Волоконно-оптические рециркуляционные устройства задержки и хранения сигналов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ Н,: К СССР Институт обшей физики

IIa правах рукописи УДК 621.372.8.09

КАРПОВ Владимир Иванович

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА ЗАДЕРЖКИ И ХРАНЕНИЯ СИГНАЛОВ

( 01.04.01- техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на сопскашэ учопой стопэея кандидата фгаико-матэиатачвсипх нвук Мссква-1991

: I

I ' Работа в. лолпена и о?дэ. } волоконной оптшщ Лйклитута. обвдй. ,, Лиши АН СССР.

Научный руководитель: кандидат фазпко-катематичвскнх паук

М.И.Беловолов.

Офацполышо оппоненты: дг тор фпшсо-изтематшчесгшг каук .,

Л.П.ЕмлннскаА,

кандидат фгзпко-иэтемвтотзсяыз наук В.Л.Сачутов.

Ведущая организация: Институт электроники Л11 БССР-

Зазщта состоится * д." дЛи-Лс^З^ 1991г. в чесоз

на заседании Споциалнзнровапиого Ученого Совета К С03.4Э.С2 Института оОЕгвй фазнки АН СССР но адрэсу: 117942, ?&>сква, Вавилова, 38.

С дассортЕциеЗ могко ознакогяггься в библиотека Е&ютагута обп;вЯ (¿язедп! АН СССР. ^

Автореферат разослан 1991г.

УчегаЗ секретарь

специализированного

совэта

Т.Б.Еотак

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ

Актуальность теиы.

Дальнейшее развитие 1шфорлациониой технологии во шогоа связано с. оиткчзсгаа.и методами обработки и хранения информации. В технике связи, радиолокации, экспоршюнталыюй физике пэобходюш устройства задерзхи шрокополосшх синапов к быстродействующей памяти. Ливии задержка (ЛЗ) ыогут бить созданы путем организации нногасратного прохождения оптичоского спгпала по волоконному световоду (ВС). Для компенсации вознккащпх при атом оптических потерь необходима оптические усилители, вкличакаш в контур циркуляция сигнала. Подупроводштоше лазерные усилители (ПЛУ) обладают большим кооЗфщнацтоы усиления, иирокошлосностыо, готробляат набольшую мо-дность. Поэтому создание и исследование таких усилителей н рециркуляционных волоконно-оптических линий задержи с использованием ПЛУ является аитульким.

Другой вал задачей является создание бнстрсдойствугчай памяти, которая твкае может бать создала па основе волоконно-оптической рециркуляционной ЛЗ с полюй периодической регенерацией циркулирующего сигнала. По темпу записи-счптывапил информации такая память шкот иметь значительные праиглущества перед трр-чци-ошшм" запоминающие устройствами. Поэтому исследование вопросов долговременного хранения информации, увеличения объема и теша считывания давних ва счет спектрального уплотнения в ВС, стабильности памяти в условиях внешних воздействий представляет значите л ыый интерес.

Цель диссертационной работы заключалась в следувщеы: I .Разработка п исследование характерпст к полупроводниковых лазер-пых усилителей, работающих в разима усиливающего г жала. Создание рециркуляционной лшпш задорикп па осново одао:,:одового ВС с коипенсацаей оптических потерь в таком уешатэле. 2.Создали© и исследование волоконно-оптической цифровой памяти, экспериментальная роалкзац,.^ режима долговро:.»ззюого хранения информации. Расгаотрожэ всэх (факторов и ограничений, связанна* как с параметрами основшх элементов памяти, ток и с впеиними воздай-

стшяш па ВС, определявших еь хэрактеристшсц п работа Способность. З.Рас иЗотаа элементов ушгатпешл и разделения разпзеохпшх оптических П5С1Т5ИХ, окспэрпмэпталыюо исследование цйфоиоЯ памяти па ВС со спектрашшы ушгатногшем каналов.

Научная новпзпа. . I „Црэдло-'гэна и впервые реализована широкополосна! оптическая лшия задерзип аналоговых сигналов па одпомэдовом ВС о кс-отопсеццой потерь в цолупроводтжовом лвз< ты усшптолэ, распологсопгсш на копцэ световода.

