Устройство для автоматической коррекции положения рабочей точки оптического модулятора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 7055 А 9) 01), 1. Лукашев ии М 55 ЗЬ опублик.55- 5054 01,978. 9 публи ие от осится к областиможет быть испольх системах передаображения информарых входит модулялучения на основе Изобретеоптоэлектро зовано в оп абнлиз а рабочей м условием ости оптиция положенися необходимыработоспособм обработкианалогового ик точки являе обеспечения еск чи, обработ ции в со ст тор оптичес эффекта Пок и ческих сист При передач оптическому ки приводит н рмации гкал ог каналу уходк искажениям абочеи точ переданаеель с а. ГОСУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТПО ИЗОЬРЕТВНИЯМ И ОЗЕР.П ИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕИ 1 ИИ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОЧЕЙ ТОЧКИОПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА состоящее излазера, последовательно оптическисвязанного с поляризатором, модулятором, анализатором, снетоделителем,контрольным Фотоприемником, соединенным через две ключеные.схемы и усилители-интеграторы с дифференциальным усилителем, соединенным через первый и второй вентили с решающим блоком, соединенным с блоком регулирования смещения, выход которого соединен с аналоговым сумматором и черезтретью ключевую схему и четыре короговые схемы связан с двумя РЯ-триггерами, блок Формирования опорных импульсов соединен с аналоговым сумматором и третьей ключевой схемой выг 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 КБ-триггерон, а первый и второй выходы - соответственно с входами первого и второго буферов, первый и вто- а рой 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 импульсон, а первый и второй ныходы соединены с управляющими входами соответственно первой и второй ключевых схем, тактирующий нход блока памяти соединен с вторым выходом блока Формирования опорных импульсов.мой информации, при передаче цифрофвых сигналов " к уменьшению уровня сигнала,и ухудшению отношения сигнал/ /шум. Поскольку положение рабочей5 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 тоделителя, контрольного Фотоприемника, четырех ключевых схем, трех усилителей интеграторов, двух аналоговых сумматоров, блока умножения, дифференциального усилителя, двух 20 вентилей, решающего блока, четырех пороговых схем, двух КБ-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- ЗО 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 схем и усилители-интеграторы с дифференциальным усилителем, связанным через 4 О первый и второй вентили с решающим блоком, соединенным с блоком регулирования смещения, выход которого соединен с аналоговым сумматором н че" рез третью ключевую схему и четыре 45 пороговых схемы связан с двумя КЯ- триггерами, блок Формированияопорных импульсов соединен с аналоговым сумматором и третьей ключевой схемой, выходы первого и второго буфе- ср ров связаны с решающим блоком, усилитель модулирующего сигнала соединен с аналоговым сумматором, выход которого связан с электрическим входоммодулятора. 55Основным недостатком устройства является низкая информационная емкость модулирующего сигнала. Это вызвано тем, что в модулирующем сигнале необходимо предусмотреть паузы, дли-тельность которых должна быть доставточна для исполнения четырех операций: выделение сигнала, соответствующего опорному импульсу положительнойполярности выделение сигнала, соотствующего опорному импульсу отрицательной полярности, измерение смещения на модуляторе и в случае необходимости переключение пределов регулирования (сокращение на 20 с еслисмещение на модуляторе оказываетсябольше заданного Цмакс) 2, и увеличение на 2 Б, если смещение заходитв область значений меньше нижнего предела регулирования Нмдч . Последняяоперация связана с переходными процессами, что приводит к необходимостиувеличивать интервал времени на ее выполнение,В связи с этим применение такогоустройства ограничивается только системами передачи, обработки и отображения информации с низкой пропускнойспособностью и низкой информативностью модулирующего сигнала. В высокоинформативных системах величина временного интервала, необходимая дпявыполнения перечисленных выше пятиопераций, и соответствующая пауза вмодулирующем сигнале может составитьзначительную часть периода информационной последовательности, что делает применение данного устройства втаких системах нецелесообразным. Кроме того, поскольку время, необходимоена выполнение первых трех операций,сравнимо со временем, необходимым навыполнение одной четвертой операции(из-за переходных процессов при переключении пределов регулирования), анеобходимость в переключении пределоврегулирования возникает только привыходе 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 каждыйтакт).Цель изобретения - увеличение информационной емкости модулирующегосигнала.