Способ стабилизации положения рабочей точки оптического модулятора и устройство для его осуществления

. СОЦИАЛИСтичеСнихРЕСПУБЛИН Г 1/0 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ О А(71) Инс ской.ССР ,(53) 535 (56) 1., кл. С 0 троники АН Б иту эл ус 8. 54 3252 ГОсудАРстненный Комитет сссРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Патент Японии. Р 52-50 4,2 Е 1/03 р 1978,2. Патент Японии Р 52- 8,кл. С 02 Г 1/036, 1978.(54). СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯРАБОЧЕЙ ТОЧКИ ОПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРАИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ стабилизации положения рабочей точки оптического модулятора, заключающийся в том, что втечение. пауз в модулирующем сигналена электрический вход модулятора по-..дают .испытательные сигналы, сравнивают сигналы с двух контрольныхфотоприемников, установленных навыходах, анализатора на пути лучей совзаимно ортогональной поляризацией,стабилизируют положение рабочей точки модулятора, о.т л и ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью повышения точ.ности и надежности стабилизации путем повышения достоверности получаембй информации о положении рабочей .точки модулятора, подают испытательные сигналы в виде чередующихся по. -ложительных и отрицательных перепадов напряжения с величиной, равнойудвоенному полуволновому.наггряже-"нию модулятора, а стабилизацию положения рабочей точкифосуществля,ют по.разности временных интервалов между последовательными прохождениями через положительные и отрицательные экстремумы сигналов,2. Устройство для стабилизации положения рабочей точки оптическо-. го модулятора, состоящее из последовательно оптическисвязанных лазера, поляризатора, модулятора, анали-. затора, первый выход которогосвязан с первым контрольным фотоприем ником, второй - через светоделитель со вторым контрольным фотоприемником, выходы контрольных фотоприемников подключены к первой и второй ключевым схемам, управляющие входы которых соединены с блоком управления, а также усилителя модулирующего сигнала, связанного с первым вхо.- дом аналогового сумматора, второй вход которого подключен к блоку щ управления, а выход - к электрическому входу модулятора о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надеж- .ности стабилизации путем повыше-ния достоверности получаемой информации о положении рабочей точки модулятора, дополнительно введены два ука- . зателя экстремума, два измерителя временных интервалов, вычитающий блок, реверсивный .цифровой накопитель и преобразователь код-напряжение, причем входы первого и второго указателей экстремума подключены соответственно к выходам первой и второй ключевых схем, выходы - через первый и второй измерители временных интервалов - соответственно к перво- му и второму входам вычитающего блока, вход которого через реверсивный цифровой накопитель ипреобразователь. код-напряжение связан с третьим вхо-, дом аналогового сумматора, а тактирующие входы измерителей временных ин-тервалов, вычитающего блока, реверсивного цифрового накопителя и преобразователя код-напряжение подключены к блоку управления.40 45 50 Изобретение относится к областиоптоэлектроники и может быть исполь 1эовано в оптических системах передачи, обработки и отображения информации.Известен способ стабилизации положения рабочей точки оптическогомодулятора, который заключается втом, что .на модулятор подают периодический испытательный сигнал, со"стоящий из двух разнополярных.импульсов одинаковой амплитуды, припомощи двухканальной аналоговой схемы с контрольным фотоприемником на .входе сравнивают сигналы на выходемодулятора, соответствующие положительному и отрицательному импульсу,по соотношению уровней указанныхсигналов судят о положении рабочейточки модулятора и регулируют по" стоянное напряжение на модуляторе до достижения равенства уровней сигналов на выходах двухканальной аналоговой схемы 11.Недостатком этого способа является низкая точность стабилизации, вызванная необходимостью выполнения операции сравнения уровней сигналов на выходе двух аналоговых измерй-. тельных каналов. При этом за счет не- идентичного изменения параметров каналов при изменении температуры, мощности лазера, а также за счет нелинейности характеристики контрольного фотоприемника таким способом не удается получить точную информацию об истинном положении рабочей точки модулятора, в результате чего невозможно определить точное значение необходимогокорректирующего постоянного напряжения на модуляторе.