Двухволновое волоконно-оптическое запоминающее устройство

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Козлов Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Двухволновое волоконно-оптическое запоминающее устройство, содержащее последовательно соединенные и оптически связанные двухволновой лазер, волоконно-оптический световод и спектральный селектор, выходы которого оптически связаны с двумя фотоприемниками, соединенными через первый и второй элементы ИЛИ с входами блока управления лазером, соединенного с лазером, а также генератор тактовых импульсов, два счетчика,вычислительный блок и элемент И, первый и второй входы которого соединены со вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ, третий - с шиной управления, а выход с вычислительным блоком вход первого счетчика соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход - с входом второго счетчика, двоичные выходы счетчиков и вход установки коэффициента деления первого счетчика соединены с вычислительным блоком генератор 10277 1 2008.02.28 тактовых импульсов соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и вычислительным блоком, вход управления генератора соединен с шиной управления, а вход управления блока управления лазером - с вычислительным блоком, отличающееся тем, что содержит светоделитель, установленный между выходом волоконно-оптического световода и спектральным селектором и оптически связанный через нелинейный кристалл с третьим фотоприемником, выход которого соединен с вычислительным блоком. Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических компьютерах и системах приема и прецизионной обработки оптической информации. Известно оптическое запоминающее устройство 1, содержащее два лазера, два фотоприемника, контур циркуляции, модуляторы, элементы задержки, поляризационный делитель и модулятор. Недостатком устройства является невысокая точность хранения информации. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является оптоэлектронное запоминающее устройство рециркуляционного типа 2, содержащее полупроводниковый лазер,генерирующий излучение на двух различных длинах волн, волоконный световод, спектральный селектор, два фотоприемника, блоки ИЛИ, блоки И, линию задержки, два счетчика, вычислительный блок, генератор опорных импульсов. Недостатком устройства является невысокое временное разрешение при определении временного положения информационного импульса. Задача изобретения - повышение точности определения временного положения информационных импульсов в петле оптоэлектронной рециркуляции. Решение этой задачи особенно важно для систем лазерного зондирования атмосферы, турбулентных сред,океана. Заявляемое изобретение позволит повысить точность определения временного положения дистанционных импульсов. Для решения поставленной задачи в устройство 2 введены светоделитель, нелинейный кристалл и третий фотоприемник, а также осуществляются соответствующие функциональные связи с элементами системы. Свойство, появляющееся у заявляемого объекта, - это повышение точности определения временного положения информационных импульсов в петле оптоэлектронной рециркуляции. Это достигается вследствие того, что в прототипе точность фиксации момента совпадения информационного импульса и импульса временной шкалы определяется быстродействием логического элемента совпадения и стабильностью времени задержки в линии задержки и в самом элементе и приблизительно равняется длительности фронта импульса. В заявляемом устройстве погрешность фиксации момента совпадения информационного и опорного импульсов определяется длительностью оптического импульса на выходе нелинейного кристалла и составляет величину порядка 0,01 нс. На фигуре представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит двухволновой источник лазерного излучения 1, волоконно-оптический световод 2, спектральный селектор 3, фотоприемники 4, 5, блоки ИЛИ 6,7, блок управления лазером 8, блок И 9, генератор тактовых импульсов 10, два счетчика 11, 12, вычислительный блок 13, входная шина 14, шина управления 15, светоделитель 16, нелинейный кристалл 17, фотоприемник 18. В качестве источника излучения используется двухволновой инжекционный полупроводниковый лазер 3, обеспечивающий генерацию излучения на двух различных оптических длинах волн. Переключение длины волны излучения с 1 на 2 происходит при скачкообразном изменении амплитуды импульса тока накачки с 1 на 2. Система работает следующим образом. На входную шину 14 и далее через элемент ИЛИ 6 на вход блока управления лазером 8 поступает информационная последовательность импульсов, а на шину 15 - управляющий импульс, определяющий время приема информационных импульсов. С генератора тактовых импульсов 10 через элемент ИЛИ 7 импульсы для формирования временной шкалы поступают на второй вход блока 8 и на 2 10277 1 2008.02.28 счетный вход первого счетчика 11. Опорные импульсы с блока 10 будут поступать только в течение управляющего сигнала с шины 15. После прекращения управляющего сигнала генератор 10 прекращает подачу импульсов, а вычислительный блок 13 устанавливает коэффициент деления счетчика 11, равный числу импульсов опорной последовательности(значению кода на двоичных выходах счетчика 11). Если временное положение информационного импульса совпадает с импульсом опорной шкалы, то на выходе элемента И 9 появится сигнал, подаваемый в вычислительный блок 13, где регистрируется его временное положение путем считывания кода со счетчика 11. Затем сигналом