Устройство для тестирования оптических усилителей нового поколения

(51) 04 10/12 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ повышающих эффективность работы оптических усилителей их эффективность, надежность их эксплуатационные характеристики. Проведение тестирования подобных усилителей с целью улучшения их эксплуатационных характеристик, в частности,спектральных характеристик приобретает важное практическое значение. В предлагаемом изобретении создано специализированное устройство стенда, на котором можно тестировать оптические усилители нового поколения, в том числе Рамановские, измерять функционирование волоконно-оптических систем связи, и в частности, измерять их спектральные параметры и улучшать характеристики, проводить наладку промежуточных и оконечных устройств волоконно-оптических линий связи с оптическим спектральным уплотнением.(72) Калиева Самал АхметжановнаРаджабов Тельман Дадаевич Казиева Галия СейткамзаевнаИногамов Акмал Муратович(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ УСИЛИТЕЛЕЙ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике волоконно-оптических устройств и систем,оптическому приборостроению и предназначено для проведения тестирования, измерения и оптимизации спектральных характеристик волоконно-оптических устройств и систем и улучшению их параметров. Повышение пропускной способности волоконнооптических систем связи за счет ввода устройств Изобретение относится к измерительной технике волоконно-оптических устройств и систем,оптическому приборостроению и предназначено для проведения тестирования, измерения и оптимизации спектральных характеристик волоконно-оптических устройств и систем и улучшению их параметров. Известна волоконно-оптическая измерительная система для исследования оптических параметров объекта излучения Патент РФ 2193167,Опубликован 20.11.2002,18.06., МПК 01 3/30,состоящая из исследуемого и эталонного источника излучения и монохроматора с приставленным к нему фотоприемником. Устройство содержит сверхскоростной фоторегистратор, симметрично расположенный относительно обоих источников излучения, при этом эталонный источник выполнен с регулируемой мощностью излучения и с известным распределением по спектру излучения. В устройстве предусмотрены полупрозрачное зеркало для возможности одновременного направления светового потока от эталонного источника на фоторегистратор и монохроматор и линза для прохождения светового потока от исследуемого источника по тому же пути. В результате получается повышение пространственно-временного разрешения. Устройство работает следующим образом световой поток от эталонного излучателя при помощи линз и полупрозрачного зеркала,одновременно направляется на сверхскоростной фоторегистратор и монохроматор с приставленным к нему фотоприемником, сигнал с которого подается на электронный осциллограф. Световой поток от исследуемого источника проходит тот же путь. Измерения оптических картин и импульсов излучения показали,что пространственное разрешение составляет порядка 10-4 м, а временное 10-8 с. С такой точностью удается исследовать оптические параметры объекта излучения. Данное устройство в основном предназначено для исследования оптических характеристик импульсного пробоя газов . Известен также способ определения спектральных характеристик излучающего объекта Патент, А.с СССР 584194, опубликован 08.02.1978.Бюллетень изобретений 48, МПК 01 3/06, в котором измерение интенсивности линий в оптическом спектре осуществляется путем периодического сканирования спектра в окрестности линии относительно выходной щели монохроматора,преобразования оптического сигнала в фототок и измерения амплитуды фототока на частоте модуляции сигнала. Наиболее близким к предлагаемому устройству аналогом является Волоконно-оптическая измерительная система, где представлен способ передачи оптического сигнала по волоконнооптической линии связи и устройство для его осуществления Патент РФ 2280954 Опубликовано 27.07.2006, МПК Н 04 В 1012. Система предназначена для измерения физических параметров оптоволоконных линий и устройств с повышенной точностью измерения физических параметров оптоволоконных линий, а также 2 устройств с повышенной точностью измерений и расширенными функциональными возможностями. Система содержит два оптических вентиля, блок выбора и обработки информации, источник излучения, волоконно-оптическую линию, пять оптических ответвителей, блок преобразования сигналов,включающий спектральный демультиплексор и волоконно-оптический сумматор оптических элементов. Блок выбора и обработка информации содержит блок регенерации параметров, двухспектральный демультиплексор,фотоприемник и блок вычисления отношений сигналов. Недостатками прототипа являются невозможность точного