Цель достигается тем, что в устройство, состоящее из лазера, последовательно оптически связанного927055 6 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 модчлятора 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 11, 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 анас 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 КБ-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 двухканапьный коммутатор, причем первый и второй информационные входы блока памяти соединены соответственно с единичными входами первого и второго КБ-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 17, первый КБ-триггер 18, второй КБ- триггер 19, пороговые схемы 20-23, блок 24 регулирования смещения, третью ключевую схему 25, блок 26 Формирования опорных импульсов, аналоговый сумматор 27, усилитель модули 5 10 15 20 25 30 35 логового сумматора 27 и сигнальным 40 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 Б и К входами первого КБ 45 триггера 18, выходы третьей и четвертой пороговой схемы 22, 23 соединены первого КЯ-триггера 18 и второго КБтриггера 19 соединены соответственнос первым и вторым информационными входами блока памяти 17. Выходы блокапамяти 17 через буферы 15 и 16 соединены с третьим и четвертым входом решающего блока 14. 11 ервый и второйвыходы элемента "ИЛИ" 30 подключенысоответственно к первому и второму инсоответственно с Я и К входами второ 50 го КБ-триггера 19. Единичные выходы(О Формационному входу блока памяти 17а выход - к запрещающему входу двух:канальнргс коммутатора 29. Первый ивторой выходы двухканального колму 5татара 29 соединены соответственнос управляющими входами первой и второй ключевых схем 7 и 8. Первый выходблока Формирования опорных импульсов26 соединен с вторым входом аналогового. сумматора 27., второй выходспервым Входом двухканального коммьутаУтора 29 и тактирующим Входом б(Окапамяти 17, третин выход - с вторымвхоцам двухканального коммутатора 29четвертый Выход " с управляющим вхо"дом третьей ключевой схемы 25. Выходусилителя модулирующего сигнала 28соединен с третьим входом аналогового сумматора 27ПрИМЕС 7 гит РЕТЬ(-(Гс гЬ(1(ОЛНСНИВ11 сдуляТор 3 на кристалле танталата лития п(сдувал(новое напр яжеНеП( = 98 ВКонтрольньй Фстоприемник - лавинный Фотодиод ЛФД 2-Л,Ключевые схемы 7 и 8 - транзисто(,ные ключи на транзисторах 1 ьП 306 Л,Усилитсли-интеграторы 9, 10 -транзисторы 1 КПЗОЗ., КП 305Дифференциальньй усилитель 11микросхемы 1 УТ 401.Вентили 12, 13 - диодные схеына диодах КД 503,Решаюшщй блок 14 - ссвокуностьбаланснсго усилитЯ постоянного токс переменной Фиксацией нуля на микросхеьах УТ 401, транзисторах КТ 315КТ 602 Б, четь 1 рех источников эталонного напряжения и коммутирующей диодНой СХЕМЫ.Буферы 15 и 6 - микросхемыК 155 ЛАЗ.Блок памяти 17 выполнен на 0" тси(герах серии К 55(;ВБ-триггеры 18 и 19 - К 55 ТК 2 сосвободными Входами С и В,Пороговые схемы 20 21, ,22, 23триггеры Шмитта выпслпены на (1 крссхемах.Блок регулирования смешений 24управляемый стабилизатор постояннсгстока на транзисторах КТ 315 И, КТ 60(28,Ключевая схема 25 - диодный ключна диодах КД 5 ОЗБВ Формирователе опорных импульсов26 использовался генератор ("544 работающий совместно са схемами задерж ки импульсов КТ 606, КТ 903. Аналоговый сумматор 27 - эмиттерные повторители на транзисторах КТ 602с объединенными выходами,Усилитель модулирующего сигнала28 собран на транзисторах КТ 909 Б.Двухканальньй коммутатор 29 - намикросхемах серии К 155,Устройство автоматической коррекции положения рабочей точки оптического модулятора работает следующимобразомВо время паузы в модулируюц(ем сигнале на первом, втором, третьем ичетв ртом выходах блока Формирова-.ния опорных импульсов 26 появляются;игналы П(, П,. Ц ,. Ц форма и взаимное временное положение которых показано на фиг.2. Разнсполярньй сигнал1 через аналоговый сумматор 27 посту"- (ает на электрический вход модулятора 3.: В случас, если рабочая точкамодулятора 3 находится на нижнем сгибе модуляционной характеристики, оптический сигнал на выходе анализатора 4 и соответствующий ему электрический сигнал на выходе контрольногооОтоприемника 6 имеет вид импульсоводинаковой амплитуды одной полярностиФи.,3,. В нормальном состоянии перпый вход двухканального коммутатора29 сседипен с первым выходом, второйХод - с вторым выходом, Сигнал Ос втоосгс выхода формирователя опор:ьх импульсов 26 поступает на уграв.я;ощий вход ключевой схемы 7 и сткрывает ег, 1.а усилитель-интегратор 9поступает синял с контрольного Фото"приемника б,. соответствующий положительному импульсу 11 Аналогично отсигнала 0; открывается вторая ключевая схе (1 8 и на усилитель-интегратор 10 по:тупает сигнал с контрольгого Фотоприемника 6, .