Устройство для автоматической коррекции положения рабочей точки оптического модулятора

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОЧЕЙ T04KIi ОПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА, состоящее из лазера, последовательно оптически связанного с поляризатором, модулятором , анализатором, светоделителем, контрольным фотеприемником, соединенным через две ключевые.схемы и усилители-интеграторы с дифференциальным уси-пителам, соединенным через первый и второй вентили с решающим блоком , соединенным с блоком регулирования смещения, выход которого соединен с аналоговым сумматором и через третью ключевую схему и четыре пороговые схемы связан с двумя RS-триггерами , блок формирования опорных импульсов соединен с аналоговым сумматором и третьей ключевой схемой, выхода первогЬ и второго буферов связаны с решающим блоком, усилитель модулирующего сигнала соединен с аналоговым сумматором, выход которого связан с электрическим входом модулятора, отличающееся тем, что, с целью увеличения информационной емкости модулирующего сигнала, в него введены блок памяти, элемент ИШ и двухканальный коммутатор, причем первый и второй информационные входы блока памяти соединены соответственно с единичными выходами первого и второго RS-триггеров, а первый и второй выходы - соответственно с входами первого и второго буферов, первьй и второй входы элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока памяти, а выход подключен к запрещающему входу двухканального коммутатора, первый и второй сигнальные входы которого подключены к второму и третьему выходу блока формирования опорных импульсов , а первый и второй выхода соединены с управляющими входами соответственно первой и второй ключевых схем, тактирующий вход блока памяти соединен с вторым выходом блока формирования опорных импульсов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕС1ЪЬЛИН ф ф (1)5 4 02 Р 1/03

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И (XFHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2954531/25 (22) 07.07.80 (46) 23.03.91. Бюп. К- 1! (71) Институт электроники АН БССР (72) А.A. Визнер и 8,1 .Лукашев (53) 535.8(088.8} (56) Патент Японии М 55--3Ь701, кл. С 02 Е !/03, опублик. 1978.

Патент Японии Р 55- 50544Ä кл. G 02 F 1/03, опублик. 1978.

I (54} (5/) УСТРОЙСТВО ДЛЯ

КОЙ КОРРЕН1ИИ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ

ОПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА„состоящее из лазера, последовательно оптически связанного с поляризатором, модуля тором, анализатором, светоделителем, контрольным фотоприемником, соединенным через две ключевые, схемы и усилители-интеграторы с дифференциальным усилителем, соединенным через пер вый и второй вентили с решающим блоком, соединенным с блоком регулирования смещения, выход которого соединен с аналоговым сумматором и через третью ключевую схему и четыре короговые схемы связан с двумя РЯ-триггерами, блок формирования опорных импульсов соединен с аналоговым сумматором и третьей ключевой схемой,, выИзобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано в оптических системах передачи, обработки и отображения информации, в состав которых входит модулятор оптического излучения на основе эффекта Поккельса.

„„SU„„927055 А 1

2 ходы первогЬ и второго буферов связаны с решающим блоком, усилитель модулирующего сигнала соединен с аналоговым сумматором, выход которого связан с электрическим входом модулятора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения информационной емкости модулирующего сигнала, в него введены блок памяти, элемент ИЛИ и двухканальный коммутатор, причем первый и второй информационные входы блока памяти соединены соответственно с единичными выходами первого и второго

RS-триггеров, а первый и второй выходы — соответственно с входами первого и второго буферов, первый и второй входы элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока памяти, а выход подключен к запрещающему входу двухканального коммутатора, первый и второй сигнальные входы которого подключены к второму и третьему выходу блока формирования опорных импульсов, а первый и второй выходы соединены с управляющими входами соответственно первой и второй ключевых схем, тактирующий вход блока памяти соединен с вторым выходом блока формирования опорных импульсов.

Стабнлиз ация положения рабочей точки является необходимым условием обеспечения работоспособности оптических систем обработки информации.

При передаче аналогового сигнала по оптическому каналу уход рабочей точки приводит к искажениям передавае927055 мой информации, при передаче цифро= е вых сигналов " к уменьшению уровня сигнала,и ухудшению отношения сигнал/

/шум. Поскольку положение рабочей

5 точки модулятора, использующего поперечный электрооптический эффект, в сильной степени зависит от температуры кристалла,. необходимо применение соответствующих корректирующих устройств.

