеч делителя имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, компенсирующую нелинейность зависимости выходной мощности от тока полупроводникового излучателя.

Для достижения технического результата плечи состоят из одной или нескольких ветвей, содержащих, по меньшей мере, один нелинейный элемент.

Для достижения технического результата, по меньшей мере, в одну из ветвей включен источник напряжения и/или резистор.

Для достижения технического результата, в качестве нелинейного элемента выбран полупроводниковый диод.

Цепь ОС передатчика выполнена в виде делителя напряжения, причем верхнее плечо делителя подключается к одному из выводов излучателя, а выход делителя подключается к инвертирующему входу усилителя. Выбор определенного вывода излучателя в качестве точки подключения цепи ОС определяется характером нелинейной зависимости мощности от тока используемого излучателя, при этом выбирается ОС либо по току излучателя, либо по напряжению на нем. Такая структура при условии применения нелинейных элементов в цепи ОС позволяет формировать различного вида зависимости тока излучателя от напряжения на входе передатчика (как с убывающим, так и возрастающим наклоном на разных участках). Диоды, источники напряжения и резисторы в ветвях цепей ОС позволяют создавать характерные точки перегиба характеристик и изменять наклон характеристик. В результате обеспечивается технический результат, не достижимый в прототипе, так как в последнем используется только линейная ОС. Важно отметить, что в данной структуре неинвертирующий вход усилителя используется в качестве входа передатчика, что позволяет обеспечить высокое входное сопротивление передатчика.

На Фиг. 1 и Фит. 2 изображены структурные схемы оптических передатчиков с подключением делителя ОС к разным выводам излучателя, где:

1 - неинвертирующий вход усилителя;

2 - усилитель с дифференциальным входом;

3 - буферный каскад;

4 - верхнее плечо делителя ОС по напряжению;

5 - полупроводниковый излучатель;

6 - нижнее плечо делителя ОС;

7 - верхнее плечо делителя ОС по току;

8 - оптический кабель;

9 - резистор задания начального смещения излучателя;

10 - резистор-ограничитель (датчик) тока излучателя.

На Фиг. 3 изображена структурная схема одного из плеч делителя. Плечо состоит из i параллельных ветвей, причем каждая ветвь может состоять из последовательно соединенных: диодной цепочки VDAn, содержащей j последовательно включенных диодов, резистора Rn и источника напряжения Un (i, j и n - натуральные числа). Для каждой ветви выбирается: наличие и полярность диодной цепочки, количество в цепочке диодов, наличие резистора Rn, наличие и полярность включения VDAn.

На Фиг. 4 изображена принципиальная электрическая схема передатчика на основе светодиодного излучателя.

Заявляемый оптический передатчик содержит полупроводниковый излучатель 5, усилитель 2 с дифференциальным входом, неинвертирующий вход 1 которого является входом передатчика. Выход усилителя 2 через буферный каскад 3 соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя 5. Другой вывод излучателя 5 замыкается на общую шину через резистор-ограничитель 10. Верхнее плечо делителя ОС 4 или 7 включено между инвертирующим входом усилителя 2 и одним из выводов излучателя 5. Между инвертирующим входом усилителя 2 и общей шиной включено нижнее плечо делителя ОС 6. Резистор 9 и Uсм задают начальное смещение излучателя. Излучатель 5 находится в оптическом контакте с оптическим кабелем 8.

Делитель напряжения в цепи ОС содержит нелинейный элемент.

Передатчик работает следующим образом. На неинвертирующий вход 1 подается сигнал напряжения. Разность напряжений на входах дифференциального усилителя 2 усиливается и через буферный каскад 3 подается на излучатель 5. Ток, протекающий через излучатель и резистор 10, вырабатывает на последнем напряжение, пропорциональное току через излучатель. Напряжение ОС снимается либо с выхода буферного каскада 3, либо с резистора 10, выполняющего роль датчика тока. Сигнал ОС поступает на инвертирующий вход усилителя 2: при ОС по напряжению на излучателе - через плечо ОС 4, а при ОС по току - через плечо ОС 7. Нижнее плечо делителя ОС 6 оказывает влияние на степень и характер воздействия упомянутых выше ОС. По меньшей мере, одно из плеч делителя имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, которая формируется при помощи схемы, приведенной на Фиг. 3. Нелинейные элементы в ОС обеспечивают необходимую коррекцию тока излучателя для достижения линейной зависимости оптической мощности излучателя в зависимости от входного напряжения передатчика. Например, для линеаризации характеристики суперлюминесцентного диода может потребоваться плечо ОС 7 с нелинейной вольт-амперной характеристикой, для светодиода - плечо ОС 6 с нелинейной вольт-амперной характеристикой, для лазера - возможно использование источников напряжения в плечах делителя. Для коррекции амплитудно-частотной характеристики передатчика в качестве линейных элементов в цепи ОС могут использоваться конденсаторы и катушки индуктивности.