оответствуюший отрицательному импульсу 0 . Таким образом. если рабочая точка рас 1(сложена на нижнем сгибе характеристики модулятора 3, сигналы, падаваеие па прямой и инверсный. Входы дифференцлапьнсгс усилителя 11, равны,и сигнал рассогласования на выходеравен нупо, При смец(ении рабочей точки, например вправо (фиг.4), сигнална выходе контрольного Фотоприемника 6., соответствуощий положительномуикпульсу 1 1, .оказывается больше сигнала соответствующего отрицательно;:у импульсу Е (фиг.4). В результатепа ВьХоде диф(1 ерснциальнсгс усилителя 11 появляется сигнал рассогласования положительной поляризации, которьгй через вентиль 12 поступает напервый вход решающего блока 14, навыхоце решающего блока 14 вырабатывается управляющее напряжение, котороеприводит в действие блок регулирования напряжения смещения 24. Смещениена модуляторе уменьшается до тех пор,пока сигналы на выходе контрольногофотоприемника 6, соответствующие положительному и отрицательному импульсам Б не станут равны, При смец 1 ении19рабочей точки влево (фиг.5) оказывается ПП, на выходе дифференциального усилителя 11 появляетсясигнал рассогласования отрицательнойполярности, который через вентиль 13поступает на второй вход решающегоблока 14,решающий блок 14 вырабаты -вает управляющее напряжение, подаваемое на вход блока регулирования напряжения смещения 29 напряжениесмещения увеличивается до восстановления равенстваБр=Б 1. Если в результате монотонного ухода рабочей точки смещения на модуляторе 3 окажетсябольше некоторого ПеП мкР 20,Щ - полуволновое напряжение модулятора), на выходе пороговой схемы20 появляется напряжение логической1 , которое устанавливает первый"1" подается на первый информационный вход блока памяти 17 и первыйвход элемента ИЛИ 30,. На выходе элемента ИЛИ 30 появляется сигнал логи-ческой "1", который подается на запрещающий вход двухканального коммутатора 29, который прекращает подачунапряжений Б и Б с блока Формирования опорных импульсов 2 б на ключевые схемы 7 и 8, тем самым отключаяизмерительный тракт блоки 9, 10, 11)на время переключения предслов регулирования,С приходом следуюц 1 его импульса Цс выхода блока Формирования 2 б натактирующий вход блока памяти 17 напервом выходе блока памяти 17 появля=ется сигнал логической "1", которыйчерез буфер 15 подается на решающийблок 14, управляющее напряжение с выхода решающего блока 14 подается наблок регулирования напряжения смещения 24, смещение на выходе блока 24уменьшается до величины Ъ=Ьмке 2 Бпосле чего срабатывает пороговая схема 21, на 8-вход первого КЯ-триггера 18 подается сигнал логической "1", на выходе триггера 18, первом информа-. ционном входе блока памяти 17 и первом входе элемента ИЛИ 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 смец 1 ение на модуляторе 3 регулируется в пределах (юг Пва".с) и при достижении максимального значения Иа вновь переключается на У. Переключение смещенич с Ц. на Пг не приводит к сдвигу рабочей точки, так как характеристика мо-.дулятора 3 периодическая с периодом 2 Ь-, а Баме)г=2 ПТ 1. Если же в прои25 цессе регулирования окажется, чтонапряжение смец 1 ения меньше нижнего предепа регулированич Бвнн (ПмциП)на выходе третьей пор говой схемы 22и ипоявляется напряжение логической 1 30 устанавливаюцее второй КБ-триггер 9 всостояние "1". Сигнал логической "1" поступает на второй информационный вход блока памяти 17 и второй вход элемента ИЛИ 30. 11 ри поступлении следующего тактирующего импульса с второго выхода блока Формирования опорных импульсов 26 происходит переключение напряжения смец 1 ения с Цачн на Ц-, .причем Пм,=20 ю смещение на модуляторе 3 регулирования в пределах Я, Пион), 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 полоытельному импульсу, выделение сигнала, соответствующего отрицательному импульсу измерение смещения, Если же напряжение смещения выходит за пределы интервала (Пщн, Брам), в течение следующей паузы происходит переключение пределов регулирования,Введение блока памяти, элемента ИЛИ и двухканального коммутатора позволяют разделить во времени процессом подачи опорных импульсов и927055 4 Х б переключения пределов регулированиянапряжения смещения. Это позволяет вцикле работы устройства не предусматривать временные интервалы для переключения пределов регулирования, которые использовались бы нерационально, поскольку частота переключенияпределов регулирования непостоянна,зависит от характера изменения температуры кристалла н может быть на несколько порядков меньше тактовой частоты работы устройства. Временноеразделение процессов подачи опорныхимпульсов и переключения пределов сокращает минимальную необходимую длительность паузы в модулирующем сигнале примерно в два раза и тем самымповышает предельную информационнуюемкость.,Редактор О.Юркова Техред И,Дид мборская рректор с Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро агарина, 10 Заказ 1059 НИИПИ Госу Тираж 337ного комитета по изобретени3035, Москва, Ж, Раушска Подписное м и открцтиям при ГКНТ СССР наб., д. 4/5