Известно устройство автоматического управления смещения модулятора света„ состоящее из лазера,. поляризатора, модулятора„ анализатора, све- 15 тоделителя, контрольного фотоприемника, четырех ключевых схем, трех усилителей интеграторов, двух аналоговых сумматоров, блока умножения, дифференциального усилителя, двух 2п вентилей, решающего блока, четырех пороговых схем, двух RS-триггеров,. двух буферов, блока регулирования смещения, блока формирования опорных импульсов, усилителя модулирующего 25 сигнала.

Недостатком устройства является низкая информационная емкость модулирующего сигнала.

Наиболее близким техническим реше- 3р нием является устройство для автоматической коррекции положения рабочей точки оптического модулятора, состоя=щее из лазера, последовательно оптически связанного с поляризатором, модулятором, анализатором, светоделителем, контрольным фотоприемником, соединенным через две ключевые схема и усилители-интеграторы с дифференциальнцм усилителем, связанным через ац первый и второй вентили с решающим блоком, соединенным с блоком регулирования смещения, выход которого соединен с аналоговым сумматором н через третью ключевую схему и четыре: 45 пороговых схемы связан с двумя RSтриггерами, блок формирования опорных импульсов соединен с аналоговым сумматором и третьей ключевой схемой, выходи первого и второго буфе- 0 ров связаны с решающим блоком, усилитель модулирующего сигнала соединен с аналоговым сумматором, выход которого связан с электрическим входом модуля тор а. 55

Основным недостатком устройства является низкая информационная емкость модулирующего сигнала. Это вызвано тем, что в модулирующем сигнале необходимо предусмотреть паузы, длительность которых должна быть достаточна для исполнения четырех операций: выделение сигнала, соответствующего опорному импульсу положительной полярности выделение сигнала, соотствующего опорному импульсу отрицательной полярности, измерение смещения на модуляторе и в случае необходимости переключение пределов регулирования (сокращение íà 2Utq» если смещение на модуляторе оказывается больше заданного Цмакс) 2 < и увеличение íà 2U если смещение заходит в область значений меньше нижнего предела регулирования Uau . Последняя операция связана с переходными процессами, что приводит к необходимости увеличивать интервал времени на ее выполнение.

В связи с этим применение такого устройства ограничивается только системами передачи, обработки и отображения информации с низкой пропускной способностью и низкой информативностью модулирующего сигнала. В высокоинформативных системах величина временного интервала, необходимая дпя выполнения перечисленных выше пяти операций, и соответствующая пауза в модулирующем сигнале может составить значительную часть периода информационной последовательности, что делает применение данного устройства в таких системах нецелесообразным. Кроме того, поскольку время, необходимое на выполнение первых трех операций, сравнимо со временем, необходимым на выполнение одной четвертой операции (из-за переходных процессов при переключении пределов регулирования), а необходимость в переключении пределов регулирования возникает только при выходе напряжения смещения за установленный интервал уровней, оказывается, что около половины паузы в информационной последовательности модулирующего сигнала используется нерационально (поскольку в указанном устройстве интервал времени на переклю" чение пределов вводится в каждый такт).

Цель изобретения — увеличение информационной емкости модулирующего сигнала.

Цель достигается тем, что в устройство, состоящее из лазера, последовательно оптически связанного

927055 . 6

45 соответственно с S и К входами второ50 го RS-триггера 19. Единичные выходы с поляризатором, модулятором, анализатором, светоделителем, контрольным фотоприемником, соединенным через две ключевые схемы и усилители"интеграторы с дифференциальным усилителем, связанным через первый и второй вентили с решающим блоком, соединенным с блоком регулирования смещения, выход которого соединен с аналоговым сумматором и через третью ключевую схему и четыре пороговые схемы, связаны с двумя RS-триггерами, блок формирования опорных импульсов соединен с аналоговым сумматором и третьей ключевой схемой, выходы первого и второго буферов связаны с решающим блоком, усилитель модулирующего сигнала соединен с аналоговым сумматором, выход которого соединен с электрическим входом модулятора, введены блок памяти, элемент ИЛИ и двухканальный коммутатор, причем первый и второй информационные входы блока памяти соединены соответственно с единичными входами первого и второго RS-триггеров, а первый и второй выходы — соответственно с входами первого и второго буферов, первый и второй входы элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока памяти, а выход подключен к запрещающему входу двухканального коммутатора, первый и второй сигнальные входы которого подключены к второму и третьему выходу блока формирования опорных импульсов, а первый и второй выходы соединены с управляющими входами соответственно первой и второй ключевых схем, тактирующий вход блока памяти соединен с вторым выходом блока формирования опорных импульсов.

