Квантовий волоконно-оптичний підсилювач-обмежувач дисперсії імпульсних сигналів

Реферат: UA 75334 U UA 75334 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до квантово-електронної техніки і може буди використана в одноканальній високошвидкісній, а також в багатоканальній волоконно-оптичних системах передавання з оптичним часовим мультиплексуванням як лінійний (проміжний) підсилювач, а також як попередній волоконно-оптичний підсилювач (ВОП) на прийомі оптичних імпульсних сигналів в волоконно-оптичному тракті передачі. Відомий класичний квантовий принцип роботи існуючих ВОП, їх схеми накачування й формування власних шумів і дисперсії у них докладно описані в багатьох джерелах, наприклад в [1] прототипі. Недоліками відомих ВОП є дисперсія як хроматична, так і поляризаційна, що призводить до збільшення тривалості імпульсних сигналів. Це в свою чергу обмежує дальність та швидкість передавання. Поставлена задача усунення цих недоліків, тобто обмеження дисперсії підсилених оптичних імпульсів, що подаються на вхід волоконно-оптичного підсилювача із волоконно-оптичної лінії передавання. Технічним вирішенням поставленої задачі є включення поглинача, що насичується, в тракт підсилення, котрий забезпечує просторово-часове обмеження вихідного підсиленого оптичного імпульсу, що направляється в лінію. Схема підсилення оптичних сигналів прямого накачування ВОП, що пояснює його роботу, подана на кресленні, де введені наступні позначення: 1 - рознімний оптичний з'єднувач (РОЗ), 2 - пристрій об'єднання (двохвильовий мультиплексор); 3 - лазер накачування; 5 - активне оптичне волокно (АОВ); серцевина якого легована рідкоземельним хімічним елементом ербієм, атоми якого збуджуються випромінюванням лазера накачування, спектром з центральною довжиною хвилі 980 нм, що поширюється, в основному, усередині серцевини АОВ, 4 - вентиль, що вимикається на кінцях АОВ, 6 - поглинач, що насичується. Схема працює таким чином: інформаційний сигнал спектром 15301565 нм, що подається на вхід ВОП, поширюється також уздовж АОВ і стимулює емісію квантів збуджених атомів ербію і таким чином підсилюється, поглинаючи їхню енергію. АОВ довжиною кілька десятків метрів звичайно згинається й укладається круглою бухтою усередині корпуса самого оптичного підсилювача. При цьому у тілі зігнутого АОВ з'являється анізотропія, що призводить до невзаємного перетікання потужностей у площині поперечного перерізу між взаємно-ортогональними хвилями НЕ11, що поширюються в АОВ [2]. Саме ці потоки потужностей невзаємного зв'язку зазначених хвиль породжують основні шуми у волоконно-оптичному підсилювачі шляхом емісії квантів збуджених атомів ербію, які легують серцевину АОВ. Для зменшення цих шумів було пропоноване [3] укладати АОВ на плоский диск по спіралі Архімеда. Таким чином цей ВОП стає також і малошумним (прототип). Запропонований квантовий волоконно-оптичний підсилювач-обмежувач дисперсії імпульсних сигналів, які підсилюються, містить ті ж самі елементи, що і прототип, а саме: рознімний оптичний з'єднувач, пристрій об'єднання (двохвильовий мультиплексор), вентиль (ізолятор) оптичний, лазер накачування, активне одномодове оптичне волокно (див. креслення). Включення поглинача, що насичується, в тракт підсилення, котрий забезпечує просторовочасове обмеження вихідного підсиленого оптичного імпульсу, що направляється в лінію. Форма короткого імпульсу підтримується за рахунок того, що поглинання світла в поглиначі, що насичується (НП), є зворотно пропорційним інтенсивності: мінімальне поглинання буде для центральної області імпульсного оптичного сигналу, а на передньому і задньому фронтах імпульсу поглинання збільшується. Завдяки такому нелінійному поглинанню в НП кожний підсилений імпульс виходить із волоконно-оптичного підсилювача обмеженим як просторово, так і в часі в порівнянні з імпульсним оптичним сигналом, що надходить на вхід ВОП. Поглинач, що насичується - це оптичний компонент з певними втратами, які зменшуються зі збільшенням оптичної інтенсивності імпульсного сигналу. Це може мати місце в середовищі з легованими іонами, що поглинають (насичуються), коли велика оптична інтенсивність призводить до збідніння основних станів цих іонів. Подібні ефекти мають місце в напівпровідниках, коли електрони, що випромінюються, переводяться із валентної зони в зону провідності, при цьому зменшується поглинання для фотонів, енергії яких такі ж самі або трохи більші за різницю енергетичних рівнів [4]. Оскільки обмеження тривалості кожного імпульсу вхідної імпульсної послідовності здійснюється пасивним поглиначем, що насичується, то при цьому в значній мірі будуть подавлятися і між символьні імпульсні завади, і власні шуми ВОП. Це буде призводити до збільшення довжини підсилювальних ділянок, або до зменшення кількості підсилювачів на лінії зв'язку, і одночасно до зменшення капітальних витрат на будівництво ВОСП в цілому. Пропонований ВОП виконує одночасно підсилення і функції обмежувача тривалості оптичних імпульсних сигналів, що приймаються і підсилюються, які зазнали дисперсії в довгих (протяжних) волоконно-оптичних лініях зв'язку. Підсилення і одночасне обмеження тривалості 1 UA 75334 U 5 10 оптичних імпульсних сигналів в пропонованому ВОП забезпечує збільшення дальності і швидкості передавання при зменшенні коефіцієнта помилок і капітальних затрат на будівництво і монтаж волоконно-оптичної системи передавання (ВОСП) в цілому. Джерела інформації: 1. Макаров Т.В. Когерентные волоконно-оптические системы передачи. Одесса, 2009, С. 220. 2. Макаров Т.В. Невзаимные влияния волн и сигналов в спиральных одномодових волоконних световодах. - Ч. 1 и 2. // Праці УНДІРТ, 2004. - № 2 (38). - С. 23-34. 3. Макаров Т.В., Жуков С.А. Малошумний волоконно-оптичний підсилювач. Деклараційний патент на корисну модель № 6342 від 16.05.2005 р. Бюл. № 5. 4. Encyclopedia of Laser Physics and Technology. - saturable absorbers, http://www.rpphotonics.com/encyclopedia.html. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Квантовий волоконно-оптичний підсилювач-обмежувач дисперсії імпульсних оптичних сигналів, який містить на вході роз'ємний оптичний з'єднувач, вихід якого з'єднано з двохвильовим оптичним мультиплексором, другий вхід мультиплексора з'єднано з лазером накачування, вихід мультиплексора через вентиль підключено до активного оптичного волокна, який відрізняється тим, що на вихід активного оптичного волокна через другий вентиль підключено поглинач, що насичується. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2