2007 №7

Спектральное оптическое устройство доступа в канал пере-дачи ВОСПИ на основе градиентных микролинз

Васильев Юрий

В настоящее время широкое распространение получили цифровые волоконно-оптические системы передачи информации (ВОСПИ) со спектральным уплотнением каналов по длинам волн λ₁,…, λ_i,…, λ_n. Для обмена информацией между приемо-передающими станциями (ППС), входящими в состав ВОСПИ, необходимы спектральные оптические устройства доступа (ОУД), с помощью которых обеспечивается подключение ППС к магистральному волоконно-оптическому кабелю (ВОК), соединяющему ППС, на любой из оптических несущих λ₁,…, λ_i,…, λ_n. Эту задачу можно решить, применив быстродействующие многофункциональные акустооптические коммутационные устройства [1–3].

Вработе [2] представлены результаты исследования однокоординатных акустооптических устройств доступа (ОАОУД). Однако возможности таких устройств ограничены подключением ППС только к одному магистральному ВОК, по которому передается спектральный пакет λ₁,…, λ_i,…, λ_n.

В настоящей статье приведены результаты исследования АОУД, которое обеспечивает подключение ППС одновременно к двум магистральным волоконно-оптическим кабелям (МВОК) — МВОК1 и МВОК2 двухмагистральной спектральной ВОСПИ. Передача информации по МВОК1 иМВОК2 осуществляется соответственно спектральными пакетами λ₁,…, λ_j ,…, λ_n и λ₁,…, λ_i,…, λ_n. Для реализации такого алгоритма коммутации в ОУД вместо однокоординатной акустооптической ячейки (АОЯ) [2] применяется двухкоординатная АОЯ (ДАОЯ) [3]. В ДАОЯ вторая пространственная координата используется для оптического соединения терминала (Т) ППС со вторым МВОК. В качестве фокусирующих элементов, так же как и в АОУД [2], используются градиентные микролинзы типа «градан».

На рис. 1 представлена схема спектрального двухкоординатного АОУД (ДАОУД), входящего в состав j-й ППС, которой адресована λ_j из спектрального пакета λ₁,…, λ_i,…, λ_n и λ_j из пакета λ₁,…, λ_i,…, λ_n.

Рис. 1. Схема спектрального двухкоординатного АОУД (ДАОУД)

На рис. 1 введены следующие обозначения: 1 — волоконно-оптические световоды оптических каналов α, β, γ, σ и α₁, β₁, γ₁, σ₁; 2 — «градан»; 3 — ДАОЯ с горизонтальным и вертикальным акустическими каналами; 4 — «градан»; МЧГ1 и МЧГ2 — многочастотные генераторы, формирующие электрические сигналы управления s₁(t) и s₂(t) акустических каналов ДАОЯ; φ_jБ = arcsin (λ_j ƒ_j/2Vn₁) — угол Брэгга; V — скорость распространения акустической волны; n₁ — показатель преломления среды между торцом «градана» и ДАОЯ; МОПД1 и МОПД2 — многочастотные оптические передатчики j-й ППС; ОПР1 и ОПР2 — оптические приемники ППС.

Коммутационная схема соединений оптических каналов в ДАОУД-2 изображена на рис. 2.

Сплошные стрелки указывают соединения при подаче на ДАОЯ управляющих сигналов с генераторов МЧГ1 и МЧГ2, а пунктирные линии — соединения при выключенных генераторах.

ДАОУД можно реализовать в виде двух модификаций: с коллимирующими (четверть-периодными) (ДАОУД-1) и фокусирующими «граданами» (ДАОУД-2). Из результатов работы [2] следует, что быстродействие АОУД с фокусирующими «граданами» может быть на порядок выше по сравнению с вариантом АОУД, где используются коллимирующие «граданы».

Рассмотрим более перспективный вариант ДАОУД-2, основываясь на результатах, полученных в работе [2]. «Граданы» 2 и 4 (рис. 1), в отличие от коллимирующих «граданов», расширяющих световые пучки, фокусируют световые лучи в объем АОЯ. Их длины Z1 рассчитываются по формуле [2]:

где величины

постоянная распространения «градана»; g — постоянная «градана»; n₀ — показатель преломления на оси «градана» OZ; φ_jБ = φ_jБ — угол Брэгга для светового пучка, излучаемого горизонтальными каналами γ, σ; φ_jБ = arcsin(λ_j ƒ_j/2Vn₁)— угол Брэгга для светового пучка из вертикальных каналов α, β; ξ_α = n₁sinφ_jБ/n₀gq.

Геометрия размещения оптических каналов α, β и α₁, β₁ в ДАОУД-2 вдоль вертикальной координаты ξ такая же, как и в фокусирующем ОАОУД [2]. Поэтому алгоритмы переключения этих каналов, показанные на рис. 2, при подключении ППС к МВОК2, по которому распространяется спектральный пакет λ₁,…, λ_j,…, λ_n , не отличаются от работы ОАОУД. В связи с этим для обеспечения соединений j-й ППС с любой i-й ППС частоты ƒ₁,…, ƒ_j,…, ƒ_n управляющего сигнала s₂(t), поступающего с МЧГ2 на ДАОЯ, выбираются по методике, описанной в работах [1, 2], таким же образом, как и в ОАОУД, то есть ƒ₁ = λ_j ƒ_j /λ_i. ДАОУД-2 при подключении j-й ППС к МВОК2 в режимах приема, передачи, самоконтроля и оптического шунтирования (обхода) работает аналогично ОАОУД [2] (рис. 2).

