SU1509808A1 - Method of controlling the mode of optronic modulator - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптоэлектронике и может быть использовано в оптических системах передачи, обработки и отображени  информации. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и надежности регулировани  режима электрооптического модул тора за счет сравнени  электрических сигналов в каналах обработки дл  обыкновенного и необыкновенного лучей. Формирование корректирующего напр жени  производитс  путем сравнени  электрических сигналов в каналах, имеющих одинаковые частотные характеристики, но принимающих и обрабатывающих обыкновенный и необыкновенный лучи после их прохождени  через электрооптический модул тор и разделени  двулучепреломл ющей призмой. В устройство введены двулучепреломл юща  призма, инвертирующий усилитель, два компаратора, два элемента И, тактовый генератор, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь. 2 ил.The invention relates to optoelectronics and can be used in optical systems for transmitting, processing and displaying information. The aim of the invention is to improve the accuracy and reliability of adjusting the mode of an electro-optical modulator by comparing the electrical signals in the processing channels for ordinary and extraordinary rays. Corrective voltage is generated by comparing electrical signals in channels that have the same frequency characteristics, but receive and process ordinary and extraordinary rays after they pass through an electro-optical modulator and separate the birefringent prism. A birefringent prism, an inverting amplifier, two comparators, two AND elements, a clock generator, a reversible counter, and a digital-analog converter are entered into the device. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к опто- электронике и может быть использовано в оптических системах передачи, обработки и отображени  информации.The invention relates to optoelectronics and can be used in optical systems for transmitting, processing and displaying information.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и надежности регулировани  режима злектрооптического модул тора за счет сравнени  электрических сигналов в каналах обработки дл  обыкновенного и необыкновенного лучей.The aim of the invention is to improve the accuracy and reliability of adjusting the mode of the electro-optical modulator by comparing the electrical signals in the processing channels for ordinary and extraordinary rays.

На фиг.1 приведена структурна  схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы.Figure 1 shows the block diagram of the device; figure 2 - timing diagrams.

Устройство регулировани  режима . электрооптического модул тора содержит источник 1 оптического излучени , электрооптический модул тор 2, усилитель 3 модулирующего сигнала, светоделитель 4, двулучепреломл ющую призму 5, первый фотоприемник 6, второй фотоприемник 7, первый усилитель 8, второй усилитель 9, первый интегратор 10, второй интегратор 11; дифференциальный усилитель 12, инвертирующий усилитель 13, первьй компаратор 14, второй компаратор 15, тактовьй генератор 16, первьй элемент И 17, второй элемент И 18, ре- версивньй счетчик 19, цифроаналого- вьй преобразователь 20, блок 21 коррекции , источник 22 напр жени  смещени  .The mode control device. The electro-optical modulator contains an optical radiation source 1, an electro-optical modulator 2, a modulating signal amplifier 3, a beam splitter 4, a birefringent prism 5, a first photodetector 6, a second photoreceiver 7, a first amplifier 8, a second amplifier 9, a first integrator 10, a second integrator 11 ; differential amplifier 12, inverting amplifier 13, first comparator 14, second comparator 15, clock generator 16, first And 17 element, second And 18 element, reversible counter 19, digital-analog converter 20, correction unit 21, voltage source 22 displacement.

СПSP

;о;about

эоeo

оabout

0000

На фиг.2 приведены: а - характеристика модул тора по отношению к сигналу, пол ризаци  которого совпадает с пол ризацией на входе (обыновенному лучу), которьй выводитс  на первом выходе двулучепреломл ющей призмы, б - характеристика модул тора по отношению к сигналу с пол ризацией , ортогональной пол ризации входного сигнала (необыкновенному лучу), которьш выводитс  на втором выходе двулучепреломл ющей призмы, в - модулирующий сигнал, г - сигнал на перво выходе двулучепреломл ющей призмы, д - сигнал на втором выходе двулучепреломл ющей призмы.Figure 2 shows: a - the modulator characteristic with respect to the signal, the polarization of which coincides with the polarization at the input (the main beam), which is output at the first output of the birefringent prism, b - the modulator characteristic with respect to the signal from the field orthogonal polarization of the input signal (extraordinary beam), which is outputted at the second output of the birefringent prism, c is the modulating signal, d is the signal at the first output of the birefringent prism, g is the signal at the second output of the birefringent ism.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В исходном состо нии модулирующий сигнал, усиленньй усилителем 3, поступает на первьй вход электрооптического модул тора 2. Рабоча  точка модул тора находитс  на середине линейного участка характеристики, что соответствует равенству средних значений сигналов на обоих выходах дву- Л5 епреломл ющей призмы 5. Двулуче- преломл юща  призма 5 осуществл ет .одновременно преобразование пол ризационной модул ции в амплитудную и разделение сигнала (фиг.2).In the initial state, the modulating signal, amplified by amplifier 3, is fed to the first input of the electro-optical modulator 2. The working point of the modulator is in the middle of the linear section of the characteristic, which corresponds to the equality of the average values of the signals on both outputs of the double-refractive prism 5. The two-beam refracting prism 5 performs simultaneous conversion of polarization modulation into amplitude and separation of the signal (Fig. 2).

Термически наведенное двулучепре- ломление кристалла электрооптическог модул тора приводит к дополнительному фазовому сдвигу между ортогонально пол ризованными составл ющими луча на выходе модул тора. Это вызывает уменьшение (либо увеличение) сигнала на одном из выходов двулучепреломл ющей призмы 5 и увеличение (либо уменьшение) оптического сигнала на другом. Оптические сигналы на выходе двулучепреломл ющей призмы 5 описываютс  формулами К 1 дл  одного выхода и К IQ дл  другого вькода (Ig исходна  интенсивность оптического сигнала, tf - разность фаз между взаимно-ортогонально пол ризованными составл ющими оптического луча, К - коэффициент , учитывающий ослабление интенсивности исходного оптического сигнала ) .. Thermally induced birefringence of a crystal by an electro-optical modulator leads to an additional phase shift between orthogonally polarized components of the beam at the output of the modulator. This causes a decrease (or increase) in the signal at one of the outputs of the birefringent prism 5 and an increase (or decrease) in the optical signal at the other. The optical signals at the output of the birefringent prism 5 are described by the formulas K 1 for one output and K IQ for another code (Ig is the initial optical signal intensity, tf is the phase difference between the mutually orthogonally polarized components of the optical beam, K is the coefficient taking into account the attenuation source optical signal) ..

Оптические сигналы двулучепрелом- л шщей призмы 5 преобразовываютс  фотоприемниками 6 и 7 в электрические сигналы, которые усиливаютс  усилите0The optical signals of the birefringent prism 5 are converted by photodetectors 6 and 7 into electrical signals that are amplified by

5five

00

5five

зоzo

5five

00

5five

00

5five

л ми 8 и 9 и интегрируютс  интеграторами 10 и 11.pp 8 and 9 and are integrated by integrators 10 and 11.

Если рабоча  точка модул тора 2 . находитс  в середине линейного участка характеристики модул тора, что соответствует сдвигу ее на характеристике на 45 , то входные сигналы дл  дифференциального усилител  12 равны и сигнал на выходе его равен 0.If the modulator operating point is 2. is in the middle of the linear section of the characteristics of the modulator, which corresponds to its shift on the characteristic by 45, then the input signals for the differential amplifier 12 are equal and the signal at the output is equal to 0.

Выходные сигналы компараторов 14 и 15 поэтому соответствуют уровню логического О. Вследствие этого г элементы И 17 и 18 не пропускают импульсы тактового генератора 16 на входы реверсивного счетчика 19, счетчик 19 не измен ет своего состо ни , остаютс  неизменными выходные сигналы аналого-цифрового преобразовател  20 и блока 21 коррекции.The output signals of the comparators 14 and 15 therefore correspond to the level of a logical O. As a result, the elements AND 17 and 18 do not pass the pulses of the clock generator 16 to the inputs of the reversible counter 19, the counter 19 does not change its state, the output signals of the analog-digital converter 20 remain unchanged and block 21 correction.

Если в результате воздействи  дестабилизирующих факторов рабоча  точка измен ет свое положение, средние значени  сигналов на выходах двулучепреломл ющей призмы 5 не будут равны.If, as a result of the destabilizing factors, the operating point changes its position, the average values of the signals at the outputs of the birefringent prism 5 will not be equal.

Дифференциальный усилитель 12 выдает на своем выходе электрический . сигнал, пропорциональньш смещению i. рабочей точки (фиг.2). При отрицательном выходном сигнале дифференциального усилител  12, превьтаюцем по модулю напр жение смещени  Uj., компаратор 14 переключитс  и на его выходе по витс  уровень логической 1, которьй разрешит прохождение импульсов с тактового генератора 16 через элемент И 17 на вход пр мого счета реверсивного счетчика 19. Цифровой код реверсивного счетчика 19 преобразуетс  в аналоговьй сигнал при помощи цифроаналогового преобразовател  20. Блок 21 коррекции,  вл ющийс  по сути масштабирующим усилителем приводит выходной сигнал цифроаналогового преобразовател  20 в соответствие с требованием полного управлени  электрооптическим модул тором 2. Это означает, что максимальному вьходному напр жению цифроаналогового преобразовател  20 будет соответствовать напр жение на выходе .блока 21 коррекции, превышающее или равное. 2Vjf, где Uj - полуволновое напр жение кристалла электрооптического модул тора. По вившеес  на выходе блока 21 коррекции корректирующее напр жение возвратит рабочую точкуThe differential amplifier 12 outputs an electric one at its output. signal proportional to the offset i. working point (figure 2). With a negative output signal of the differential amplifier 12, the magnitude of the bias voltage Uj., The comparator 14 will switch at its output to logical level 1, which will allow the pulses from the clock generator 16 to pass through the element 17 to the input of the direct counting of the reversible counter 19 The digital code of the reversible counter 19 is converted into an analog signal using a digital-to-analog converter 20. Correction unit 21, which is essentially a scaling amplifier, outputs the digital-to-analog output signal converter 20 in accordance with the requirement of complete control of the electro-optic modulator 2. This means that the maximum input voltage of the digital-to-analog converter 20 will correspond to the output voltage of the correction unit 21, greater than or equal to. 2Vjf, where Uj is the half-wave voltage of an electro-optic modulator crystal. On the output of the correction block 21, the correction voltage will return the operating point

модул тора на середину линейного участка . Средние уровни оптических сигналов на входах фотоприемников 6 и 7 станут равны. Выходной сигнал дифференциального усилител  12 станет равным О, компаратор 14 переключитс , и его выходной сигнал будет соответствовать уровню логического О. Поступление импульсов через элемент И 17 на вход реверсивного счетчика 19 прекратитс  и на его выходах будет присутствовать цифровой код, соответствующий корректирующему напр жению , необходимому дл  компенсации термически наведенного двулучепре- ломлени .modulator to the middle of the linear section. The average levels of optical signals at the inputs of photodetectors 6 and 7 will become equal. The output signal of the differential amplifier 12 will be equal to O, the comparator 14 will switch, and its output signal will correspond to the logic level O. The arrival of pulses through element 17 to the input of the reversing counter 19 will stop and its outputs will have a digital code corresponding to the correction voltage required to compensate for thermally induced birefringence.

При положительном выходном сигнал дифференциального усилител  12, превышающем ,, компаратор 15 изменит свое состо ние и на его выходе по вис  сигнал, соответствующий уровню логической 1, которьй разрешит прохождение импульсов тактового генератора 16 через второй элемент И 18 на вход обратного счета реверсивного счетчика 19. Уменьшение содержимого реверсивного счетчика 19 будет продолжатьс  до тех лор, пока.рабоча  точка не возвратитс  на середину линейного участка характеристики модул тора .With a positive output signal of the differential amplifier 12, exceeding, the comparator 15 will change its state and at its output by a signal corresponding to the logic level 1, which will allow the clock generator pulses 16 to pass through the second element 18 to the counting input of the reversible counter 19. The reduction in the content of the reversible counter 19 will continue until the working point returns to the middle of the linear portion of the modulator characteristic.

В случае монотонного изменени  температуры кристалла содержимое ре- версивного счетчика 19, например,будет возрастать до наполнени , а с приходом следующего импульса содержимое счетчика обнулитс . Это приводит к уменьшению корректирующего напр жени  на втором входе электро- оптического модул тора 2 на величину 2 U.JJ..In the case of a monotonic change in the crystal temperature, the contents of the reverse counter 19, for example, will increase before filling, and with the arrival of the next pulse, the contents of the counter will be reset. This leads to a decrease in the correction voltage at the second input of the electro-optical modulator 2 by an amount of 2 U.JJ.

Так как характеристика модул тор имеет периодичньй характер в зависимости от управл ющего напр жени , то такое уменьшение не приводит к изменению положени  рабочей точки.Since the modulator characteristic is periodic in dependence on the control voltage, such a decrease does not lead to a change in the position of the operating point.

Если изменение температуры носит обратный характер, то содержимое / . .i- счетчика уменьшаетс  до нул , а с приходом следующего импульса содержимое счетчика станет максимальным, что соответствует скачкообразному переходу корректирующего напр жени  с О до 2 и. Такой переход не повли ет на положение рабочей точки.If the temperature change is reversed, the contents of /. .i- the counter is reduced to zero, and with the arrival of the next pulse, the contents of the counter will become maximum, which corresponds to a jump transition of the correction voltage from 0 to 2 and. Such a transition does not affect the position of the operating point.

Дл  того, чтобы устранить дребезжание корректирующего напр жени  относительно уровн , необходимогоIn order to eliminate the correction voltage rattling relative to the level required

00

5five

00

5five

00

5five

00

дл  компенсации воздействи  дестабилизирующих факторов, введены два компаратора 14 и 15 и инвертирующий усилитель 13.to compensate for the destabilizing factors, two comparators 14 and 15 and an inverting amplifier 13 are introduced.

Напр жение U., подаваемое на первьй вход первого коьшаратора 14, и напр жение -UcM подаваемое на первьй вход второго компаратора 15 после инвертирующего усилител  13, формируют интервал напр жений, при условии входимости в которьй выходного напр жени  дифференциального усилител  12 счетчик 19 не будет измен ть своего состо ни  и корректирующее напр жение не мен тьс . введение зоны нерегулировани  не вли ло на точность регулировани  режима, необходимо ее величину задавать на уровне шумов, создаваемых оптическими, фотоприемными и электрическими трактами устройства .The voltage U. applied to the first input of the first coupler 14, and the voltage -UcM supplied to the first input of the second comparator 15 after the inverting amplifier 13, form a voltage interval, provided that the output voltage of the differential amplifier 12 is not counted 19 change its state and the correction voltage does not change. the introduction of the non-control zone did not affect the accuracy of the mode control, it is necessary to set its value at the level of noise generated by the optical, photo-receiving and electrical paths of the device.

При уходе рабочей точки от первоначального положени , соответствую- щего середине линейного участка характеристики электрооптического модул тора , интенсивность света на входе фотоприемника, оптически св занного с выходным лучом модул тора, изменитс  на величину & Ijj. Данное изменение интенсивности вызывает дифференци- альньй сигнал на выходе дифференциального усилител  К MQ. Такой же уход рабочей точки в предлагаемом устройстве вызывает уменьшение интенсивности на одном из входов дву- лучепреломл ющей призмы на величину ilo и увеличение интенсивности на величину UIo на другом выходе призмы.When the operating point moves away from the initial position corresponding to the midpoint of the linear portion of the characteristic of the electro-optical modulator, the light intensity at the input of the photodetector optically coupled to the modulator output beam will change by the & Ijj. This change in intensity causes a differential signal at the output of the differential amplifier K MQ. The same operating point drift in the proposed device causes a decrease in intensity at one of the inputs of the birefringent prism by ilo and an increase in intensity by UIo at the other exit of the prism.

На выходе дифференциального уси- . лител  по витс  сигнал 2Ыо, т.е. при одинаковом уходе рабочей точки вькодной сигнал дифференциального 5 усилител  в предлагаемом устройстве будет в два раза больше сигнала дифференциального усилител  в ;известном устройстве.At the output of the differential usi. The Wits signal is 2yo, i.e. with the same care of the operating point, the input signal of the differential amplifier 5 in the proposed device will be twice the signal of the differential amplifier in the known device.

Повышение точности устройства достигаетс  за счет п-овьш1ени  чувствительности путем уменьшени  погрешностей , возникаюш 1х в устройстве. Так, формирование корректирующего напр жени  производитс  путем сравнени  электрических сигналов в каналах, имеющих одинаковые частотные характеристики . На фотоприемники обоих каналов поступают оптические сигналы, формируемые после выхода электрооп0An increase in the accuracy of the device is achieved by detecting sensitivity by reducing the errors that occur in the device. Thus, the generation of a correction voltage is performed by comparing electrical signals in channels having the same frequency response. The photodetectors of both channels receive optical signals generated after the output of the electrooptic

5five

тического модул тора, что позвол ет учесть в обоих каналах наличие посто нной составл ющей модулирующего сигнала . Повьшепие надежности регулировани  достигаетс  тем, что дл  компенсации воздействи  дестабилизирующих факторов, имеющих широкий диапазон изменений, достаточно корректирующего напр жени  пор дка двух полуволновых напр жений, так как устройство регулировани  использует периодичность характеристики пропускани  электрооптического модул тора.modulator, which allows for the presence in both channels of the presence of the constant component of the modulating signal. The control reliability is achieved by the fact that in order to compensate for the effects of destabilizing factors that have a wide range of variations, a correction voltage of two half-wave voltages is sufficient, since the control unit uses the frequency characteristic of the transmission characteristic of the electro-optical modulator.

В устройстве диапазон изменени  температуры кристалла модул тора ограничен температурой фазовых переходов и лежит в пределах от комнатной температуры до сотен и тыс ч граду- сов Цельси .In the device, the range of temperature variation of the modulator crystal is limited by the phase transition temperature and lies in the range from room temperature to hundreds and thousands of degrees Celsius.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство регулировани  режима электрооптического модул тора, состо щее из расположенных последовательно и оптически св занных источника оп Гического излучени , электро- оптического модул тора и светоделител , источника напр жени  смещени , дифференциального усилител , первый вход которого соединен с последовательно св занными первым интегратором , первым усилителем, первым фотоприемником , а второй вход соединен с Последовательно св занными вторым интегратором, вторым усилителем, вто рым фотоприемником, первый электрический вход электрооптического модул тора соединен с усилителем модулирующего сигнала, а второй электрический вход электрооптического модуA mode control device for an electro-optical modulator consisting of sequentially and optically coupled sources of optical radiation, an electro-optical modulator and a beam splitter, a bias voltage source, a differential amplifier, the first input of which is connected to serially connected first integrator, first amplifier the first photoreceiver, and the second input is connected to the serially connected second integrator, the second amplifier, the second photodetector, the first electrical the input of the electro-optical modulator is connected to the amplifier of the modulating signal, and the second electrical input of the electro-optical mode toto 1515 2020 2525 30thirty 3535 4040 л тора св зан с выходом блока коррекции , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и надежности регулировани  режима электрооптического модул тора за счет сравнени  электрических сигналов в каналах обработки дл  обыкновенного и необыкновенного лучей, введены дву- лучепреломл юща  призма, инвертирую- . ищи усилитель, первьй и второй компараторы , первьй и второй элементы И, тактовый генератор, реверсивньй счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход которого св зан с входом блока коррекции, а входы подключены к выходам реверсивного счетчика, причем вход пр мого счета реверсивного счетчика соединен с выходом первого элемента И, первьй вход которого подключен к выходу первого компаратора,вход обратного счета реверсивного счетчика соединен с выходом второго элемента И, первьй вход которого подключен к выходу второго компаратора, которьй соединен по первому входу с выходом инвертирующего усилител , вход которого св зан с источником напр жени  смещени  и первым входом первого компаратора , выход дифференциального уси.- - лител  соединен с вторым входом первого компаратора и вторым входом вто- . рого компаратора, а вторые входы перг вого и второго элементов И подключены к выходу тактового генератора,причем вход двулучепреломл ющей призмы оптически св зан с выходом светоделител , первьй выход оптически св зан с первым фотоприемником, второй вы- ход оптически св зан с вторым фото- приемником.The driver is connected with the output of the correction unit, characterized in that, in order to increase the accuracy and reliability of controlling the mode of the electro-optical modulator by comparing the electrical signals in the processing channels for ordinary and extraordinary rays, a two-beam refraction prism is introduced. look for amplifier, first and second comparators, first and second elements And, a clock generator, a reversible counter and a digital-to-analog converter whose output is connected to the input of the correction unit, and the inputs are connected to the outputs of the reversible counter, the input of the direct counting of the reversible counter connected to the output The first element And, the first input of which is connected to the output of the first comparator, the countdown input of the reversible counter is connected to the output of the second element And, the first input of which is connected to the output of the second comparator, which is connected at the first input to the output of an inverting amplifier, the input of which is connected to the source of the bias voltage and the first input of the first comparator, the output of the differential amplifier is connected to the second input of the first comparator and the second input of the second. the second inputs of the first and second elements I are connected to the output of the clock generator, the input of the birefringent prism is optically connected with the output of the beam splitter, the first output is optically connected with the first photodetector, the second output is optically connected with the second photo- receiver. ±,Л± L Т5T5 ГR /V/ V /7/ 7 /5/five WW 16sixteen -Ф-F 2020 9 I9 I ;; Фиг.22