Волоконно-оптическая система сбора данных

(51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(57) Изобретение относится к вол тическим системам связи, сбора данных. Цель - повышение надеж стема содержит лазер 1 с возм генерации двух мод с частотам ортогональными поляризациями гласования поляризаций 2, микро 3, одномодовое анизотропное фазовые модуляторы 5 и датчик ции 6. 1 ил. ическии инстиМ 2019561,М 1488253,КАЯ СИСТЕМ б 1 б(54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕССБОРА ДАННЫХ оконно-опи передачи ности, Сиожностью и т 1 и т 2 и , блок сообъективы волокно 4, информаИзобретение относится к волоконно-оптическим линиям связи, сбора и передачи данных.Известны волоконно-оптические линии сбора и передачи данных с безразрывным вводом информации, содержащие источник когерентного излучения, оптическое волокно, модуляторы фазы оптического излучения, фотодетектор и усилитель (патенты США М 4115753, 4162397, 4193130, 4238856,4297887,4313185,4320475 и Великобритании М 2019561, 2020419 и 2096762). Им присущ недостаток - неконтролируемое затухание сигнала (фединг сигнала), которое есть результат воздействия на оптическое волокно окружающей среды.Известна также волоконно-оптическая линия связи и сбора данных(патент Великобритании М 1488253), содержащая источник когерентного излучения, ячейку Брэгга, оптическую линию задержки, оптическое волокно, множество фазовых модуляторов, полуволновую пластинку, фотоприемник, фазовый детектор и разуплотняющее устройство,Излучение лазера делится на два пучка делительным зеркалом. Один пучок проходит через модулятор Брэгга, сдвигаясь по частоте на 1 ь, и вводится в оптическое волокно. Другой пучок поступает на оптическую линию задержки. Фазовые модуляторы, смонтированные на волокне, модулируют фазу оптического излучения по закону передаваемого сообщения. Излучение, прошедшее волокно, после прохождения полуволновой пластинки интерферирует с излучением, прошедшим оптическую линию задержки, и поступает на фотоприемник, На нагрузке фотоприемника выделяется сигнал с частотой 1 ь промодулированный по фазе сигналами волоконно-оптических фазовых модуляторов, Для восстановления сигналов фазовых модуляторов авторы используют фазовый детектор и разуплотняющие цепи. Эта линии сбора принята за прототип.Данная волоконно-оптическая система сбора данных обладает существенным недостатком - неконтролируемым затуханием сигнала (федингом), ведущим к срыву работы всей системы, Фединг сигнала определяется следующими обстоятельствами. Оптическое волокно в реальных условиях укладки подвергается воздействиям окружающей среды (нагреву, изгибам, сжатию, вибрации и ударам). Это ведет к неконтролируемым изменениям двулучепреломления волокна, переменным во времени. В результате меняется поляризация света, прошедшего волокно, Таким образом, поля 4550 55 5 1015 20253035 40 ризации пучков на смесительном зеркале оказываются рассогласованными, Видность интерференционной картины и, следовательно, амплитуда сигнала с частотой 1 ь, определяется изменением внешних воздействий, которым подвержено волокно. Если поляризации пучков на смесительном зеркале ортогональны, то амплитуда сигнала с частотой тЬ равна нулю. В случае совпадения поляризаций пучков амплитудасигнала максимальна, Итак, воздействия окружающей среды на волоконный тракт приводят к неконтролируемым замираниям сигнала.Целью изобретения является повышение надежности волоконно-оптической системы сбора данных.Для достижения этой цели в устройстве, содержащем источник когерентного излучения, оптическое волокно, фазовые модуляторы, полуволновую пластинку, фотоприемник, фазовый детектор и цепи разуплотнения каналов по частотам, в качестве источника оптического излучения использован лазер с возможностьюгенерации двух мод с ортогональными поляризациями, а в качестве светопроводящей среды - анизотропное волокно, причем азимуты поляризаций мод лазера совпадают с ориентацией осей анизотропии волокна.Кроме того, в устройство включен анализатор-поляризатор, расположенный между выходным торцом световода и ориентированный под углом 45 относительно осейанизотропии волокна,Использование двухчастотного лазера с ортогональными поляризациями и анизотропного волокна приводит к тому, что оптическая схема системы сбора данных становится одноплечевой, Волоконная система сбора данных, построенная по такой схеме, обладает устойчивостью к воздействиям окружающей среды на волокно. С одной стороны, это определяется тем, что используется анизотропное волокно, Поляризация излучения, распространяющегося в таком волокне, мало меняется при возмущениях волокна. С другой стороны, и это главное, оба интерферирующих пучка пространственно совмещены практически идеально - они распространяются в одних и тех ке условиях (в одном и том же волокне), Внешние возмущения будут менять условия распространения одного интерферирующего пучка (мода с частотой И точно так же, как и условия распространения другого интерферирующего пучка (мода с частотой 12). Поэтому даже если поляризации интерферирующих пучков будут меняться (при очень сильных воздействиях), то онибудут менять согласованно. Соотношение ортогональности поляризаций интерферирующих пучков, распространяющихся в волокне, будет оставаться постоянным во всех случаях. На поляризаторе-анализаторе перед фотоприемником выделяются коллинеарные компоненты полей мод лазера, проинтерферировав которые, получают сигнал раэностной частоты 11 - б на нагрузке фотоприемника, Так как соотношение ортогональности поляризаций интерферирующих мод сохраняется, то и сохраняется постоянной амплитуда сигнала разностной частоты 11 - 12. Таким образом, существенным отличительным признаком является то, что оптическая схема линии при использовании описанных лазера и волокна является одно плечевой.