Рис. 2. Коммутационная схема соединений оптических каналов в ДА/ОУД/2

Для подключения терминала Т j-й ППС к МВОК1 вдоль горизонтальной координаты ? размещаются дополнительные оптические каналы γ, σ и γ₁, σ₁, пристыкованные к торцам соответствующих «граданов» 2, 4.

Рассмотрим режим подключения Т ППС к МВОК1, по которому распространяется спектральный пакет λ₁,…, λ_j,…, λ_n, длина волны λ_j из которого, так же как и j из МВОК2, адресована j-й ППС ВОСПИ. Оптические каналы γ, σ и γ₁, σ₁ управляются горизонтальным акустическим каналом ДАОЯ, в котором акустическая волна возбуждается сигналом s₁(t), поступающим с МЧГ1, который формирует сетку частот ƒ₁,…, ƒ_j ,…, ƒ_n, отвечающую пакету λ₁,…, λ_j,…, λ_n. Оптические световоды каналов γ, σ, γ₁, σ₁ размещаются вдоль координаты ξ аналогично каналам α, β, α₁, β₁ с целью выполнения условия дифракции Брэгга φ_jБ = arcsin (λ_j ƒ_j/2Vn₁) на горизонтальной акустической волне. В этом случае световод 1 горизонтального оптического канала γ, подключенный к МВОК1, сдвинут на ξγ относительно оси «градана» 2 вдоль координаты ξ таким образом, чтобы световой пучок излучался «граданом» 2 под углом Брэгга φ_jБ . Тогда, благодаря дифракции Брэгга, из пакета λ₁,…, λ_j,…, λ_n в оптический канал σ₁ отклоняется световой сигнал на длине волны λ_j, который преобразуется ОПР1 в электрический аналог, поступающий в терминал Т ППС (рис. 2). Остальные сигналы из пакета на оптических несущих λ_i ? λ_j проходят через ДАОЯ, не отклоняясь, вводятся в МВОК1 и распространяются к другим ППС. МЧГ1 генерирует набор частот ƒ₁,…, ƒ_j,…, ƒ_n, которые соответствуют оптическим несущим λ₁,…, λ_j,…, λ_n и выбираются так же, как для горизонтального канала [2]: ƒ_i = λ_j ƒ_j/λ_i, где i = 1,…, n. Тогда в режиме приема при генерации МЧГ1 частоты ƒ_i из пакета длин волн, распространяющихся по МВОК1, отфильтровывается световой пучок с длиной волны λ_i. Он отклоняется в оптический канал σ₁ и далее поступает на ОПР1; остальные волны из пакета пропускаются, не отклоняясь в канал γ₁, и проходят в МВОК1 к другим ППС. Для связи данной j-й ППС с любой i-й ППС МЧГ1 формирует частоту ƒ_i, при этом МОПД1 генерирует длину волны λ_i, на которой информация через каналы σ и γ₁ поступает в МВОК1 и передается i-й ППС. Каналы γ, σ стыкуются с торцом «градана» 2 в точках ξ_γ, ξ_σ с соответствующими координатами (–ξ_σ, 0), (ξ_σ, 0), а каналы γ₁, σ₁ стыкуются с торцом «градана» 4 в точках ξ_γ1, ξ_σ1, имеющих соответственно координаты: (ξ_σ, 0), (–ξ_σ, 0), где ξ_σ = n₁sinφ_jБ/n₀gq в режимах приема, передачи, самоконтроля и оптического шунтирования по ВОК1 ДАОУД работает так же, как и с ВОК2 (рис. 2).

С помощью ДАОУД-2 ППС может подключаться к МВОК1 и МВОК2 попеременно или одновременно при одновременном включении МЧГ1 и МЧГ2. При попеременном включении МЧГ1, 2 терминал подключается к МВОК1 или МВОК2, при этом по неподключенному МВОК осуществляется оптическое шунтирование ППС. При выходе из строя терминала (при аварийном режиме работы) выключается питающее напряжение и МЧГ1, МЧГ2 переводятся в состояние «выключено». В этом случае осуществляется оптическое шунтирование отказавшего терминала ППС одновременно по МВОК1 и МВОК2.

Быстродействие рассмотренного спектрального ДАОУД-2 может составлять единицы–десятки нс, что открывает возможности для их использования в сверхскоростных ВОСПИ как непосредственно в составе ППС, так и автономно — в виде оптических розеток, размещенных в различных местах трассы МВОК.

Литература

Васильев Ю. Г. Многофункциональное акустооптическое устройство доступа // Радиотехника. 1991. № 8.
Васильев Ю. Г. Микрооптические спектральные акустооптические устройства доступа для волоконно-оптических систем передачи // Радиотехника.1999. № 9.
Васильев Ю. Г. Двухкоординатные акустооптические переключатели каналов // Радиотехника. 1997. № 10.

Скачать статью в формате PDF