На фиг.1 изображена схема устройства.

Схема включает лазер 1, поляризатор 2, модулятор 3, анализатор 4, светоделитель 5, контрольный фотоприемник 6, первую ключевую схему 7, вторую ключевую схему 8, усилители-интеграторы 9, 10, дифференциальный усилитель 11, вентили 12, 13, решающий блок 14, буферы 15, 16, блок памяти

l7 первый RS-триггер 18, второй RSтриггер 19, пороговые схемы 20-23, блок 24 регулирования смещения, третью ключевую схему 25, блок 26 формирования опорных импульсов, аналоговый сумматор 27, усилитель модули5

35 рующего сигнала 28, двухканальный коммутатор 29 и элемент ИЛИ 30.

На фиг.2 изображены временные диаграммы сигналов соответственно на первом, втором, третьем и четвертом выходах блока формирования опорных импульсов.

На фиг.3 изображены временные диаграммы сигналов на первом выходе блока формирования опорных импульсов и соответствующего сигнала на выходе контрольного фотоприемника при расположении рабочей точки модулятора на нижнем перегибе характеристики.

На фиг.4 изображены диаграммы сигналов при уходе рабочей точки модулятора вправо от нижнего перегиба характеристики; на фиг.5 — соответствующая диаграмма при уходе рабочей точки влево.

Лазер 1 последовательно оптически связан с поляризатором 2, модулятором

3, анализатором 4, светоделителем 5, контрольным фотоприемником 6. Выход контрольного фотоприемника электрически соединен с сигнальным входами ключевых схем 7 и 8. Выходы ключевых схем 7 и 8 через усилители-интеграторы 9 и 10 связаны соответственно с прямым и инверсным входом дифференциального усилителя Il, выход которого через вентили 12 и 13 соединен соответственно с первым и вторым входами решающего блока 14. Выход решающего блока 14 соединен с блоком регулирования напряжения смещения 24.

Выход блока регулирования напряжения смещения соединен с первым входом аналогового сумматора 27 и сигнальным входом третьей ключевой схемы 25. Выход третьей ключевой схемы 25 соединен со входами пороговых схем 20, 21, 22, 23. Выход первой и второй пороговой схемы 20, 21 соединены соответственно с S u R входами первого RSтриггера 18, выходы третьей и четвертой пороговой схемы 22, 23 соединены первого К$-триггера 18 и второго RSтриггера 19 соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока памяти 17. Выходы блока памяти 17 через буферы 15 и 16 соединены с третьим и четвертым входом решающего блока 14. 11ервый и второй выходы элемента "ИЛИ" 30 подключены соответственно к первому и второму ин927055

l 0! формационному входу блока памяти 17,. а Выход — к запрещающему входу двух: канальнрга коммутатора 29. Первый и второй выходы двухканального комму-5 татара 29 соединены соответственно с управляющими входами первой и втс рой ключевых схем 7 и 8. Первый выход блока формирования опорных импульсов

26 соединен с вторым входом аналогового. сумматора 27., второй выход -- с первым входом двухканального коммута

I тора 29 и тактирующим BzopoM блока памяти 1 7, третин выход - с Вторым входам двухканального коммутатора 29 четвертый выход = " управляющим вхо-. дом третьей ключевой схемы 25. Выход усилителя модулирующего сигнала 28 соединен с тр тьим входом аналогово

"..o сумматора 27.

Пр17ме(7 т н петног 7 гь1»длнения

11одулятар 3 на кристалле танта лата лития „, нолуволновое напряжение

98В

Контроль1ый фотоприемник — лавинный фотодиод ПФД2-A.

Ключевые схемы 7 и 8 — транзисTol.

:16ie ключи на транзисторах КП306Л, Усилители-интеграторы 9, !0— транзисторы 1 КПЗОЗ., КПЗО5,, Дифференциальный усилитель 11 микросхемы 1УТ401.

Вентили 12> 13 — диодные схемы на диодах КД503.

РешаюшчФ блок 14 — совоку.пность баланснОГО усилителя постсяннсгс тс!<, с переменной фиксацией нуля на микро схемах 1У7401,. транзисторах КТ31 ;

КТ602Б, четь1рех источников эталонно го напряжения и коммутирующей диод

Ной СХЕМЫ.

Буферы 15 и 16 — микросхемы

К155ЛАЗ

Блок памяти 17 выполнен на 0-T!71. верах серии К155с.

RS- òðèããåðû 18 и 19 - К!55ТК2 со свободными входа и С и D„

ПО17огoB6IB QKPYib", 20,, 21, .22, триггеры Шмитта выполпены на микро схемах. -" Р

Блок регулирования смещений 24 управляемый стабилизатор постоянногс тока на транзисторах КТЗ15И, Кт6С2Б, Ключевая схема 25 -- диодный ключ на диодах КД5ОЗБ..

В формирователе опорных импульсов

26 использовался генератор Г544,, ра ботающий совместно са схемами задерж-ки импульсов КТ606, КТ903.

Лналоговый сумматор 27 — эмиттерные повторители на транзисторах КТ602 с объединенными выходами, Усилитель модулирующего сигнала

28 собран на транзисторах КТ909Б.

Двухканальньй коммутатор 29 — на микросхемах серии К155. устройство автоматической коррекции положения рабочей точки оптического модулятора работает следующим образом.

Во время паузы в модулирующем сиг-. нале на первом, втором, третьем и четв=ртом выходах блока формирования опорных импульсов 26 появляются сигналы U,, П,, U» U<,. Форма и взаимное временное положение которых по.казано на фи:-.2. Разнополярный сигнал

1 через аналоговый сумматор 27 посту"-. .ает на электрический вход модулятора 3.: В случас, если рабочая точка модулятора 3 находится на нижнем сгибе модуляционной характеристики, оптический сигнал на выходе анали=-атора 4 и соответствующий ему электрический сигнал на выходе контрольного о7стоприемника 6 имеет вид импульсов одинаковой амплитуды одной полярности (фиг.3,. В нормальном состоянии пер»ый вход двухканального коммутатора

29 сседипен с первым выходом, второй

;ход — с вторым выходом. Сигнал Ug

-. с вторс1с выхода формирователя опорных импульсов 26 поступает на уграв1яющий 1зход ключевой схемь1 7 и сткрывает ее... 1 а усичитель-интегратор 9 поступает сигнал с контрольного фото -приемника б,. соответствующий положител611сму импульсу 11, Лналогично от сигнала О; открывается вторая ключевая схем» 8 и »а усилитель-интегратор 10 по тупает сигнал с контрольгого фотоприемника 6, соответствую61ий отрицательному импульсу 11„ . Таким образом. если рабочая точка рас:,олсжена на нижнем сгибе характеристики модулятора 3, сигналы, падавае,-ые па прямой и инверсный. вхадь1 диф ференциальнога усилителя 11, равны, и сигнал рассогласования на выходе равен ну7по. При смещении рабочей точки, например„ вправо (фиг.4), сигнал па выходе контрольного фотоприемника 6 соот .åòoò÷ó îöèé положительному икп1ульсу 11;1, оказывается больше сигнала,, ".îîòâåòñòâóþùåãî отрицательно;:.у импульсу U„ (фиг.4). В результате ! а В61хсче диффе "7енциальнага усилrITB

927055

10 ля 11 появляется сигнал рассогласования положительной поляриз ации, которьгй через вентиль 12 поступает на первый вход решающего блока 14, на выхоце решающего блока 14 вырабатывается управляющее напряжение, которое приводит в действие блок регулирования напряжения смещения 24. Смещение на модуляторе уменьшается до тех пор, пока сигналы на выходе контрольного фотоприемника 6, соответствующие положительному и отрицательному импульсам U не станут равны. При емец енин

19 рабочей точки влево (фиг.5) оказывается U@ U на выходе дифференциального усилителя 11 появляется сигнал рассогласования отрицательной полярности, который через вентиль 13 поступает на второй вход решающего блока 14, решающий блок 14 вырабаты— вает управляющее напряжение, подаваемое на вход блока регулирования напряжения смещения 29,, напряжение смещения увеличивается до восстановления равенства Up=Up. Если в результате монотонного ухода рабочей точки смещения на модуляторе 3 окажется больше некоторого Прю (Пнч кс 2U f, ٠— полуволновое напряжение модулятора), на выходе пороговой схемы

20 появляется напряжение логической

1, которое устанавливает первый ,RS-триггер 18 в положение "l". На,пряжение, соответствующее логической

"1",, подается на первый информацион ный вход блока памяти 17 и первый вход элемента ИЛИ 30, На выходе элемента ИЛИ 30 появляется сигнал логи- ческой "1", который подается на запрещающий вход двухканального коммутатора 29, который прекращает подачу напряжений U и U с блока формиро вания опорных импульсов 2б на ключевые схемы 7 и 8, тем самым отключая измерительный тракт (блоки 9, 10 11) на время переключения пределов регулирования, С приходом следуюц1его импульса U< с выхода блока формирования 2б на

l тактирующий вход блока памяти 17 на первом выходе блока памяти 17 появля= ется сигнал логической "1", который через буфер 15 подается на решающий блок 14, управляющее напряжение с вы-хода решающего блока 14 подается на блок регулирования напряжения смещения 24, смещение на выходе блока 24 уменьшается до величины Ц =П„щ; -2Ug,, 5

10 после чего срабатывает пороговая схема 21, на S-вход первого RS-триггера

18 подается сигнал логической "1", на выходе триггера 18, первом информа-ционном входе блока памяти 17 и первом входе элемента HJIH 30 будет напрчжение логического "нуля".„. а на выходе элемента ИЛИ 30 и запрещающем входе двухканального коммутатора 29 логический О, в результате чего первый вход двухканального коммутатора соединяется с первым выходом, а второй вход— с вторым выходом, схема возвращается в исходное состояние. При изменении положения рабочей точки смец1ение на модуляторе 3 регулируется в пределах (U;, Upg» ) и при достижении максимального значения И а вновь переключается на Uq. Переключение смещенич с

Пц на U;" не приводит и сдвигу рабочей точки, так как характеристика модулят >ра 3 периодическая с периодом

2Ь-, а Uwo;,с-Uy=2Ua. Если же в прои

25 цессе регулирования окажется, что напряжение смец1ения меньше нижнего предепа регулированич Урин (U qq

30 устанавливаюц|ее второй RS-òðèrråð 9 в состояние 1". Сигнал логической "i" поступает на второй информационный вход блока памяти 17 и второй вход элемента ИЛИ 30. Ilри поступлении сле35 дующего тактирующего импульса с второго выхода блока формирования опорных импульсов 26 происходит переклю-. чение напряжения смец1ения с Urus на

U, .причем Up †11 ;=2Ую смещение на модуляторе 3 регулирования в пределах (U, Оман) . Из ска- анного выше следует, что в нормальном состоянии в течение паузы в информационном модулирующем сигнале устройство автоматической коррекции положения рабочей точки модулятора производит три операции: выделение сигнала, соответствующего полоы тельному нмпульсу, выделение сигнала, соответствующего отрицательному импульсу,. измерение смещения, Если же напряжение смещения выходит за пределы интервала (U, U+a ), в течение следующей паузы происходит переключение пределов регулирования.

Введение блока памяти, элемента

ИЛИ и двухканального коммутатора позволяют разделить во времени процессом подачи опорных импульсов и

f j

927055

4 б б переключения пределов регулирования напряжения смещения. Это позволяет в цикле работы устройства не предусматривать временные интервалы для переключения пределов регулирования, которые использовались бы нерационально, поскольку частота переключения пределов регулирования непостоянна, зависит от характера изменения температуры кристалла н может быть на несколько порядков меньше тактовой частоты работы устройства. Временное разделение процессов подачи опорных импульсов и переключения пределов сокращает минимальную необходимую длительность паузы в модулирующем сигнале примерно в два раза и тем самым повышает предельную информационную емкость.

927055,Редактор О.Юркова

Корректор М. Самборская

Техред И.Дидык

Заказ 1059 Тираж 337 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101