RU2715489C1

RU2715489C1 - Method for distributed amplification of power of optical signals for systems for comparison and synchronization of time scales and optical fiber reflectometers

Info

Publication number: RU2715489C1
Application number: RU2019126182A
Authority: RU
Inventors: Сергей Сергеевич Донченко; Олег Викторович Колмогоров; Дмитрий Владимирович Прохоров
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2020-02-28

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to methods of comparing and synchronizing time scales of remote objects using a fiber-optic communication line connecting objects to fiber-optical reflectometer. Method includes input by means of a combiner of pumping radiation of an SRS amplifier into the analyzed fiber-optic line. Combiner is located between the splitter and the circulator of the modified unit of splitter-couplers BRO-U.

EFFECT: achieved technical result using the disclosed method is increasing the distance of operation of systems for comparing and synchronizing time scales or optical reflectometers, wherein errors in determining time of emission of optical pulses into the analyzed, in case of reflectometry, or connecting remote objects in case of synchronization of time scales, fiber-optic communication line, and errors of determination of moments of reception of reflected pulses remain unchanged.

1 cl, 1 dwg

Description

Известны способ и устройство сравнения и синхронизации шкал времени между наземными пунктами с помощью системы одно- и двухсторонних сравнений шкал времени (С.С.Донченко, О.В. Колмогоров, Д.В. Прохоров. Система одно- и двухсторонних сравнений шкал времени. Измерительная техника, №1, 2015, Патент РФ №2547662 Способ сличения шкал времени и устройство для его осуществления).A known method and device for comparing and synchronizing time scales between ground points using a system of one- and two-way timeline comparisons (S.S. Donchenko, O.V. Kolmogorov, D.V. Prokhorov. System of one-and two-way timeline comparisons. Measuring equipment, No. 1, 2015, RF Patent No. 2547662 Method for comparing time scales and a device for its implementation).

Устройство содержит на одном из пунктов импульсный генератор, передающий модуль, блок разветвителей-объединителей, фотоприемный модуль, таймер событий, компьютер, промежуточный генератор; на втором пункте полупрозрачное зеркало, фотоприемный модуль, таймер событий, компьютер, волоконно-оптическую линию, соединяющую первый и второй пункты.The device comprises, at one of the points, a pulse generator, a transmitting module, a combiner splitter unit, a photodetector module, an event timer, a computer, an intermediate generator; at the second point, a translucent mirror, a photodetector module, an event timer, a computer, a fiber optic line connecting the first and second points.

К достоинствам данного устройства относится то, что с помощью блока разветвителей-объединителей производится привязка оптических, а не электрических импульсов к соответствующей шкале времени, что исключает влияние случайной погрешности, вызванной нестабильностью задержки при электронно-оптическом преобразовании. Недостатком данного устройства является то, что на фотоприемник поступает оптический импульс, прошедший двойной путь по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) и частично отразившийся от ретрорефлектора на втором объекте, что существенно снижает мощность импульса и ограничивает протяженность ВОЛС.The advantages of this device include the fact that with the help of a splitter-combiner unit, optical rather than electrical impulses are linked to the corresponding time scale, which excludes the influence of a random error caused by the instability of the delay during electron-optical conversion. The disadvantage of this device is that an optical pulse arrives at the photodetector, which has passed a double path through a fiber optic communication line (FOCL) and partially reflected from the retroreflector at the second object, which significantly reduces the pulse power and limits the length of the FOCL.

Также известен оптический рефлектометр (Д.В. Прохоров, О.В. Колмогоров, С.С. Донченко, С.Г. Буев. Патент РФ №2655046 Оптический рефлектометр).An optical reflectometer is also known (D.V. Prokhorov, O.V. Kolmogorov, S.S. Donchenko, S.G. Buev. RF patent No. 2655046 Optical reflectometer).

Рефлектометр содержит импульсный генератор, к которому подключен передающий лазерный модуль, оптоволоконный разветвитель, один из выходов которого соединен с одним из входов/выходов оптоволоконного циркулятора, второй выход соединен с одним из входов оптоволоконного объединителя. Выход объединителя соединен с фотоприемным устройством, выход которого соединен с измерителем временных интервалов, информационный выход которого соединен с персональным компьютером. Второй вход объединителя через оптическую линию задержки соединен с выходом циркулятора, второй вход-выход которого заканчивается разъемом для подключения ВОЛС.The reflectometer contains a pulsed generator, to which a transmitting laser module is connected, an optical fiber splitter, one of the outputs of which is connected to one of the inputs / outputs of the fiber optic circulator, the second output is connected to one of the inputs of the fiber optic combiner. The output of the combiner is connected to a photodetector, the output of which is connected to a time interval meter, the information output of which is connected to a personal computer. The second input of the combiner through an optical delay line is connected to the output of the circulator, the second input-output of which ends with a fiber optic connector.

Особенностью и преимуществом указанного устройства является то, что использование оптической линии задержки устраняет мертвую зону рефлектометра, использование объединителя перед фотоприемным устройством позволяет фиксировать время излучения зондирующего импульса и приема обратного в одном фотоприемном тракте и одним измерителем временных интервалов, что повышает точность локализации неоднородностей в ВОЛС.A feature and advantage of this device is that the use of an optical delay line eliminates the dead zone of the OTDR, the use of a combiner in front of the photodetector allows you to record the time of radiation of the probe pulse and the return in one photodetector and one meter of time intervals, which increases the accuracy of localization of inhomogeneities in the fiber optic link.

Недостатком данного устройства является то, что на фотоприемник поступает оптический импульс, прошедший двойной путь по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) и частично отразившийся от конца линии, что существенно снижает мощность импульса и ограничивает протяженность ВОЛС.The disadvantage of this device is that an optical pulse arrives at the photodetector, passing a double path through a fiber-optic communication line (FOCL) and partially reflected from the end of the line, which significantly reduces the pulse power and limits the length of the FOCL.

Также известен способ усиления оптических сигналов с помощью усилителя Рамана или ВКР-усилителя (Леонов А.В., Наний О.Е., Трещиков В.Н. Усилители на основе вынужденного комбинационного рассеяния в оптических системах связи. Прикладная фотоника, 2014, №1. - С. 26-49).Also known is a method of amplifying optical signals using a Raman amplifier or a Raman amplifier (Leonov A.V., Naniy O.E., Treshchikov V.N. Amplifiers based on stimulated Raman scattering in optical communication systems. Applied Photonics, 2014, No. 1 . - S. 26-49).

Особенностью и преимуществом указанного способа является то, что усиление сигнала за счет энергии волны накачки происходит по всей длине волокна, которое вместе с источником накачки представляет собой распределенный ВКР-усилитель. Слабое поглощение оптического излучения на длине волны накачки обеспечивает проникновение накачки на большую дальность, т.е. усиление оказывается распределенным вдоль волокна. В этом случае удается достичь более равномерного распределения мощности оптического импульса вдоль направления распространения, при этом энергия сигнала не опускается до уровня шумовых компонент и, в то же время, не достигает уровня, при котором становятся существенными нелинейные искажения сигналов вследствие самовоздействия.A feature and advantage of this method is that the amplification of the signal due to the energy of the pump wave occurs along the entire length of the fiber, which together with the pump source is a distributed Raman amplifier. Weak absorption of optical radiation at the pump wavelength ensures that the pump penetrates over a long range, i.e. the gain is distributed along the fiber. In this case, it is possible to achieve a more uniform distribution of the optical pulse power along the propagation direction, while the signal energy does not drop to the level of noise components and, at the same time, does not reach the level at which nonlinear distortions of the signals become significant due to self-interaction.

Недостатком данного способа является то, что в волоконно-оптических линиях связи применяется встречная схема, т.е. блок лазеров накачки устанавливается в конце ВОЛС, что в ряде случаев неприменимо в системах сравнения и синхронизации шкал времени и оптических рефлектометрах.The disadvantage of this method is that in the fiber-optic communication lines a counter circuit is used, i.e. a block of pump lasers is installed at the end of the FOCL, which in some cases is not applicable in systems for comparing and synchronizing time scales and optical reflectometers.

Особенностью и преимуществом заявленного способа является то, что с помощью модифицированного блока разветвителей-объединителей (БРО-У), включающего ВКР-усилитель, излучение накачки поступает в ВОЛС, при этом происходит усиление как импульсов поступающих в ВОЛС, так и распространяющихся в обратном направлении. Использование коротких одиночных импульсов обеспечивает отсутствие вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна (ВРМБ).A feature and advantage of the claimed method is that with the help of a modified block of combiner-splitters (BRO-U), including a Raman amplifier, the pump radiation enters the FOCL, while amplification of both the pulses entering the FOCL and propagating in the opposite direction occurs. The use of short single pulses ensures the absence of stimulated Mandelstam - Brillouin scattering (SBS).

Достигаемым техническим результатом при использовании заявленного способа является увеличение дистанции работы систем сравнения и синхронизации шкал времени или оптических рефлектометров при том, что погрешности определения моментов времени излучения оптических импульсов в исследуемую, в случае рефлектометрии, или соединяющую удаленные объекты в случае синхронизации шкал времени, волоконно-оптическую линию связи, и погрешности определения моментов времени приема отраженных импульсов остаются неизменными.Achievable technical result when using the claimed method is to increase the distance of operation of systems for comparing and synchronizing time scales or optical reflectometers, while the errors in determining the time moments of the emission of optical pulses into the investigated one, in the case of reflectometry, or connecting remote objects in the case of synchronizing time scales, fiber optical communication line, and the errors in determining the times of reception of reflected pulses remain unchanged.

Данный технический результат достигается за счет того, что ВКР-усилитель входит в состав модифицированного БРО-У, при этом излучение накачки поступает через циркулятор в ВОЛС и усиливает оптические импульсы, распространяющиеся как в прямом, так и в обратном направлении.This technical result is achieved due to the fact that the Raman amplifier is part of the modified BRO-U, while the pump radiation enters the FOCL through the circulator and amplifies the optical pulses propagating both in the forward and reverse directions.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 - показана схема модифицированного блока разветвителей-объединителей БРО-У, который содержит разветвитель 1, на который поступают оптические импульсы ОИ1 с оптического генератора, выходы которого соединены с объединителем 2 и объединителем 3. Второй вход объединителя 3 соединен с блоком лазеров накачки ВКР-усилителя 4, а выход - с циркулятором 5. Вход-выход циркулятора 5 соединен с ВОЛС 6, а выход с объединителем 2, с выхода которого оптические импульсы ОИ2 и ОИ3 поступают на фотоприемное устройство.In FIG. 1 - shows a diagram of a modified block of splitters-combiners BRO-U, which contains a splitter 1, which receives optical pulses OI1 from an optical generator, the outputs of which are connected to a combiner 2 and a combiner 3. The second input of the combiner 3 is connected to the pump laser unit of the Raman amplifier 4, and the output - with the circulator 5. The input-output of the circulator 5 is connected to the fiber optic link 6, and the output with a combiner 2, from the output of which the optical pulses OI2 and OI3 are fed to the photodetector.

Способ распределенного усиления мощности оптических сигналов реализуется следующим образом.The method of distributed power amplification of optical signals is implemented as follows.

Оптический импульс ОИ1 проходит через разветвитель 1, часть мощности ОИ1 через объединитель 2 в виде импульса ОИ2 поступает на фотоприемник для фиксации времени излучения ОИ1. Основная часть мощности ОИ1 через объединитель 3 и циркулятор 5 поступает в ВОЛС 6. Через объединитель 3 в циркулятор 5 и ВОЛС 6 поступает излучение из блока лазеров накачки ВКР-усилителя 4. Часть мощности прямого импульса отражается от конца ВОЛС или ретрорефлектора, установленного на конце ВОЛС, и движется в обратном направлении. Во время прохождения прямого и обратного импульсов по ВОЛС происходит их усиление благодаря эффекту Рамана. Отраженный импульс ОИ3 поступает из ВОЛС 6 через циркулятор 5 и объединитель 2 на фотоприемник для фиксации времени его прихода.The optical pulse of OI1 passes through splitter 1, part of the power of OI1 through combiner 2 in the form of a pulse of OI2 is fed to a photodetector to record the radiation time of OI1. The main part of the power of OI1 through combiner 3 and circulator 5 enters FOCL 6. Through combiner 3, circulator 5 and FOCL 6 receives radiation from the pump laser unit of the Raman amplifier 4. Part of the direct pulse power is reflected from the end of the FOCL or retroreflector installed at the end of the FOCL , and moves in the opposite direction. During the passage of the forward and reverse pulses along the FOCL, they are amplified due to the Raman effect. The reflected pulse OI3 comes from fiber optic link 6 through the circulator 5 and combiner 2 to the photodetector to fix the time of its arrival.

Claims

The method of distributed power amplification of optical signals in comparison systems and time scales and fiber-optic reflectometers is carried out by entering, using a radiation combiner, a Raman amplifier located between the splitter and the circulator of the modified block of couplers-combiners BRO-U into a fiber optic line, which is studied in the case of reflectometry, or connecting remote objects in the case of synchronization of time scales, moreover, amplification of both optical and pulses emitted to the line, and pulses reflected from the end of the line or retroreflector at the end of the line.