измерения спектральных характеристик излучаемого сигнала с целью корректировки, восстановления и линеаризации исходного сигнала. Предлагаемое устройство предназначено для проведения измерений и тестирования оптического устройства, в частности, оптических усилителей нового поколения, в том числе эрбиевые волоконные (Рамановские) усилителей, измерения их спектральных характеристик и возможности восстановления их спектральной интенсивности и линеаризации. Проведение измерений осуществляется за счет того, что при вводе оптического (тестируемого) сигнала (передатчика), например от усилителя и проходящего через микролинзу, сигнал вводится в оптическое одномодовое волокно, по которому через соединительные коннекторы далее поступает в акустооптический перестраиваемый фильтр(АОПФ). Далее излучение проходит через кристалл АОПФ без его активации или с активацией и направляется на дифракционную решетку спектрографа,из которого информация о снимаемом измерении регистрируется на компьютере где проводится регистрация спектра излучения, проходящего через стенд без активации АОПФ. Рисунок сохраняется в памяти компьютера. Далее при включении блока питания для усилительно-модуляторного блока модулирующая частота по коаксиальному радиочастотному кабелю подается в АОПФ. Излучение проходит через активированный АОПФ и происходит линеаризация контура проходной спектральной характеристики,которая регистрируется на спектрографе и наблюдается на компьютере. С помощью потенциометров регулировки режима для микширования четырех частот, можно менять форму и спектр подаваемых в АОПФ по коаксиальному кабелю электромагнитных колебаний и соответственно, менять параметры подаваемого в АОПФ излучения. Регистрация спектра излучения, проходящего через стенд с активированным и с неактивированным АОПФ происходит в спектрографе, где и проводится сравнение спектров с активированным и неактивированным АОПФ. Полученный технический результат-возможности проведения измерений параметров системы-тестирования оптического устройства, в частности,оптических усилителей нового поколения,в том числе легированные редкоземельными элементами усилителей- измерения их спектральных характеристик-возможности восстановления их спектральной интенсивности и линеаризации. При проведения тестирования спектральных характеристик волоконно-оптических линий связи достигаются следующие технические характеристики улучшаются эксплуатационные характеристики, расширяются функциональные возможности и возможности линеаризации спектральных характеристик,восстановления интенсивности отдельных составляющих оптического спектра (например, для создания регенераторов ВОЛС) в стенде установлен акустооптический перестраиваемый фильтр-АОПФ,а с помощью регулируемых потенциометров для выходного микшера устанавливается усилительномодуляторный блок с помощью которого можно оптимизировать работу АОПФ. Для диагностики и оптимизации спектральных характеристик оптоволоконных систем передачи информации, на входе устройства используется эллиптическая линза, за счет изменения геометрии которой изменяется микрооптика, и коэффициент оптического согласования задающего сигнала с оптоволокном увеличивается с 35-40 до 75-78 . Микролинза имеет покрытие из пленки монооксида кремния, что позволяет значительно снизить потери излучения на входе и в два раза превышает возможности использования сферической линзы. Имеется возможность переключения одного или одновременно несколько спектральных каналов. Общая функциональная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1. Устройство состоит 1-Ввод испытуемого (тестируемого) оптического сигнала (передатчика), например от легированными редкоземельными элементами усилителя, 2 сферическая линза, 3-оптическое одномодовое или многомодовое волокно,4-соединительные коннекторы, 5-Акусто-оптический перестраиваемый фильтр (АОПФ), 6- спектрограф ДФС-14, 7 компьютер - 4, 8- блок питания для усилительного модуляторного блока,9 усилительно-модуляторный блок, 10-коаксиальный радиочастотный кабель,11 потенциометры регулировки режима микширования четырех частот,Устройство работает следующим образом 1.Включается тестируемое устройство(например, эрбиевые волоконные (Рамановские) усилители) и оптический сигнал через микролинзу(2) вводится в оптическое одномодовое волокно (3),по которому через соединительный коннектор (4) вводится в акустооптический перестраиваемый фильтр (АОПФ) (5).Далее излучение проходит через кристалл АОПФ без его активации или с активацией и излучение направляется на дифракционную решетку спектрографа (6), из которого информация о снимаемом регистрируется на компьютере(7).