SU1734065A1 - Оптоэлектронный генератор импульсов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано при поверке высокоскоростных измерительных приборов пикосекундного диапазона в качестве образцового генератора . Целью изобретени   вл етс  повышение точности формировани  параметров импульсов в пикосекундном диапазоне . Оптоэлектроонный генератор импульсов содержит источник импульсного излучени , волоконно-оптическую линию задержки, направленный ответвитель, два фотоприемника, последовательно соединенные расширитель импульсов и аттенюатор , три оптических переключател  и шесть электрических переключателей. Генератор позвол ет работать в диапазоне предельно высоких частот, формировать заданные параметры импульса и временные интервалы между ними. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть ис- пользовано при поверке высокоскоростных измерительных приборов пикосекундного диапазона в качестве образцового генератора.

Известен оптоэлектронный генератор, содержащий бипол рный и полевой транзисторы , два фоторезисторных оптрона и п ть резисторов, причем исток полевого транзистора соединен с первой питающей шиной, к которой через первый резистор подключен затвор полевого транзистора и через фоторезистор первого оптрона подключены первый вывод второго резистора и база бипол рного транзистора, эмиттер которого соединен с второй питающей шиной, свето- диоды первого и второго оптронов включены последовательно с третьим резистором в коллекторную цепь бипол рного транзистора в пр мом по отношению к источнику питани  направлении, фоторезистор второго оптрона включен между второй питающей шиной и затвором полевого транзистора, сток которого подключен к базе бипол рного транзистора через четвертый резистор, второй вывод второго резистора соединен с второй питающей шиной , а п тый резистор включен параллельно светодиоду второго оптрона.

Недостатком генератора  вл етс  формирование импульсов большой длительности инфранизкой частоты и отсутствие возможности осуществлени  задержки серии импульсов и изменени  амплитуды импульса по мере необходимости.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  высокоскоростной генератор серии импульсов, содержащий последовательно соединенные импульсный источник излучеVI

СО 4 О

О

сл

ни , кольцевую волоконно-оптическую линию задержки, направленный ответвитель и фотоприемник, выход которого  вл етс  электрическим выходом генератора. В петле кольцевой линии задержки включен оптический усилитель.

Импульсное излучение, поступа  на первый вход ответвител , раздваиваетс  по мощности, причем одна часть сигнала поступает на кольцевую линию задержки, а друга  - на вход фотоприемника. Усиленный сигнал из петли кольцевой линии задержки поступает на второй вход ответвител , где снова раздваиваетс . Таким образом, процесс повтор етс  п количество раз.

В результате получаем выходную серию импульсов наносекундного диапазона с посто нным временным интервалом следовани  импульсов, задаваемым длиной петли кольца линии задержки.

Недостатками известного генератора  вл етс  его невозможность работы в пико- секундном диапазоне из-за ограниченных возможностей технологии изготовлени  петли малых диаметров и резкое увеличение потерь света на изгибах малого радиуса петли, а также невозможность формировани  различных параметров импульса: времени задержки, длительности и амплитуды импульса.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности формировани  параметров импульсов в пикосекундном диапазоне.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в оптоэлектронный генератор импульсов, содержащий импульсный источник излучени , волоконно-оптическую линию задержки , направленный ответвитель, фотоприемник, выход которого  вл етс  электрическим выходом генератора, дополнительно введены последовательно соединенные оптический расширитель импульсов, оптический аттенюатор, первый , второй, третий оптические переключатели , первый, второй, третий, четвертый, п тый, шестой электрические переключатели , второй фотоприемник, причем источник импульсного излучени  через первый оптический переключатель соединен с входом оптического разветвител , выходы которого соединены соответственно с входом волоконно-оптической линии задержки и через волоконно-оптическую линию задержки - с входом второго оптического переключател , первый выход которого соединен с входом первого фотоприемника, второй выход второго оптического переключател  и выход первого фотоприемника  вл ютс  соответственно оптическим и электрическим выходом опорного канала генератора, вход оптического расширител  соединен с выходом волоконно-оптической линии задержки, выход оптического аттенюатора соединен с

входом третьего оптического переключател , первый выход которого соединен с входом второго фотоприемника, второй выход третьего оптического переключател  и выход второго фотоприемника  вл ютс  соответственно оптическим и электрическим выходами измерительного канала генератора , управл ющие входы первого, второго, третьего оптических переключателей соединены через соответствующие электрические переключатели с шиной питани , управл ющие входы волоконно-оптической линии задержки, оптического расширител , оптического аттенюатора соединены соответственно через четвертый, п тый, шестой

электрические переключатели с шиной питани .

Кроме того, волоконно-оптическа  лини  задержки выполнена в виде п-мерных отрезков световодов и двух групп оптических переключателей на два положени , включенных на входах и выходах п-мерных отрезков световодов по схеме разветвител  и соединител  оптического сигнала соответственно по принципу двоичного дешифратора . Оптический расширитель импульсов содержит п оптических переключателей, а входной и выходной световоды идентично разветвлены таким образом, что концы входного (выходного) световода соединены

с входами (выходами оптических переключателей , а концы выходного (входного) - через соответствующие n-мерные отрезки световода с выходами (входами) оптических переключателей. Оптический аттенюатор

содержит п оптических переключателей, а входной и выходной световоды идентично разветвлены таким образом, что концы входного (выходного) световодов соединены с входами (выходами) оптических переключателей .а концы выходного (входного) - с соответствующими выходами (входами) оптических переключателей.

Нафиг.1 представлена блок-схема опто- электронного генератора ипульсов; на фиг.2 схема волоконно-оптической линии задержки; на фиг.З - схема оптического расширител ; на фиг.4 - схема оптического аттенюатора.

Оптоэлектронный генератор импульсов

(фиг. 1) содержит источник 1 импульсного излучени , последовательно с ним соединенные первый оптический переключатель 2, направленный ответвитель 3, волоконно- оптическа  лини  4 задержки, оптический

расширитель 5 импульсов, оптический аттенюатор 6, третий оптический переключатель 7, второй фотоприемник 8, другой выход направленного ответвител  3 через световодную линию 9 соединен с вторым оптическим переключателем 10, который соединен с первым фотоприемником 11. Первый, второй и третий оптические переключатели 2,10 и 7 соответственно соединены с помощью первого, второго и третьего электрических переключателей 12, 13 и 14 соответственно с шиной питани .

Кроме того, электрические входы управлени  волоконно-оптической линии 4 задержки , оптического расширител  5 импульсов, оптического аттенюатора 6 соединены через электрические переключатели 16, 17 и 18 с шиной 15 питани .

Волоконно-оптическа  лини  4 задержки (фиг.2) содержит оптический переключа- тель 19, выход которого соединен с входами оптических переключателей 20 и 21, причем выход переключател  20 соединен с входами оптических переключателей 22 и 23, выходы переключател  22 соединены с входами оптических переключателей 24 и 25, а выходы переключател  23 соединены с входами оптических переключателей 26, 27, переключатель 21 соединен последовательно с оптическими переключател ми 28 и 29, каждый из переключателей 24, 25, 26, 27 и 29 двум  выходами через мерные отрезки световодов 30 и 31, 32 и 33, 34 и 35, 36 и 37, 38 и 39 соответственно соединен с соответствующими входами оптических пе- реключателей 40, 41, 42, 43 и 44, причем переключатель 40 последовательно соединен с оптическими переключател ми 45, 46 и 47, выход переключател  41 соединен с одним из входов оптического переключате- л  45, выходы переключателей 42 и 43 соединены с входами переключател  48, выход которого соединен с вторым входом переключател  46, выход переключател  44 соединен последовательно с переключател ми 49, 50 и 47.

Оптический расширитель (фиг.З) содержит восемь оптических переключателей 5158 ,входы (выходы) которых соединены с концами первого световодного ответвител 

59,а выходы (входы) переключателей через мерные отрезки 60-67 световодов соединены с концами второго световодного ответвител  68.

Оптический аттенюатор (фиг.4) содер- жит восемь оптических переключателей 6976 ,входы (выходы) которых соединены с концами первого световодного ответвител 

77,а выходы (входы) - с концами второго световодного ответвител  78.

Оптоэлектронный генератор импульсов работает следующим образом.

Дл  запуска оптоэлектронного генератора необходимо подать синхроимпульс на электрический вход источника 1 импульсного излучени  или подать внешний оптический импульс на оптический переключатель 2, который переключаетс  электрическим переключателем 12. После электрического переключател  12 световые импульсы с помощью направленного ответвител  3 раздваиваютс .

Одна часть импульсного излучени  поступает на вход волоконно-оптической линии 4 задержки, управл ема  электрическим переключателем 6, пройд  через нее, поступает на оптический расширитель 5 импульсов, управл емый электрическим переключателем 17. Далее импульсное излучение через оптический аттенюатор 6, управл емый электрическим переключателем 18, и оптический переключатель 7 поступает на вход фотоприемника или после оптического переключател  - на оптический выход измерительного канала генератора. Оптический переключатель 7 переключаетс  с помощью электрического переключател  14.

Друга  часть импульсного излучени  после ответвител  3 направл етс  по волоконно-оптической линии 9 на оптический переключатель 10, который управл етс  электрическим переключателем 13, и оптический импульс может направл тьс  на оптический выход опорного канала генератора или на вход фотоприемника 11, который вырабатывает электрический импульс , поступающий на электрический выход опорного канала генератора.

Все электрические переключатели 12, 16-18,13 и 14 питаютс  от шины 15 питани .

Волоконно-оптическа  лини  4 задержки (фиг.2) работает следующим образом.

Поступающий импульс излучени  с помощью оптических переключателей может быть направлен на определенный мерный отрезок воловонно-оптической линии с 30 до 39, каждый из которых отличаетс  по длине на дискретную величину, необходимую дл  минимальной конечной величины временного интервала. При этом / оптические переключатели при отсутствии электрического напр жени  наход тс  в одном состо нии, а при подаче электрического напр жени  на электрический кристалл за счет эффекта Поккельса переключаютс  во второе состо ние. Например, если дискретна  величина выбрана величиной в 10, то така  лини  задержки будет иметь возможность задерживать оптический импульс от

10 пс до 100 пес шагом дискретности в Юпс. Выбор линии задержки осуществл етс  оптическими переключател ми. Например, если подать электрическое напр жение с помощью электрического переключател  16 на оптические переключатели 19, 20, 22, 24, 40, 45, 46 и 47, то оптический импульс пройдет через эти оптические переключатели и волоконно-оптическую линию 30, тогда вре м  задержки будет 100 пс. При подаче на- пр жени  на другие оптические переключатели, например, 19, 20,23, 27, 43, 48, 46 и 47, оптический импульс пройдет через волоконно-оптическую линию 36 и врем  задержки составит 40 пс. Данна  ли- ни  задержки с помощью переключаемых разветвителей имеет 10 вариантов переключени . Такие линии задержки возможно использовать в последовательном включении . Например, использу  три линии задер- жки, кажда  имеюща  по 10 вариантов времени задержки в пределах от 1 пс до 10 пс, от 10 пс до 100 пс и от 100 пс до 1 не, можно обеспечить задержку оптического импульса от 1 псдо 1,11 нес шагом дискрет- ности 1 пс.

Оптический расширитель 5 (фиг.З) работает следующим образом.

Расширитель 5 состоит из двух пассивных ответвителей 59 и 68, восьми оптиче- ских переключателей 51-58 и отрезков волоконно-оптических линий 60-67, используемые в качестве линии задержки дл  оптических импульсов. Режим работы оптических переключателей задаетс  элект- рическим переключателем 17,

Шаг временной задержки выбираетс  от длительности оптического импульса, источника импульсного излучени . Поступающий импульс излучени  на расширитель разветвл етс  ответвителем 59 равномерно по интенсивности света и зависимости от количества включенных подр д оптических переключателей. Задержанные по времени оптические импульсы объедин ют- с  ответвителем 68, образу  более широкий оптический импульс, длительность которого равна сумме длительностей отдельных импульсов , количество которых определ етс  количеством включенных оптических пере- ключателей. Например, если включены четыре оптические переключател  64-67, то суммированный на выходе оптический импульс будет в четыре раза шире исходного оптического импульса.

Если включать различные комбинации оптических переключателей, можно получать комбинации из нескольких оптических импульсов с различными длительност ми. Увеличива  количество разветвлени  световодных ответвителей и соответственно оптических переключателей и оптических линий задержки, можно увеличить диапазон.

Оптический аттенюатор (фиг.4) работает следующим образом.

При поступлении оптического импульса на световолоконный ответвитель 77 свет равномерно разветвл етс  и с помощью оптических переключателей 67-76, управл емых электрическим переключателем 18, выбираетс  определенное количество включенных оптических переключателей, через которые проход т импульсы излучени  и суммируютс  по интенсивности световод- ным ответвителем 78. Например, при включении всех оптических переключателей 69-76 будет пропущена максимальна  интенсивность света, а при включении одного оптического переключател  будет пропущена минимальна  доза интенсивности импульса .

Использование световолоконных ответвителей с большим количеством разветвлени  позволит получить больше градаций интенсивности излучени .

В качестве отрезка волоконно-оптических линий использовалось стандартное кварцевое стекловолокно с внешним диаметром 200 мкм и с сердечником диаметром 125 мкм. Оптические переключатели использовались электромеханического действи  типа П01, электрические переклю- чателитипа 2В-2, фотоприемник- на основе металл-окисел-металл (AI-WaOs-AI).

В качестве источника входного импульса был использован импульсный твердотельный лазер на граните с преобразованием длин волн ,53 мкм, длительностью 10 пс и мощностью 80 Вт,

Дл  получени , например, выходного оптического импульса длительностью 20 пс, задержкой 100 пс и максимальной амплитудой 0,25 Вт, а по электрическому выходу - амплитудой импульса 1,0 В режим работы волоконно-оптической линии 4 задержки выбран таким образом, что оптический импульс проходит по мерному отрезку свето; вода 30 длиной 20 мм. Оптический расширитель 5 обеспечивает прохождение импульса через отрезки световодов 66-67 и тем самым на выходе суммируетс  обща  длительность, равна  20 пс. Полученный оптический импульс проходит через подготовленный оптический аттенюатор 6, где все оптические переключатели открыты дл  прохождени  импульса света.

С учетом потерь в линии задержки мощность оптического импульса снижаетс  в 4 раза и равна 20 Вт. Расширитель за счет потерь уменьшает мощность в 2 раза и за

счет разветвлени  еще в 8 раз. В итоге получаетс  мощность, равна  1,25 Вт.

После оптического аттенюатора мощность импульса упадет в 5 раз и на оптическом выходе генератора получаетс  мощность пор дка 0,25 Вт, а после фотоприемника на электрическом выходе генератора по витс  импульс с амплитудой 1 В. Длительность по расчетной методике имела погрешность + 0,1 пс, определ ема  погрешностью комбинированных отрезков световодов:

-i

где L - длина мерного отрезка

С - скорость света 2-105 км/с. Таким образом, экспериментальные исследовани  оптоэлектронного генератора импульсов показали возможность получени  стабильных и точных параметров импульсов в субнаносекундном и пикосекундном диапазонах.

Claims (4)

1. Кроме того, по полученным результатам генератор можно отнести к классу образцовых приборов, что позволит восполнить отсутствие данного класса приборов дл  поверки сверхскоростной техники. Формула изобретени  1, Оптоэлектронный генератор импульсов , содержащий источник импульсного излучени , волоконно-оптическую линию задержки, направленный ответвитель, фотоприемник , выход которого  вл етс  электрическим выходом генератора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности формировани  параметров импульсов в пикосекундном диапазоне, в него введены последовательно соединенные оптический расширитель импульсов, оптический аттенюатор, первый, второй, третий оптические переключатели, первый, второй, третий, четвертый, п тый, шестой электрические переключатели, второй фотоприемник , причем источник импульсного излучени  через первый оптический переключатель соединен с входом оптического разветвител , выходы которого соединены соответственное входом волоконно-оптической линии задержки и через волоконно-оптическую линию задержки - с входом второго оптического переключател , первый выход которого соединен с входом первого фотоприемника, второй выход второго оптического переключател  и выход первого фотоприемника  вл етс  соответственно

   оптическим и электрическим выходами опорного канала генератора, вход оптического расширител  соединен с выходом волоконно-оптической линии задержки, выход оптического аттенюатора соединен с входом третьего оптического переключател , первый выход которого соединен с входом второго фотоприемника, второй выход третьего оптического переключател  и выход второго фотоприемника  вл ютс  соответственно оптическим и электрическим выходами измерительного канала генератора , управл ющие входы первого, второго, третьего оптических переключателей соединены через соответствующие электрические

   переключатели с шиной питани .
2. 2.Генератор импульсов по п.1, о т л и- чающийс  тем, что волоконно-оптическа  лини  задержки выполнена в виде П-мер- ных отрезков световодов и двух групп оптических перключателей на два положени , включенных на входах и выходах П-мерных отрезков световодов по схеме разветвител  и соединител  соответственно оптического сигнала по принципу двоичного дешифратора .
3. 3.Генератор импульсов по п.1, о т л и- чающийс  тем, что оптический расширитель импульсов содержит П оптических переключателей , а входной и выходной

   световоды идентично разветвлены таким образом, что концы входного (выходного) световода соединены с входами (выходами) оптических переключателей, а концы выходного (входного) через соответствующие Пмерные отрезки световода - с выходами (входами) оптических переключателей.
4. 4.Генератор импульсов по п.1, о т л и- чающийс  тем, что оптический аттенюатор содержит П оптических переключателей , а входной и выходной светодиоды идентично разветвлены таким образом, что концы входного (выходного) светодиода соединены с входами (выходами) оптических переключателей, а концы выходного (входного ) - с выходами (входами) оптических переключателей .

   фиг, 2

   I

   -4

   i