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ стабилизации Положения рабочей точки оптического модулятора, заключающийся в том, что в течение пауз в модулирующем сигнале на электрический вход модулятора подают испытательные сигналы с двух контрольных фотоприемников, установленных. на выходах анализатора на пути лучей со взаимно ортогональной поляризацией и регулируют режим модулятора по постоянному току 2.Недостатками известного способа являются низкая точность и надеж" ность стабилизации из-за недостаточной достоверности информации о положении рабочей точки модулятора. Это вызвано необходимостью выполнения операции сравнения уровней на выходе двух аналоговых каналов с контрольными фотоприемниками на выходе. При этом неизбежна потеря части информации о положении рабо" . чей точки за счет изменения темнового тона одного из фотоприемников, неодинаковой зависимости параметров фотоприемников от температуры окружающей среды, мощности лазера,режимапо постоянному току, а также за счетизменения параметров линейных иэмеринения параметров линейных иэмери тельных каналов. По этои причинеуказанным способом невозможно однозначно определить необходимое по-,стоянное корректирующее напряжение:на модуляторе, поскольку неиэвест но, вызван ли сигнал рассогласования дестабилизирующими факторами,перечисленными выше, либо уходомрабочей точки модулятора. В результате снижаегся точность и надежностьстабилизации.Известно устройство, реализующее способ стабилизации положениярабочей точки оптического модулятора, состоящее из лазера, поляризатора, модулятора,анализаторасветоделителя, контрольного фотоприемника, трех ключевых схем, двух:интеграторов, дифференциального усилителя, двух вентилей, четырех пороговых схем, двух КБ триггеров,решающего блока, блока регулирования, усилителя моделирующего сигнала и аналогового сумматора 11 .Недостатком этого устройства являются низкая точность стабилизации, 30 низкая надежность, вызванные влиянием дестабилизирующих факторов напараметры элементОв в измерительныхканалах. При этом корректирующеенапряжение на выходе устройства моЗ 5"жет быть вызвано не уходом рабочейточки модулятора, а изменением коэффициента передачи контрольногофотоприемника, нарушением баланса дифференциального усилителя и т.д,Последнее приводит к тому, что устройство не позволяет поддерживать режим модулятора по постоянномутоку, таким, чтобы корректировать температурный уход рабочейточки. Кроме того, применение че-тырех аналоговых пороговых схемдля переключения пределов регулирования при монотонном уходе рабочейточки модулятора не позволяет достичь высокой надежности устройства из-за неизбежного нарушения необходимого соотношения пороговсрабатывания схем под действиемвнешних дестабилизирующих факторов. еНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для стабилизации положения рабочей точки оптического модулятора, состоящее из последовательно оптически связанных лазера, поляризатора, модулятора, анализатора,. первый выход которого связан с первым контрольным фЬтоприемником, второй - черезсветоделитель со вторым контрольным фотоприемником, выходы контрольных фотоприемников подключены к первой и второй ключевымсхемам, управляющие входы которыхсоединены с блоком управления, атакже усилителя,. модулирующего сигнала, связанного с первым входом 5аналогового сумматора, второй входкоторого. поДключен к блоку управления, а выход , к электрическому входу модулятора 21 .Недостатками известного устройства являются низкая точность инадежность стабилизации из-.за недостаточной достоверности получаемойинформации о положении рабочей точки модулятора. 15Целью изобретения является повышение точности и надежности стабилизации путем повышения достоверностиполучаемой информации о положениирабочей .точки модулятора и повышение точности и надежности работыустройства для осуществления способа.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу стабилизации положения рабочей точки оутического модулятора, заключающемусяв том,. что втечение пауз в модули-рующем сигнале на электрическийвход модулятора подают испытательные сигналы, сравнивают сигналы с 30двух контрольных фотоприемников,установленных на выходах анализатора на пути лучей со взаимно Ортогональной поляризацией и стабилизируют положение рабочей точки. Испытательные сигналы подают в виде чередующихся положительных и отрицательных перепадов напряжения с ве- .