В целях подтверждения осуществимости заявляемого устройства и достижения технического результата был изготовлен и испытан в лабораторных условиях макет передатчика. В схеме использован светодиодный излучатель HFBR1312T (BL1), работающий на 62,5 мкм оптический кабель. В качестве усилителя с дифференциальным входом выбран быстродействующий операционный усилитель AD8001AR (DA1). Буферный повторительный каскад выполнен на сверхвысокочастотном транзисторе КТ643А2 (VT1). Цепь ОС соединяет выход буферного каскада (эмиттер VT1) с инвертирующим входом DA1. Цепь ОС представляет собой делитель напряжения с верхним плечом делителя, состоящим из одной ветви с резистором R4. Между инвертирующим входом DA1 и общей шиной включено нижнее плечо, состоящее из последовательно включенных полупроводникового диода КД514А (VD1) и резистора R5, Резистор R3 обеспечивает начальное смещение излучателя. Во время работы передатчика, при достижении на инвертирующем входе напряжения, открывающего диод VD1. сопротивление нижнего плеча уменьшается, при этом коэффициент усиления в усилителе возрастает, компенсируя падение мощности BL1 на соответствующем участке характеристики. Таким образом, достигается линейность зависимости мощности передатчика от входного напряжения. Спад амплитудно-частотной характеристики передатчика компенсируется при помощи конденсатора С1 в нижнем плече ОС.

Передатчик по данной схеме использовался в помехоустойчивой быстродействующей (с полосой от 0 до 100 МГц) волоконно-оптической системе передачи аналоговых сигналов на мощных физических установках. Получена не достижимая в прототипе линейность оптической мощности излучателя в зависимости от входного напряжения передатчика лучше 2% во всем диапазоне рабочих мощностей.

1. Оптический передатчик, содержащий полупроводниковый излучатель, усилитель с дифференциальным входом, неинвертирующий вход которого является входом передатчика, инвертирующий вход усилителя соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя через цепь обратной связи, выполненную по схеме делителя напряжения, причем верхнее плечо делителя подключено к выводу излучателя, нижнее плечо делителя подключено к общей шине, выход делителя подключен к инвертирующему входу усилителя, выход усилителя через буферный каскад соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из плеч делителя имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, компенсирующую нелинейность зависимости выходной мощности от тока полупроводникового излучателя.

2. Оптический передатчик по п. 1, отличающийся тем, что плечи состоят из одной или нескольких ветвей, содержащих по меньшей мере один нелинейный элемент.

3. Оптический передатчик по п. 2, отличающийся тем, что по меньшей мере в одну из ветвей включен источник напряжения и/или резистор.

4. Оптический передатчик по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нелинейного элемента выбран полупроводниковый диод.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиофотонике, в том числе к технике приема слабых широкополосных радиосигналов, например, от антенн и антенных решеток. Заявленный радиофотонный широкополосный приемный тракт на основе ММШГ-модулятора с подавлением собственных шумов лазера содержит лазер, оптическую линию передачи, устройство оптической связи с ММШГ-модулятором, источник модулирующего радиосигнала (антенну), ММШГ-модулятор и оптический фильтр.

Изобретение относится к области обеспечения информационной безопасности переговоров в выделенных помещениях путем нейтрализации каналов утечки речевой информации через волоконно-оптические линии и может быть использовано в системах защиты конфиденциальной речевой информации.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для обеспечения информационной безопасности переговоров в выделенных помещениях от угроз утечки акустической (речевой) информации через волоконно-оптические коммуникации.