На чертеже изображена структурная схема волоконно-оптической системы сбора данных.Линия содержит лазер 1 с возможностью генерации двух мод с частотами б и 12 и ортогональными поляризациями, блок согласования поляризаций 2, микрообъективы 3, одномодовое анизотропное оптическое волокно 4, фазовые модуляторы 5, соединенные с датчиками информации 6, Между выходным торцом оптического волокна 4 и фотоприемником 8 расположен поляризатор-анализатор 7, ориентированный под углом 45 относительно осей анизотропии волокна 4. Фотоприемник 8 служит для регистрации оптического излучения световода и соединен с блоком выделения информации 9.Устройство работает следующим образом. Излучение лазера 1, генерирующего две моды с частотами 1 и 12 и с ортогональными поляризациями, вводится в одномодовое анизотропное волокно 4 с помощью блока согласования поляризаций 2 и первого микрообъектива 3. В качестве такого оптического источника можно использовать эеемановский лазер (ЛГН) либо двухчастотный Не-Ме лазер с внутренними зеркалами (Л ГНА, Б), С помощью блока согласования поляризаций 2 добиваются совпадения азимутов поляризаций мод лазера т и 6 соответственно с направлением "быстрой" и "медленной" оси анизотропии волокна. На оптическом волокне 4 смонтированы модуляторы фазы 5, каждый из которых, механически воздействуя на светавод в месте прикрепления, меняет фазу света, распространяющегося в волокне, На каждый фазовый модулятор 5 подается свой сигнал со своего датчика информации 6. Рассмотрим подробнее процесс распространения оптического излучения в анизотропном волокне. Как уже отмечалось, втаком волокне распространяются две волны5 с ортогональными поляризациями. Поляэтих волн определяются во времени.так;Е 1= Е 1 озп(2 д 11 с+ -- ,2 дп А(1)Е = Егозп(2 л 1 гт+ - , - , (2)2 лп 1где 1, й - частоты мод, генерируемых лазером; 1- длина волны излучения лазера, п 1,пг - эффективные коэффициенты преломления анизотропного волокна по "быстрой" и15 "медленной" оси волокна соответственно;- длина волокна.Свет, прошедший через волокно, затемпроходит через второй микрообъектив и поляризатор-аналиэатор 7, ориентированный20 под углом 45 относительно направленияодной из осей анизотропии волокна. На нагрузке фотоприемника 8 выделится сигналразности частотызп(2 к(11 - й)с+ В ), (3)25 В = 2 л(п 1-пг)/ Л- анизотропия волокна.Действие фазового модулятора, какправило, сводится к изменению длиныоптического волокна. Из формулы (3) следует,что изменение длины оптического волокна30 приводит к модуляции фазы сигнала разностной частоты:3 п 2 к(1 -Фг)1+ Во+ ВЬ 1 зи И т++ВЛ23 и Я 1++ В Ь 1 озпйпц, (4)где Л Ь - амплитуда удлинения волокна К-м35 модулятором. й- частота поднесущей Е-гомодулятора.Сигнал фотоприемника поступает наблок выделения информации 9, на которомпроисходит разуплотнение каналов.40 Общая конфигурация построения системы передачи данных, которая позволяетподдерживать неизменной взаимную ориентацию поляризаций полей интерферирующих пучков, позволяет решить45 поставленную задачу - создание волоконно-оптической линии, устойчиво и надежноработающей при разнообразных параэитных воздействиях окружающей среды на волокно.50Ф о р мул а и зоб рете н ия Волоконно-оптическая система сбораданных, содержащая последовательно со единенные оптический генератор, блок согласования поляризаций, а также фазовые модуляторы, расположенные вдоль оптического волокна и соединенные с ним, датчики информации, выходы которых соединены с с входами фазовых модуляторов1764176 Составитель В.ФилипповТехред М,Моргентал Корректор А.Долинич Редактор О.Стенина,Закэз 3464 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 соответственно, последовательно соединенныее фотоприемник и блок выделения информации, отл ич а ю ща я с ятем, что, с целью повышения надежности, оптический генератор выполнен в виде оптического генератора двух мод с ортогональными поляризациями, оптическое волокно выполнено в виде анизотроп ного оптического волокна, оси анизотропии которого совпадают с азимутами поляризаций мод оптического генератора, а между выходом оптического волокна и фотоприемником введен анализатор-поляризатор, 5 ориентированный под углом 45 относительно осей анизотропии оптического волокна, при этом выход блока согласования поляризаций соединен с входом оптического волокна,