личиной, равной удвоенному полувол.новому напряжению модулятОРа, а 4 Остабилизацию положения рабочей точки осуществляют по разности временныхинтервалов между последовательнымипрохождениями через положительныеи отрицательные экстремумы сигналов.В устройстве для стабилизации положения рабочей точки оптическогомодулятора, состоящем из последовательно оптически связанных лазера, поляризатора, модулятора, анализатора, первый выход которого связан с первым контрольным фотоприемником, второй - через светоделитель,со вторым контрольным фотоприемником, выходы контрольных фотоприемников подключены к первой и второй 55ключевым схемам, а также усилителямодулирующего сигнала, связанного,с первым входом аналогового сумматора, второй вход которого подключен к блоку управления, а выход - кэлектрическому входу модулятора, дополнительно введены два указателяэкстремума, два измерителя временных интервалов, вычитающий блок,реверсивный цифровой .накопитель ипреобразователь код-напряжение, - 65 причем входы первого и второго ука= зателей экстремума подключены соответственно к выходам первой ивторой ключевых схем, выходы - через первый и второй измерители временных интервалов - соответственно к первому и второму входам вычитаю- щего блока, вход которого через реверсивный цифровой накопитель и преобразователь код-напряжение свя зан. с третьим входом аналогового сумматора, а тактирующие, входы измерителей временных интервалов, вычитающего блока, реверсивного цифрового накопителя и преобразователя код-напряжение подключены к блоку управления.На фиг. 1 показано временное положение пауз в модулирующем сигнале; на фиг. 2 - испытательный сигнал; на фиг. 3 - характеристика модулятора; на фиг. 4 - сигнал после прохожденияскрещениых поляризаторов и анализаторов; на фиг. 5 сигналы на первом и втором выходах анализаторов со взаимно ортогональной поляризацией лучей при различных положениях рабочей точки модулятора; на фиг. 6 - схема устройства стабилизации положения рабочей точки .оптического модулятора.Характеристика электрооптиеского модулятора имеет вйдсоз ПЯи с периодом .20 О, где Ой - полуволновое напряжение, поэтому изменение напряжения на модуляторе на 2 Бн не приводит к изменению характеристик модулятора и. еигналов на его оптическом выходе (в установившемся режиме). В момент переключения напряжения прорабатывается вся характеристика модулятора и на выходах анализатора появляются сигналы, длительность которых равна длительности фронта и спада переключения, временное положениеиспытательного сигнала выбирается таК, чтобы момен ты переключения напряжения совпадали с паузами в модулирующем сигнале, а длительность фронтов и спадов переключения не превышала дли- тельности пауз. Если рабочая .точка модулятора находится на нижнем перегибе характеристики, на первом и втором выходах анализатора со взаимно ортогональной поляризацией лучей появляются сигналы, имеющие одинаковое временное положение и противоположную полярность (фиг.5), В этом случае временные интервалы межцу прохождениями сигналов через экстремумы в двух последовательно следующих тактах равны друг другу в каждом из каналов Т 1 о = Т 1 фЬТ 18. Разность временных интервалов между последовательными прохождениями через экстремумы сигналов в первом и во втором каналах в двух соседних тактовых интервалах при этомравна нулю Т 1 о - Т 1 н = О.Смещение рабочей точки модулятора "вправо" приводит к тому, что в одном тактовом интервале временнойинтервал между прохождениями сиг-,налов .через экстремумы увеличивается, в другом, следующем эа пер, вым - уменьшается. Для удобства ,технической реализации способа (исключения необходимости коммутации 1 О сигнала с выхода контрольного фотоприемника на два измерителя временных интерваловуменьшения требований к времени реверса измерителей, развязки сигнальных цепей блоков. 5 устройства) удобно первыйвременной интервал измерять в одном иэ каналов, а в следующем такте - в другом, т.е. измерять разность Т 1 о в . Т 2 н. При уходе рабочей точки "вправо" .УкаО эанная разность положительна, при уходе "влево" - отрицательна.Таким образом, информация оположении рабочей точки модулятора извлекается из сравнения временных интервалов между сигналами на выходах анализатора со взаимно ортогональной поляризацией лучей. Поскольку влияние дестабилизирующих факторов (деградация элементов, неодинаковые световые характеристики фотоприемников и др.) приводит к вариациям амплитуды сигналов и не изменяет их временного положения, достоверность извлекаемой информации о положении рабочей точки увеличи вается и соответственно, увеличивается точность стабилизации.