Проводится регистрация спектра излучения ,3 проходящего через стенд без активации АОПФ. Рисунок сохраняется в памяти компьютера. Предварительно был включен спектрограф ДФС-14(6). Во включенном компьютере (7) была запущена ранее программа управления спектрографом. 2. Включается блок питания (8) для усилительномодуляторного блока (9). По коаксиальному радиочастотному кабелю (10) модулирующая частота подается в АОПФ. Излучение проходит через активированный АОПФ и происходит линеаризация контура проходной спектральной характеристики,которая регистрируется на спектрографе (6) и наблюдается на компьютере (7). 3.С помощью потенциометров регулировки режима для микширования четырех частот (11),можно менять форму и спектр подаваемых в АОПФ по коаксиальному кабелю электромагнитные колебания и соответственно менять параметры,подаваемого в АОПФ излучения. 4 . Проводится регистрация спектра излучения,проходящего через стенд с активированным и с неактивированным АОПФ и проводится сравнение спектров с активированным и неактивированным АОПФ. 5. С помощью регулируемых потенциометров(11) для выходного микшера с усилительномодуляторного блока (9) можно оптимизировать работу АОПФ,Основные характеристики узлов стенда Акустооптический перестраиваемый фильтр АОПФ диапазон длин волн коррекции - 1,5 - 1,6 мкм, коэффициент передачи - 0,84,коррекция спектральной неравномерности - 4,6 дБ,Усилительно-модуляторный блок относительная нестабильность/010-5. Диапазон регулирования частот относительно средней частоты - 175 5 Мгц,Диапазон регулирования выходного уровня напряжения по каждому частотному каналу - 0,5 - 2 В,Коэффициент комбинационных искажений не более - 25 дБ,Потребляемая мощность от источника постоянного тока 12 В не более - 1 Вт. Дифракционный спектрометр ДФС-14 предназначен для проведения спектральных измерений с разрешением- 0,1 им. Микролинза на входе представляет эллипсовидную структуру с покрытием из пленки монооксида кремния, что позволяет значительно снизить потери излучения на входе на 70-78, что в два раза превышает в случае использования сферической линзы. Пример конкретного выполнения На разработанном стенде были проведены контрольные измерения по вышеописанной схеме. На фиг.2 и 3 приведены демонстрационные оптические спектры. Фиг.2 - оптический спектр,получаемый на входе устройства, из этого спектра видно, что данный спектр с хорошим приближением воспроизводит картину оптического спектра реальной ВОЛС с оптическим спектральным уплотнением. Можно считать, что в данной ВОЛС работают семь одночастотных лазеров передатчиков, разнесенных с интервалом 2 нм в диапазоне длин частот 1550-1562 нм. Отметим, что спектральная яркость на длинах волн 1552-1554 нм практически равна нулю, т.е. в реальной ВОЛС информация,передаваемая лазерами передатчиками, работающими на этих длинах волн,утеряна, а интенсивность спектральной линии на длине волны 1560 нм существенно меньше интенсивности остальных спектральных линий. Можно ожидать,что при дальнейшем распространении такого сигнала в реальной ВОЛС через каскад нескольких оптических усилителей,информация, передаваемая на этой длине волны будет либо существенно искажена при приеме, либо также утеряна. Спектральная неравномерность в данном случае составляет 6,46 дБ. Из приведенного фиг., видно, наблюдается выравнивание спектральных линий. Как видно из этих фиг., (2-3) стенд позволяет получать спектрограммы,характеризующие излучение проходящее через ВОЛС кроме того видно, что с помощью фильтра можно эффективно улучшать спектральные характеристики ВОЛС за счет выравнивания и линеаризации спектров излучения. Использование лазеров диапазона 1,5 мкм дает возможность иметь длину регенерационного участка около 100 км и скорости передачи до 560 Мбитс и более. Однако, лазеры этого диапазона требуют более строгого контроля спектрального состава излучения, чем лазеры,работающие на длине волны 1,3 мкм. Таким образом на разработанном стенде можно тестировать оптические усилители нового поколения,проводить испытания функционирования волоконно-оптических систем передачи информации с оптическим спектральным уплотнением, моделировать оптические сигналы ВОЛС и выравнивать проходные характеристики ВОЛС за счет применения акусто-оптических перестраиваемых фильтров АОПФ. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для передачи оптического сигнала нового поколения,содержащее волоконнооптическую линию связи (ВОЛС) с последовательно соединенными узлами, содержащими приемнопередающую аппаратуру, сигналы с ВОЛС поступают к узлу, содержащему приемнопередающую аппаратуру по волокнам рабочей линии, отличающееся тем, что дополнительно установлен акусто-оптический перестраиваемый фильтр (АОПФ) с усилительно-модуляторным блоком, установленным между соединительными коннекторами и спектрографом, на входе устройства используется эллиптическая линза.