Изобретение относится к радиофотонике, в том числе к технике передачи мощных широкополосных радиосигналов по волоконно-оптическим линиям связи к антеннам и антенным решеткам.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для ретрансляции информации через спутниковые ретрансляторы. Технический результат состоит в увеличении пропускной способности межспутникового тракта за счет применения лазерной связи.

Изобретение относится к технике связи, в частности к способам передачи информации по линиям связи, а именно к низкоскоростной передаче данных по оптическим волокнам кабельных линий.Технический результат состоит в расширении области применения.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к радиофотонике, и может быть использовано при конструировании систем возбуждения антенн и антенных решеток для связи, радиолокации и радиоэлектронной борьбы.

Устройство, способ и считываемый компьютером носитель данных для определения расстояния или положения камеры относительно источника света на основании изображения этого источника света, захватываемого камерой.

Изобретение относится к области светотехники. В соответствии с настоящим изобретением предлагаются способ и устройство для настройки светимости.

Изобретение относится к лазерной технике, касается переговорного устройства, которое может быть использовано в бортовых приемно-передающих терминалах лазерных систем передачи и приема закодированной информации между экипажами самолетов, вертолетов, надводных кораблей и подводных лодок, в режиме «радиомолчания».

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа плавного ослабления светового потока при имитации фоновой засветки без искажения спектра фонового излучения.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа плавного ослабления светового потока при имитации фоновой засветки без искажения спектра фонового излучения.

Изобретение относится к механизму отсечения (5) для оптического модуля, содержащему корпус (100) и ведущий двигатель (30), обеспеченный сопротивлением якоря и выполненный с возможностью вызывать движение экрана отсечения (10) светового луча, причем упомянутый корпус (100) выполнен из пластикового материала, сопротивление якоря лежит в диапазоне между 25 и 120 Ом, двигатель имеет длину больше чем 26 мм, и упомянутый двигатель содержит по меньшей мере три катушки, которые обеспечивают сопротивление якоря.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к лазерным осветительным устройствам. Осветительная система содержит источник лазерного излучения в виде системы n лазерных диодов, устройство формирования параллельных лазерных пучков и фокусирующий компонент.

Изобретение относится к оптической технике. В способе ограничения интенсивности лазерного излучения (ЛИ), включающем подачу потока лазерного излучения на вход устройства, ограничивающего мощность лазерного излучения, подачу потока ЛИ ведут путем последовательного пропускания потока ЛИ через размещенный на входе в оптическую систему в фокальной плоскости двух сопряженных линз первый каскад, а затем через второй каскад.

Заявленное изобретение относится к защитному элементу, обеспечивающему внешний вид, изменяемый под действием магнитного поля. Защитный элемент содержит множество частиц, состоящих из ядра и оболочки.

Изобретение относится к области оптической техники, а именно к ограничителям мощности приемников лазерного излучения, и может найти применение для защиты глаз, оптических систем и приемников лазерного излучения от разрушающего действия входного излучения высокой мощности.

Изобретение относится к оптоэлектронике и приборостроению. .

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в оптических системах связи. Технический результат состоит в повышении качества связи. Для этого в способе и устройстве осуществляют контроль системного запаса по OSNR в оптических сетях, на основе величины отношения оптический сигнал/шум (OSNR) и величины отношения электрический сигнал/шум (ESNR). 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к аналоговой оптической связи и может быть использовано для передачи аналоговых сигналов в условиях помех от работы мощных импульсных электрофизических установок, а также для передачи аналоговых сигналов на дальние расстояния. Сущность изобретения: в оптическом передатчике, содержащем полупроводниковый излучатель, усилитель с дифференциальным входом, неинвертирующий вход которого является входом передатчика, инвертирующий вход усилителя соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя через цепь обратной связи, выполненную по схеме делителя напряжения, причем верхнее плечо делителя подключено к одному из выводов излучателя, нижнее плечо делителя подключено к общей шине, выход делителя подключен к инвертирующему входу усилителя, выход усилителя через буферный каскад соединен с одним из выводов полупроводникового излучателя, новым является то, что по меньшей мере одно из плеч делителя имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, компенсирующую нелинейность зависимости выходной мощности от тока полупроводникового излучателя. Достигаемым техническим результатом заявляемого изобретения является расширение линейного динамического диапазона оптического передатчика и, соответственно, улучшение достоверности передачи устройством формы аналогового сигнала. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх