SU1136632A1

SU1136632A1 - Device for controlling electrical optical modulator operation

Info

Publication number: SU1136632A1
Application number: SU833567362A
Authority: SU
Inventors: А.А. Визнер
Original assignee: Институт электроники АН БССР
Priority date: 1983-03-17
Filing date: 1983-03-17
Publication date: 1991-03-30

Abstract

УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА СИСТЕМЫ С ФАЗОВО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ , состо щее из оптически св занных источника излучени , первого светоделител , электрооптического модул тора , второго светоделител и первого фотоприемника, выход которого подключен к первому входу дифференциального усилител , второй вход ко ,торого через интегратор подключен к выходу усилител , а выход дифференциального усилител через блок коррекции подключен к первому электрическому входу электрооптического модул тора , второй электрический вход которого подключен к выходу формировате-. л информационного сигнала, и второго фотоприемника, отличающеес тем, что, с целью повышени точности регулировани при передаче информационной последовательности с переменной диспаритетностью, в него дополнительно введены двулучепреломл юща призма, третий фотоприемник, демультиплексор, коммутатор и генератор подне сущей, причем вход призмы.оптически св зан с вторым све тоделителем , первьй выход призмы оптически св зан с вторым фотоприемником, выход которого подключен к первому сигнальному входу коммутатора, второй сигнапьньй вход которого подключен к входу третьего фотоприемника, оптичес (О ки св занного с вторым входом призмы, при этом первый и второй управл ющие входы коммутатора подключены к соот- :ветствующим выходам демультиплексора, |вход которого подключен к выходу формировател информационного сигнала, выход коммутатора подключен к входу усилител , выход генератора подиесущей подключен к первому электрическог му входу электрооптического модул тора .DEVICE CONTROL MODE electrooptical modulator SYSTEM pulse-position modulation, consisting of optically associated radiation source, the first beam splitter, the electrooptic modulator, the second beam splitter and the first photodetector, whose output is connected to the first input of the differential amplifier, a second input to, torogo through integrator connected to the output of the amplifier, and the output of the differential amplifier through the correction unit is connected to the first electrical input of the electro-optical modulator, Torah electrical input which is connected to the output formirovate-. l information signal, and the second photodetector, characterized in that, in order to increase the control accuracy when transmitting the information sequence with variable disparity, a birefringent prism, a third photodetector, a demultiplexer, a switch and an oscillator are added, with the prism input. connected to the second light divider, the first prism output is optically coupled to the second photodetector, the output of which is connected to the first signal input of the switch, the second signal whose input is connected to the input of the third photodetector, optically (Oi connected to the second input of the prism, the first and second control inputs of the switch are connected to the corresponding outputs of the demultiplexer, | the input connected to the output of the information signaling device, the output of the switch connected to the input of the amplifier; the output of the carrier generator is connected to the first electrical input of the electro-optical modulator.

Description

Изобретение относитс к оптоэлек- тронике и может быть использовано при создании оптических систем передачи информации с фазово-импульсной .модул цией.The invention relates to optoelectronics and can be used to create optical information transmission systems with phase-pulse modulation.

Известно устройство регулировани режима электрооптического модул тора , состо щее из фотоприемника, череэ светоделитель св занного с выходIA device for adjusting the mode of an electro-optical modulator, consisting of a photodetector, is connected through a beam splitter associated with output I

ным лучом электрооптического модул тора , дифференциального усилител , один из входов которого через первый фШ1ьт2 нижних частот св зан с выходом усилител ,.вход которого соеди-; нен с фотоприемником, второй вход дифференциального усилител через второй фильтр нижних частот и инвертор св - зан с выходом усилител , а выход диф- .The main beam of an electro-optic modulator, a differential amplifier, one of the inputs of which is connected through the first low-pass frequency converter to the output of an amplifier, the input of which is connected to; The second input of the differential amplifier is connected via a second low pass filter and the inverter is connected to the output of the amplifier, and the output is differential.

ференциального усилител соединен с входом модул тора.A power amplifier is connected to the input of the modulator.

Недостатком такого устройства вл етс низка точность регулировани , возникающа за счет того, что рабоча точка модул тора принудительно смещаетс на половину периода характеристики модул тора при передаче сигнала логической единицы и нул , а это приводит к тому, .что разностньй Сигнал на выходе дифференциального усилител зависит от характера информационной последовательности.The disadvantage of such a device is low control accuracy, due to the fact that the operating point of the modulator is forcibly shifted by half the period of the characteristics of the modulator during the transmission of a logical unit signal and zero, and this causes the difference of the signal at the output of the differential amplifier on the nature of the information sequence.

Наиболее близким техническим решением можно считать устройство дл регулировани режима электрооптического модул тора системы с фазового-импульсной модул цией, состо щее из оптически св занных источника излучени , пер вого светоделител , электрооптического модул тора, второго светоделител и первого фотоприемника, выход которого подключен к первому входу дифференциального усилител , второй вход которого через интегратор подключен к выходу усилител , а выход дифференциального усилител через блок коррекции подключен к первому электрическому входу электрооптического модул тора , второй электрический вход которого подключен к выходу формировател информационного сигнала, и второго фотоприемника.The closest technical solution can be considered a device for controlling the mode of an electro-optical modulator of a system with phase-pulse modulation, consisting of an optically coupled radiation source, the first beam splitter, an electro-optical modulator, a second beam splitter and the first photodetector, the output of which is connected to the first input differential amplifier, the second input of which is connected via an integrator to the output of the amplifier, and the output of the differential amplifier is connected to the first through a correction unit at the electrical input of the electro-optical modulator, the second electrical input of which is connected to the output of the information signal shaper, and the second photodetector.

Недостатком вл етс невысока точность регулировани при передаче информационной последовательности с переменной диспаритетностью.The disadvantage is the low control accuracy when transmitting an information sequence with a variable disparity.

Целью изобретени вл етс повьпле- ние точности регулировани при передаче информационной последовательности с переменной диспаритетностью,The aim of the invention is to improve the accuracy of control when transmitting an information sequence with a variable disparity,

Это достигаетс благодар тому, что устройство дл регулировани режима электрооптического модул тора сиетемы с фазово-импульсной модул цией, состо щее из оптически св занных источника излучени , первого светоделител , электрооптического модул тора, второго светоделител и первого фотоприемни1са , выход которого подключен к первому входу дифференциального усилител , второй вход которого через интегратор подключен к выходу усилител , а выход дифференциального уси лител через блок коррекции подключен кПервому электрическому входу электрооптического модул тора, второй электрический вход которогоThis is due to the fact that the device for controlling the mode of an electro-optical modulator of a sietema with phase-pulse modulation, consisting of an optically coupled radiation source, the first beam splitter, an electro-optical modulator, the second beam splitter and the first photodetector, whose output is connected to the first differential input an amplifier, the second input of which through the integrator is connected to the output of the amplifier, and the output of the differential amplifier is connected to the First electrical input through the correction unit do electro-optical modulator, the second electrical input of which

подключен к выходу формировател информационного сигнала, и второго фотоприемника, дополнительно содержит двулучепреломл ющую призму, третий фотоприемник, демультиплексор, коммутатор , генератор поднесущей, причем вход призмы оптически св зан с вторым светоделителем, первый выход призмы оптически св зан с вторым фотоприемником , выход которого подключен к первому сигнальному входу коммутатора , второй сигнальный вход которого подключен к выходу третьего фотоприемника , оптически св занного с вторым выходом призмы, при этом первый и второй управл ющие входы коммутатора подключены к соответствующим входам демультиплексора, вход которого подключен к выходу формировател информационного сигнала, а выход коммутатора подключен к входу усилител , выход генератора поднесущей подключен к первому электрическому входу электрооптического модул тора.connected to the output of the information signal generator, and the second photodetector, further comprises a birefringent prism, a third photoreceiver, a demultiplexer, a switch, a subcarrier generator, the input of the prism is optically connected to the second beam splitter, the first output of the prism is optically connected to the second photoreceiver, the output of which is connected to the first signal input of the switch, the second signal input of which is connected to the output of the third photodetector, which is optically connected with the second output of the prism, the first and Torah The control switch inputs are connected to respective inputs of a demultiplexer having an input connected to the output of the information signal, and the switch output is connected to the input of the amplifier, the output of subcarrier generator connected to the first electrical input of the electro-optical modulator.

На фиГв приведена схема устройства; на фиг,2,3,4,5 - временные диаграммы работы устройства,The figure is a diagram of the device; Fig, 2,3,4,5 - time diagrams of the device,

В устройстве источник излучени I, первый светоделитель 2, электрооптический модул тор 3 и второй светоделитель 4 св заны оптически последовательно. На пути второго луча первого, светоделител 2 установлен первый фотоприемник 5, на пути второго луча второго светоделител 4 установлена двулучепреломл юща призма 6, С одним их выходных лучей призмы 6 оптически св зан второй фотоприемник 7, а другим - третий фотоприемник 8, Выходы второго и третьего фотоприемников св заны соответственно с первым и вторым сигнальными входами коммутатора 9, Выход коммутатора 9 через усилитель 10 и интегратор I1 св зан с одним из входов дифференциального усилител 12, второй вход которого соединен с первым фотоприемником 5 в Выход дифференциального усилител 12 через блок коррекции 13 св зан с одним из входов модул тора 3, С этим же входом св зан генератор сигнал; поднесущей 14, Вход демул1-типлексора 15 св зан с формирователем информационного сигнала 16 и с вторым входом модул тора 3, Первый и второй выходы демультиплексора 15 подключены к соответствующим первому и второму управл ющим входам коммутатора 9, Работа устройства осуществл етс следующим образом, В исходном состо нии сигнал с генератора 14 поступает на первый вход модул тора 3« Рабоча точка модул тора находитс на середине линейного участка харак теристики, что соответствует относительному фазовому сдвигу ортогональн пол ризованных составл ющих луча на выходе модул тора (90 ). Соответственно , средние значени сигналов на обоих,выходах двулучепреломл ющей призмы 6 одинаковы. Призма осуществл ет преобразование пол ризационной модул ции в амплитудную, В результате на ее выходах имеетс амплитудно- модулированньй оптический сигнал. Частота модул ции равна частоте сигнала поднесущей (фиг,2). При передаче сигнала, соответствующего логической единице, с выхода формировател информационного сигнала 16 на второй вход модул тора 3 подаетс перепад напр жени величиной, равной полуволновому напр жению U/j-, что приводит к смещению рабочей точки на участок характеристики с противоположным наклоном. Это приводит к изменению фазы модулированного сигнала на 180 (фиг,2, в, г). Если за этим следует передача логического нул , сигнал на выходе формировател информационного сигнала равен нулю, рабоча точка модул тора 3 возвращаетс в исходное состо ние, фаза выходного сигнала вновь измен етс на ISO (фиг,2,а,б). Термически наведенное двулучепреломли1 ие электрооптического кристалла приводит к дополнительному фазовому сдвигу между ортогональными составл ющими луча на выходе модул тора , что приводит к смещению рабочей точки по модул ционной характеристике причем это смещение дл лучей на пер вом и втором выходах призмы противоположно . На фиг,3 показаны: а - модулирук ций сигнал поднесущей; б характеристика модул тора по отношению к сигналу, пол ризаци которого совпадает с пол ризацией на входе; в - характеристика модул тора по отно шению к сигналу с пол ризацией, орто- гональной пол ризации входного сигнала; О - середина линейного участка характеристики; А - величина смещени рабочей точки относительно середины линейного участка. Если на входе модул тора 3 присутствует только синусоидальный сигнал поднесущей, информацию об истинном положении рабочей точки можно извлечь, сравнива сигналы на выходах призмы 6 между собой либо один из них с сигналом на входе модул тора 3, Однако, как указывалось ранее, модул ци фазы поднесущей осуществл етс путем принудительного смещени рабочей точки модул тора. Дл этого на другой вход последнего подают перепады напр жени величиной, равной полуволновому напр жению. При этом одному и тому же смещению рабочей точки при передаче 1 и при передаче О соответствует различна величина сигналов на одном и том же выходе призмы 6, На фиг,4 показан процесс модул ции фазы поднесущей при отсутствии смещени рабочей точки за счет естественного двулучепреломлени кристалла, а на фиг,5 показан тот же процесс при наличии смещени рабочей точки U , Стробиру первый фотоприемник и интегриру выходной сигнал, можно получить сигнал, пропорциональный смещению рабочей-точки Д. Дл , этого необходимо сравнивать среднее значение сигнала, соответствующих логическим I, с входным оптическим сигналом модул тора и по разности вырабатывать корректирующее напр жение , компенсирующее уход рабочей точки модул тора: Ч Однако такое сравнение позвол ет однозначно св зать Д и только дл последовательности, у которой за период интегрирювани соотношение количества логических 1 О остаетс неизменным. Если это условие не соблюдаетс , результат интегрировани зависит от количества логических 1 за врем интегрировани . Дл исключени указанного влени сигнал на входе модул тора сравниваетс с одним из выходных сигналов призмы в зависимости от того, какой символ передаетс , при передаче 1 входной оптический сигнал сравниваетс с сигналом на первом выходе призмы 6, при передаче О - с сигналом на втором вьпсоде. При этом используетс тот факт, что смещение рабочей точки модул тора приводит к противоположному измененмо сигналов на первом и втором выхрдах призмы. Демультиплексор 15 осуществл ет разделение информационной последовательности на два потока, одна из которых содержит сигналы, соответствующие логическим l, другой - О , При передаче 1 по вл етс сигнал на первом выходе демультнплексора J5, который поступает на первый управ л ющий вход коммутатора 9. Это вызывает соединение первого сигнального входа, св занного со вторым фотоприем ником 7, с выходом. Сигнал второго фотоприемника 7 поступает через коммутатор 9, усилитель 10 и интегратор П на один из входов дифференциального усилител 12, на BTOpoii вход которого поступает сигнал С первого фотоприемника 5 При передаче символа О по вл етс сигнал на втором выходе демультиплексора 15, который- подаетс на второй управл ющий вход коммутатора 9. При этом второй сигнальный вход коммутатора 9 соедин етс с его выходом. Сигнал третьего фотоприемника 8, св занного с вто рым выходом призмы 6, подаетс на вход дифференциального усилител 12, ,и вырабатывает сигнал, пропорционал ньй среднему значению разности сигна лов фотоприемников, который несет информацию о смещении рабочей точки модул тора 3, Этот сигнал подаетс на второй вход модул тора 3 и компенсирует смещение рабочей точки. Данное устройство позвол ет повысить точность регулировани режима электрооптического модул тора за счет повьшени достоверности информации о положении рабочей точки, которое достигаетс устранением погрешности, вызванной колебани ми диспаритетности информационного потока . Кроме того, повышение точности регулировани модул тора позвол ет устранить переходные процессы при модул ции фазы поднесущей, что увеличивает отнощение сигнал/щум на приемной стороне, В конечном счете увеличение точности регулировани режима модул тора существенно снижает среднюю веро тность ошибки в системе передачи информации с базово-импульсной модул цией, что обеспечивает конкурентоспособность и экономическую эффективность таких систем в сравнении с традиционными системами радиодиапазона . , . t / 1 / I / I / I ; , / I /. 1 / I / I / /g i ,2 r X fno3H. ,A/l/l/ W bIn the device, the radiation source I, the first beam splitter 2, the electro-optical modulator 3 and the second beam splitter 4 are connected optically in series. A first photodetector 5 is installed on the path of the second beam of the first splitter 2, a birefringent prism 6 is installed on the path of the second beam splitter 4, the second photodetector 7 is optically coupled to one of their output beams of the prism 6, and the third photoreceiver 8 is optically connected to one, The third photodetectors are connected respectively with the first and second signal inputs of switch 9, the output of switch 9 through amplifier 10 and integrator I1 is connected to one of the inputs of differential amplifier 12, the second input of which is connected to the first ф a receiver 5 to the output of the differential amplifier 12 is connected to one of the inputs of the modulator 3 through the correction unit 13; a signal is connected to the same input; subcarrier 14, input demule1-typelexer 15 is connected to the information signal shaper 16 and the second input of the modulator 3, the first and second outputs of the demultiplexer 15 are connected to the corresponding first and second control inputs of the switch 9, the device operates as follows The state of the signal from the generator 14 is fed to the first input of the modulator 3. The operating point of the modulator is in the middle of the linear section of the characteristic, which corresponds to the relative phase shift orthogonal polarized the components of the beam at the output of the modulator (90). Accordingly, the mean values of the signals at both, the outputs of the birefringent prism 6 are the same. The prism converts polarization modulation into amplitude modulation. As a result, at its outputs there is an amplitude modulated optical signal. The modulation frequency is equal to the frequency of the subcarrier signal (FIG. 2). When transmitting a signal corresponding to a logical unit, the output voltage of the information signal 16 to the second input of the modulator 3 is supplied with a voltage drop equal to half-wave voltage U / j-, which leads to a shift of the operating point to the characteristic section with opposite slope. This leads to a change in the phase of the modulated signal by 180 (FIG. 2, c, d). If this is followed by the transmission of a logical zero, the signal at the output of the information signal shaper is zero, the operating point of the modulator 3 returns to its initial state, the phase of the output signal is again changed to ISO (Figures 2, a, b). The thermally induced birefringence of an electro-optical crystal leads to an additional phase shift between the orthogonal components of the beam at the modulator output, which leads to a shift in the operating point according to the modulation characteristic, and this shift is opposite for the rays at the first and second prism outputs. Fig. 3 shows: a - modulations of the subcarrier signal; b the modulator characteristic with respect to the signal whose polarization coincides with the polarization at the input; c - modulator characteristic with respect to the signal with polarization, orthogonal polarization of the input signal; O is the middle of the linear portion of the characteristic; A is the magnitude of the displacement of the operating point relative to the center of the linear region. If only a sinusoidal subcarrier signal is present at the input of the modulator 3, information about the true position of the operating point can be extracted by comparing the signals at the prism 6 outputs to each other or one of them with the signal at the input of the modulator 3, However, as mentioned earlier, the phase modulation the subcarrier is accomplished by forcing the modulator operating point to shift. To this end, voltage drops of a value equal to half-wave voltage are applied to the other input of the latter. At the same time, the same operation point offset during transmission 1 and transmission O correspond to a different signal size at the same output of prism 6, Fig. 4 shows the process of modulating the subcarrier phase in the absence of operating point shift due to natural birefringence of the crystal, and FIG. 5 shows the same process in the presence of a displacement of the operating point U. By strobe the first photodetector and integrating the output signal, a signal proportional to the displacement of the operating point D. e of a signal corresponding to a logical I, with an input optical signal of the modulator and, by difference, produce a correction voltage that compensates for the withdrawal of the operating point of the modulator: H However, such a comparison makes it possible to unambiguously connect D and only for a sequence that has an amount ratio for the integration period logical 1 O remains unchanged. If this condition is not met, the result of the integration depends on the number of logical 1 during the integration time. To eliminate this phenomenon, the signal at the modulator input is compared with one of the prism output signals, depending on which symbol is transmitted, when transmitting 1, the input optical signal is compared with the signal at the first prism output 6, while transmitting O with the signal at the second pin. It uses the fact that the shift of the operating point of the modulator leads to the opposite change of signals at the first and second outputs of the prism. The demultiplexer 15 performs the division of the information sequence into two streams, one of which contains signals corresponding to logical l, the other - O. When transmitting 1, a signal appears at the first output of the demultiplexer J5, which is fed to the first control input of switch 9. This causes the connection of the first signal input connected to the second photodetector nick 7 with the output. The signal of the second photodetector 7 is fed through the switch 9, the amplifier 10 and the integrator P to one of the inputs of the differential amplifier 12, on the BTOpoii input of which the signal comes from the first photodetector 5 When the symbol O is transmitted, a signal appears at the second output of the demultiplexer 15, which the second control input of the switch 9. In this case, the second signal input of the switch 9 is connected to its output. The signal of the third photodetector 8, connected to the second output of the prism 6, is fed to the input of the differential amplifier 12,, and produces a signal proportional to the average value of the difference between the signals of the photodetectors, which carries information about the working point of the modulator 3. the second input of the modulator 3 and compensates for the shift of the operating point. This device allows to increase the accuracy of the regulation of the electro-optic modulator mode by increasing the reliability of information about the position of the operating point, which is achieved by eliminating the error caused by fluctuations in the disparity of the information flow. In addition, improving the modulator regulation accuracy allows eliminating transients during modulation of the subcarrier phase, which increases the signal-to-noise ratio at the receiving side. Ultimately, an increase in the modulating mode regulation accuracy significantly reduces the average probability of an error in the information transmission system -pulse modulation, which ensures the competitiveness and economic efficiency of such systems in comparison with traditional radio-frequency systems. , t / 1 / I / I / I; , / I /. 1 / I / I / / g i, 2 r X fno3H. A / l / l / W b

1one

I 4m-wbФиг . 5I 4m-wbFig. five

Claims

ELECTRO-OPTICAL MODULATOR MODULE CONTROLLER WITH PHASE-PULSE MODULATION, consisting of optically coupled radiation source, first beam splitter, electro-optical modulator, second beam splitter and first photodetector, the output of which is connected to the first input of the differential amplifier, the output of which is connected to the first input of the differential amplifier and the output of the differential amplifier through the correction unit is connected to the first electrical input of the electro-optical modulator, the second ektrichesky input of which is connected to the output formirovate-. For an information signal, and a second photodetector, characterized in that, in order to increase the accuracy of regulation when transmitting an information sequence with variable disparity, a birefringent prism, a third photodetector, a demultiplexer, a switch and a subcarrier generator are additionally introduced into it, and the prism input is optically coupled with a second beam splitter, the first output of the prism is optically coupled to a second photodetector, the output of which is connected to the first signal input of the switch, the second signal input which is connected to the input of the third photodetector, optically connected to the second input of the prism, while the first and second control inputs of the switch are connected to the corresponding outputs of the demultiplexer, | the input of which is connected to the output of the driver of the information signal, the output of the switch is connected to the input of the amplifier, the output of the subcarrier generator is connected to the first electrical input of the electro-optical modulator.