Оптоэлектронное запоминающее устройство рециркуляционного типа

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО РЕЦИРКУЛЯЦИОННОГО ТИПА(71) Заявитель Белорусский государственный университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Оптоэлектронное запоминающее устройство рециркуляционного типа, содержащее последовательно соединенные источник лазерного излучения, волоконный световод, спектральный селектор, выходы которого оптически связаны с двумя фотоприемниками, соединенными через элементы ИЛИ с входами источника лазерного излучения, отличающееся тем, что в него введены генератор опорных импульсов, два счетчика,вычислительный блок, линия задержки, два элемента И, причем входы первого соединены с выходом первого элемента ИЛИ и через линию задержки с выходом второго элемента ИЛИ, а выход с входом вычислительного блока, входы второго элемента И соединены со вторыми входами элементов ИЛИ и шиной управления, а выход - с вычислительным блоком, вход первого счетчика соединен с входом линии задержки, а выход - с входом второго счетчика, двоичные выходы счетчиков и вход установки коэффициента деления первого счетчика соединены с вычислительным блоком, выход генератора опорных импульсов соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, а вход управления - с шиной управления и вычислительным блоком,вход управления источника излучения соединен с вычислительным блоком. 4636 1 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, входные, выходные шины, шину управления, поляризационный модулятор. Недостатком данного устройства является то, что в процессе хранения информации в оптоэлектронном контуре рециркуляции могут изменяться временные соотношения между рециркулирующими импульсами. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электрооптическое запоминающее устройство 2, содержащее два лазера, два фотоприемника, контур циркуляции, генераторы импульсов, два монохроматора, входные, выходные шины, шину управления. Так же как и в 1, в этом устройстве происходят изменения временного положения рециркулирующих импульсов в процессе рециркуляции за счет изменения задержек в источнике излучения. Задача изобретения - повышение точности хранения и считывания информации о временном положении импульсов в петле оптоэлектронной рециркуляции. Решение этой задачи особенно важно для систем лазерного зондирования атмосферы, турбулентных сред, океана. В таких системах на дистанцию посылается зондирующий лазерный импульс, а информационный сигнал представляет собой большое количество оптических импульсов, отраженных от неоднородностей среды, приходящих в течение 1-100 мкс в зависимости от глубины зондирования. Зарегистрировать и определить с высокой точностью (десятки, сотни пикосекунд) временное положение каждого импульса в реальном масштабе времени практически сложно, поэтому информация сначала записывается в оперативное оптоэлектронное запоминающее устройство, а затем за определенное число периодов рециркуляции считывается. Заявляемое изобретение позволит повысить точность хранения и считывания информации о временном положении дистанционных импульсов. Для решения поставленной задачи предлагается использовать оригинальный режим работы полупроводникового лазера, в котором генерация излучения происходит на двух различных длинах волн. При этом на одной длине волны в режиме рециркуляции находятся информационные импульсы, а на другой длине волны - импульсы опорной частоты, формирующие опорную временную шкалу, относительно которой происходит считывание полезной информации. Кроме того, в устройство вводятся два элемента И, линия задержки, генератор опорной частоты, два счетчика, вычислительный блок, соединенные соответствующими функциональными связями. Свойства, появляющиеся у заявляемого объекта, следующие так как генерация информационных импульсов и импульсов опорной временной шкалы происходит в одном лазере, то изменения временного положения рециркулирующих информационных импульсов вследствие задержки излучения в лазере будут такие же, как и импульсов опорной временной шкалы, то есть не будут вносить дополнительной погрешности, как это имеет место в прототипе так как генерация информационных импульсов и опорной временной шкалы происходит на различных длинах волн, то вследствие дисперсионных свойств волоконного световода будет происходить плавное смещение во времени опорной временной шкалы относительно информационных импульсов, то есть реализуется точное нониусное измерение временного положения информационных импульсов, что позволяет определять их временное положение с точностью в десятки пикосекунд. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник лазерного излучения совместно со схемой управления 1, фотоприемники 2, 3, волоконный световод 4,спектральный селектор 5, блоки ИЛИ 6, 7, блоки И 8, 9, линию задержки 10, два счетчика 11, 12, генератор опорных импульсов 13, вычислительный блок 14, входная шина 15, шина управления 16. В качестве источника 1 излучения в устройстве используется полупроводниковый лазер 3, 4. Режим работы лазера выбирается таким образом, что при отсутствии входных сигналов через лазерный диод протекает постоянный ток, величина которого несколько превышает пороговое значение, при котором начинается генерация лазерного излучения, в этом случае лазер излучает на длине волны 2. Если затем на постоянное смещение накладывать положительные импульсы длительностью 1-10 нс, то во время действия электрического импульса лазер начинает излучать на длине волны 1, причем 21 (во время действия импульса спектр излучения сдвигается в коротковолновую область). Если на постоянное смещение накладывать отрицательные импульсы, то будет происходить прекращение генерации на длине волны 2 на время действия импульса, то есть будут формироваться отрицательные импульсы на длине волны 2. Таким образом, при подаче положительного импульса на неинвертирующий вход блока 1 лазер излучает на длине волны 1, при подаче положительного импульса на инвертирующий вход блока 1 лазер формирует отрицательные импульсы на длине волны 2, при одновременной подаче импульсов на оба входа приоритетным является неинвертирующий вход, т.