Устройство стабилизации положения рабочей точки модулятора состоит .из лазера 1, поляризатора 2, моду О лятора 3, анализатора 4, связанных последовательно оптически.На выходах анализатора 4 на пути лучей со взаимно ортогональной поляризацией лучей находятся контрольные 45 фотоприемники 5 и б. Выходы контрольных фотоприемников 5 и б через первую ключевую схему 7 и вторую ключевую схему 8 подключены соответственно к первому указателю экстремума 9 и второму указателю экстремума 10. Выходы указателей экстремума 9 и 10 подключены к измерителям 11 и 12 временных интервалов, выходы которых соединены с вычитающим блоком 13.Вычитающий блок 13 через реверсивный цифровой накопитель 14 свя- . зан с преобразователем код-напряжение 15, выход которого соединен с третьим входом аналогового сумматора 16, первый вход которого связан с 60 усилителем 17 модулирующего сигнала, а второй - с блоком 18 управления. Тактирующие входы измерителей 11 и 1 2 временных интервалов вычитающего блока 13, реверсивного циф рового накопителя 14 и преобразова теля 15 код-напряжение соединены с блоком 18 управления.:Устройство работает следующим образом. Во время паузы в информационном модулирующем сигнале, которая отводится в каждом такте передачи информации из блока 18 управления через аналоговый сумматор 16 на электрический вход модулятора 3 подается положительный перепад напряжения с .величиной 2 ПЙ и длительностью, не превышающей длительность паузы в модулирующем сигнале, Одновременно открывается первая ключеваясхема 7, соединяя первый контрольныйфотоприемник 5 с первым указателем 9экстремума. За время действия фронтанапряжение на модуляторе изменитсяна удвоенную величину полуволновогонапряжения, при. этом прорабатывается вся .его характеристика и на выходах анализатора появляются сигналы, .временное положение моментов смены знака первой производной. которых зависит от положения рабочей точки модулятора, а на выходе указателя 9 экстремума - импульсы, цо времени совпадающие с моментами смены знака первой производной, которые запускают измеритель 11 временных интервалов. Последний производит счет стробирующих импульсов., непрерывно поступающих на его тактирующий вход с блока 18 управления,После окончания фронта перепада напряжения ключевая схема 7 закрывается, предотвращая влияние модулирующего сигнала на работу устройства.В течение следующей паузы в модулирующем сигнале происходит процесс уменьшения напряжения .на модуляторе на удвоенную величину полуволнового напряжения, т.е. действует отрицательный перепад напряжения. В это время открываются перваяключевая схема 7 и вторая ключевая схема 8. Отрицательный перепад напряжения вновь прорабатывает всю характеристику модулятора и на выходах указателей экстремума появляются импульсы., совпадающие по времени с моментами смены знака первой производной сигналов на выходах анализатора. Импульс .с первого указателя экстремума останавливает первый измеритель 11 временного интервала, одновременно импульс со второго указателя экстремума 10 запускает второй измеритель 12 временного интервала. По окончании перепада напряжения ключевые схемы 5 и 6 закрываются. Во время действия следующего положительного) перепада напряжения открывается втораяключевая схема и по сигналу второго указателя 10 экстремума останавливается второй измеритель 12 временного интервала.После этого вычитающий. блок 13 производит вычисление разности чисел,,поступивших на его входы, котораязаносится в реверсивный цифровой накопитель 14. С выхода реверсивногоцифрового накопителя 14 поступаетинформация на преобразователь 15код-напряжейиб, который вырабатывает корректирующее напряжение, подаваемое через аналоговый сумматор 16 0.на электрический вход модулятора 3.Если:после коррекции рабочая точкамодулятора находится па нижнем перегибе характеристики, указанные ваше временные интервалы будут одинаковы, в реверсивный цифровой накопитель заносится "нуль", состояние его не изменится и на модуляторе поддерживается прежняя величинапостоянного напряжения смещения. Возможные области применения предложенного сцособа стабилизации положения рабочей точки оптического модулятора и устройства для его осу. ществлания: системы передачи информации по оптическим каналам, оптические системы памяти, обработки и отображения информации