с вычислительного блока в блок управления лазером 8 такие импульсы стираются из информационной последовательности импульсов. Таким образом, блок источника лазерного излучения 1 формирует опорную последовательность импульсов на длине волны 1 (ток накачки лазера 1) и информационные импульсы на длине волны 2 (ток накачки лазера 2). Оптические импульсы поступают в волоконный световод 2 и затем, через светоделитель 16, попадают на спектральный селектор 3, в котором происходит пространственное разделение излучения на два пучка в одном из них концентрируется излучение с длиной волны 1 и попадает на приемник излучения 5, в другом - с длиной волны 2 и попадает на приемник излучения 4. После регистрации оптических импульсов блоки 4, 5 формируют стандартные импульсы, которые через элементы ИЛИ 6, 7 поступают на входы блока 8, причем импульс с блока 7 запускает лазер на длине волны 1, а импульс с блока 6 запускает лазер на длине волны 2. Таким образом, в системе устанавливается рециркуляция информационной и опорной последовательностей импульсов на двух различных оптических длинах волн, соответственно, 2 и 1, причем период рециркуляции определяется длительностью временной задержки излучения в волоконном световоде 4. Известно, что скорость распространения оптического излучения в волоконном световоде зависит от длины волны. Выбираем 21, значит 21, следовательно задержка в излучении с длиной волны 1 в световоде 2 будет больше, чем с 2. Разность оптических задержек равняется где- длина световода, с - скорость света в вакууме, 1, 2 - коэффициенты преломления в световоде на длинах волн 2 и 1. Следовательно, информационные импульсы на длине волны 2 будут сдвигаться относительно опорных импульсов на длине волны 1 (догонять) каждый период рециркуляции на величину . Значениеопределяет временное разрешение системы считывания информации, циркулирующей в петле оптоэлектронного запоминающего устройства. В зависимости от выбора длины оптического волокна и длин волн лазерного излучения 2 и 1 временное разрешение системыможет изменяться от десятков до сотен пикосекунд. Светоделитель 16 направляет часть излучения на спектральный селектор 3, а другую часть - на нелинейный кристалл 17. Нелинейный кристалл в результате нелинейных оптических эффектов выделяет сигнал на разностной частоте двух когерентных оптических сигналов на длинах волн 2 и 1. Например, если излучение на 2 и 1 находится в ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне, то длина волны разностного сигнала будет находиться в среднем ИК-диапазоне. Используя в качестве фотоприемника 18 приемник излучения,чувствительный только к среднему ИК-диапазону и не чувствительный к ближнему (например, фоторезистор с ИК фильтром), обеспечивается регистрация приемником 18 только сигнала разностной частоты. Если в результате нескольких периодов рециркуляции информационные импульсы на длине волны 2 сдвинутся относительно опорных импульсов на длине волны 1 (догонят) 3 10277 1 2008.02.28 настолько, что они совпадут во времени, то на выходе нелинейного кристалла появится импульс на разностной частоте излучений на 1 и 2 с частотой 12 и длиной волны 121(2)21 1 2 Этот сигнал фиксируется фотоприемником 18, и на его выходе появляется сигнал записи временного положения информационного импульса в память вычислительного блока 14. Двоичный код на выходе счетчика 11 определяет номер импульса опорной временной шкалы, а код счетчика 12 определяет число периодов рециркуляции информационного сигнала. Таким образом, временное положение -того совпавшего информационного импульса будет определяться следующим образом(3),где- номер импульса опорной частоты Т - период импульсов опорной частоты- номер периода рециркуляции- разность оптических задержек (1) излучения на длинах волн 2 и 1 за один период рециркуляции. Сигнал с вычислительного блока 13 подается также в блок управления лазером 8, и зарегистрированный информационный импульс стирается из рециркулирующей последовательности длине волны 2. После того, как число периодов рециркуляции станет равным(4)Т/,система заканчивает считывание полезной информации из рециркулирующих импульсов,и сигнал с вычислительного блока 13 прекращает формирование импульсов источником излучения 1. Это обусловлено тем, что импульсы временной шкалы сдвинулись относительно информационных импульсов на период временной шкалы, т.е. произошло полное считывание полезной информации. Выбирая длину световодаи разность оптических длин волн , можно добиться временного разрешенияв диапазоне от десятков до сотен пикосекунд. Период следования опорных импульсов Т определяется временем, необходимым вычислительному блоку 13 для приема и записи информации о временном положении зарегистрированного импульса, а длительность импульса выбирается минимальной. Таким образом, в заявляемом устройстве по сравнению с прототипом повышается точность определения временного положения информационных импульсов в петле оптоэлектронной рециркуляции вследствие того, что в заявляемом устройстве погрешность фиксации момента совпадения информационного импульса и импульса временной шкалы определяется длительностью импульса на выходе нелинейного кристалла, а в прототипе точность фиксации момента совпадения определяется быстродействием логического элемента совпадения и стабильностью времени задержки в линии задержки и составляет величину не менее чем на порядок большую, чем в заявляемом устройстве. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4