е. лазер будет излучать на длине 1 импульс временной шкалы. Система работает следующим образом. На входную шину 15 и далее через элемент ИЛИ 6 на инвертирующий вход блока 1 поступает информационная последовательность импульсов, а на шину 16 управляющий импульс, определяющий время приема информационного сигнала. С генератора опорных импульсов 13 через элемент ИЛИ 7 импульсы для формирования временной шкалы поступают на неинвертирующий вход 2 4636 1 блока 1 и на счетный вход первого счетчика 11. Опорные импульсы с блока 13 будут поступать только в течение управляющего сигнала с шины 16. После прекращения управляющего сигнала генератор 13 прекращает подачу импульсов, а вычислительный блок 14 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 8 появится сигнал, подаваемый в вычислительный блок 14, где регистрируется его временное положение путем считывания кода со счетчика 11. Затем, согласно алгоритму работы блока 1, такие импульсы стираются из информационного сигнала, так как более приоритетными являются импульсы временной шкалы. Таким образом, блок источника лазерного излучения 1 формирует опорную последовательность импульсов на длине волны 1 и информационные импульсы на длине волны 2. Оптические импульсы поступают в волоконный световод 4 и затем попадают на спектральный селектор 5, в котором происходит пространственное разделение излучения на два пучка в одном из них концентрируется излучение с длиной волны 1 и попадает на приемник излучения 3, в другом - с длиной волны 2 и попадает на приемник излучения 2. После регистрации оптических импульсов блоки 2, 3 (блок 2 имеет инвертирующий выход) формируют стандартные положительные импульсы, которые через элементы ИЛИ 6, 7 поступают на входы блока 1. Таким образом, в системе устанавливается рециркуляция информационной и опорной последовательностей импульсов на двух различных 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 5. Так как 21, то 21, следовательно, задержка в излучения с длиной волны 1 в световоде 4 будет больше, чем с 2. Разность оптических задержек равняется 2 1 2 2 2 где- длина световода, С - скорость света в вакууме, 1, 2 - коэффициенты преломления в световоде на длинах волн 2 и 1. Следовательно, опорные импульсы на длине волны 1 будут сдвигаться (отставать) относительно информационной последовательности импульсов на длине волны 2 каждый период рециркуляции на величину . Значениеопределяет временное разрешение системы считывания информации, циркулирующей в петле оптоэлектронного запоминающего устройства. С выхода элемента 6 рециркулирующие информационные импульсы поступают также на первый вход элемента И 9. На второй вход элемента 9 через линию задержки 10 поступают опорные импульсы. При совпадении импульсов на входах элемента 9 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(2) 1 Т,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- длительность задержки линии 10. Введение линии задержки 10 обусловлено необходимостью разделить во времени процессы определения временного импульса и его стирания из информационной последовательности, что обеспечит большую надежность работы системы. В качестве линии задержки 10 лучше всего использовать отрезок согласованного кабеля, обладающего высокой стабильностью задержки. Длительность задержки 10 следует выбирать равной или несколько больше длительности импульса опорной частоты, т.е. приблизительно 1-2 нс, если длительность опорных импульсов равна 1 нс. После того, как число периодов рециркуляции станет равным(3)Т/ ,система заканчивает считывание полезной информации из рециркулирующих импульсов и сигнал с вычислительного блока 14 прекращает формирование импульсов источником излучения 1. Это обусловлено тем,что импульсы временной шкалы сдвинулись относительно информационных импульсов на величину, равную периоду импульсов 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 вычислительной схеме 14 для приема и записи информации о временном положении зарегистрированного импульса В предлагаемом изобретении фактически реализуется оптоэлектронный нониусный измеритель временного положения импульса с высоким временным разрешением. В отличие от электронного нониуса, в кото 3 4636 1 ром используются два генератора (опорный и измерительный), в предложенном устройстве использован один оптоэлектронный рециркулятор с двумя оптическими длинами волн, что значительно упрощает схему. В преложенной системе погрешность зависит от стабильности частоты рециркуляции, которая определяется параметрами волоконной линии задержки, что реально значительно лучше, чем для электронного генератора. Таким образом, в заявляемом устройстве по сравнению с прототипом повышается точность хранения информации в оптоэлектронной петле рециркуляции вследствие того, что генерация как опорной, так и информационной последовательностей импульсов происходят в одном лазере. Так как опорные и информационные импульсы рециркулируют на различных длинах волн, вследствие дисперсионных свойств волоконной линии задержки без использования дополнительного генератора достигается прецизионное нониусное измерение временного положения импульсов с высокой точностью. Источники информации 1. А.с. СССР 1684811,11 С 13/04, 1991, бюл.38. 2. А.с. СССР 1095831,11 С 13/04, 1986, бюл.41. 3. Жарников С.Д., Малевич И.А., Манак И.С. Спектральные характеристики инжекционных лазеров при импульсной модуляции // Вестник БГУ. - 1989. Сер. 1.3. - С. 69-71. 4. А.с.1810753 СССР. Рециркуляционный дальномер / С.Д. Жарников, В.А. Козлов, И.А. Малевич. 1993. - Бюл.5. 5. Гауэр Дж. Оптические системы связи Пер. с англ. - М. Радио и связь, 1989. - С. 52-54. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.