2.1Гродлонена методика, позволящая измерять величину оптачоскта потерь при стыковке ПЛУ с одашодовш» ВС.

3.Вперше оксперншптвльно реалкзоЕан рента долговрэнзппого хракэ-пия информации в цифровой волокоппо-оптической памяти.

4.Впвршо предложена и экспериментально рзалнзоввна пить па волоконном световоде, отдельные разряды которой хранятся на разных длинах волн . .

Практическая ценность.

1.Разработана волоконно-оптическая память кп основе которой могут быть создали буферные ЗУ с темпом запясп-счлтавепая кпфорлацни в 1Г0ит/с и вале.

2.Спектральное уплотнение каналов в ЗУ ВО, прадлогашое и раалнзо-вшшое в данной работе, увелпчшзае? объем помята без увеличения длззш ВС и времени доступа к информации.

3.Разработаны и экспериментально реализованы схемотехнические рвкения для рзгенерзцпп, кодирования, ввода пнфорлвцпп в волоконную пекять с сыстродействукзегг АЦП, связи с ЭВМ, позволит® попользовать такуо память в качестве бнстродэйствугадего буферного ЕУ в ф!ЗИЧ8скш эксперименте.

4.Волоконно-оптическая линия задержи с полупроводннковим лазерным усилителем монет использоваться для обработка широкополосных оптачестак сигналов.

Реализация результатов рвботи.

Результата екеггориментального ясслэдовапня устройств I' 'фровой памяти на волоконном све эводо бшш кспользоевш при создшши

Б

ыакота памяти с кодированием информации, ииепцем скорость зашси/считывания ПЗ Мбит/с, внедренного в Институте электроники АН БССР (г.Минск), о чем имеется соответствующий акт.

Лпробсция работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на 4й Всесоюзной конференции но системам связи и передачи информации (Москва, иепь 1984г.), 10й Европейской конференции по оптической связи (Штутггарт, ФРГ, сентябрь 1984г.), 2й Всесоюзной конференции Проблемы развития радиооптики (Тбилиси, май 1985г.), 3й Всесоюзной конференции Проблемы оптической памяти (Ереван, октябрь 1987г.), Международной конференции по оптическим вычислениям (Тулон, Франция, август 1988г.), 9° Международной школе по квантовой электронике ( Ужгород, май 1989 г.). Международной конференции по оптическим вычислениям (Кобе, Япония, 1990г.), на семинарах отдела волоконной оптики ИОФ АН СССР.

Публикации.

Основные результаты работы опубликованы в 12 печатных работах, псрочиолзшых в концо автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий обьеы работа 166 страниц, включая 44 рисунка, 3 таблицы. Список литературы состоит из 102 наименований.

СОДЕРНАШЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснован?! актуальность тоны диссертации, определено цела робота, охарактеризованы научная и практическая новизна работы, сформулнрованн основные пологклшя, выносимао на защиту, и дано краткая ышотацпл работы.

Порвал глава посвгадоно обзору литературы по волоконно-оптичосгаш устройствам обработки и хранения информации.

В порвоги параграф} рвссыотрэнн характер;!стюш ВС на основе плавленного кварца, дало нл ссаосгазлекке с друшш срэдаг.31, кспользуогйслл в дазжа Еадериз; (ЛЗ). В ВО нормиро-

ванное па волнчзшу кадерже: затухЕнао (а/т) в области дины волны

1,55 «тал составляет гмнее 0,04 дВ/мкс. Безразмерный коэффициент, равный произведению ширсконолосности (В) передаваемого по ЛЗ сигнала на время ого задержки (ч), превышает 10 . Сравнение с другими типащ ЛЗ показало, что в области частот свито 100 МГц по параметрам а/х и Вт ВС превосходят другая ЛЗ. На более низких частотах серьезную конкуренции им оказывают приборы ла поверхности акустических волнах в кристаллах.

Рассмотрен!! разнообразию устройства обрзбопеи радиочастотных сигналов на основа пассиглшх рециркуляциошшх линий задорит: интерферометры, фильтра, форлфователи и корреляторы кодовых последовательностей. Показано, что для наиболее полного использования потенциальных возможностей ВС в таких устройствах необходима разработка оптических широкополосных усилителей.

Во втором параграфе проанализированы основные характеристики ПЛУ типов ®абри-Перо (ФП) и бегущей волны (БВ): поэф^гциент усило-ния, швдость насыщения, полоса усиления, шум, поляризациоотай чувствитольность. Из приведенного анализа следует, что ПЛУ Фабри-Перо проще в изготовлении, обладаот высокими ( 25+35 дБ ) коэффициентами усиления при небольшие токах инжекции. Однако 5П усилители более чувствительны к флуктуациям тока и температуры п предполагают использование источника, имеющего стабильную и узкуи спектральную линию излучения. ПЛУ бегущей волны обладают большика мощностью наешцетм и широкополосностью, по требуют просветления граней в широком спектральном диапазоне до величины менео Ю-4, а Т8К2» оптимпзащш структуры ДЛЯ ДОСТИ29Ш1Я больших коффациоптов однопроходного усиления.

Рассмотрю ни особенности кольцевой волохсоюю-оьлгаескоЗ ЛЗ о ПЛУ, шшлешшм в разрыв одномодового ВС III, то сравнения о мно-гоусшштельпой волоконно-оптической линией. В кольцевой ЛЗ с ПЛУ суммарный когф^ициент усилепия сигнала долзвп поддерживаться близким к едшшце. Причинами неполной компенсации оптических потерь могут являться усиленная спснтаппая ЛЕМинесцепцил а излучен э, распространяющееся навстречу сигналу. ПЛУ в кольцевой ЛЗ долгая быть согласован о двух сторон с одиомодовнм ВС, а для подавления обратно распространявшегося нзлучония необходим оптический пзоля-

тор. Поэтому представляет интерес исследование рециркуляционной ЛЗ с ПЛУ, расположенным на одном из концов ВС. В такой схеме оптический сигнал многократно циркулирует по ВС, отражаясь с одной сторо-ш зеркалом и усиливаясь с другой в ПЛУ. При той же длине ВС задершса увеличивается вдвое.. на требуется оптический изолятор, у сиг-те ль согласуется со световодом только со стороны одкс.1 грани.

Третий параграф посвящен запоштавсда устройствам на рецирку-ляцдошшх ЛЗ. В первых устройствах цифровой памяти (21, созданних ва основе ртутных ЛЗ, объом и скорость запаси ннфоргацаи ограничивались сильной температурной зоввсшость» времени распространения и дисперсионным расшшваншм ультразвукового сигнала. Большей шрахополосностью, меньшими потерями и лучшей тодазратурной стаби-.шг тгыо обладали тьврдотелшио акустические ЛЗ, па основа которых был создан ряд цифровых вашштазвдих устройств [31. Впервце на возможность применения памяти на ВС в устройства адаптивного цифрового корректора указано в [41. В работе 151 отмечалось, что большая величина Вг характеризует информационную емкость ВС как среда, хранящей т|ормацшз. Однако вопросы долговременного хранения информация в ЗУ ВС н возникающие е связи с этим требования к элементам пам?-и в £4,Б1 по рассматривались. К началу наших исследований в этой oOj. ота не было продемонстрировано цифровой еолокопко-оптичоской памяти с длительным временем хранения информации. Необходимо было проанализировать ограничения, накладываемые на максимальное быстродействие и объем памяти характеристиками во элементов и внешними воздействиями. При оцепке внешних воздействий использовались экспериментальные результаты исследований темпера-турно-фазовой чувствительности ВС различной конструкции [6,71. Для исследования режимов долговременного хранепия был создан и испытан ряд аксшэрлмантальшх майетов ЗУ ВС, на которых такяе проверялись новые Функциопалышо возможности. Одна из таких внервио экспериментально продемонстрированных памп воемоиюстэй заключалась в запоминании форш однократных аналоговых сигналов в ЗУ ВС.

lia момент начала наших исследований имелись экспериментальные зботы по спектральному уплотнении шфэриации в ВС. Нами предложено ЗУ ВО, в котором отдельные разряды памяти хранятся независимо

ва различных оптических несущих. Для экспериментальной реализации такой памяти были разработаны устройства многоканального уплотнения и разделения каналов с разными длинами волн вблизи Х= 1,3 мкм, на основе которых было впервые создано семшанальное запоминающее устройство иа ВС.

Во второй глава описаны методики исследования, образцы полупроводниковых лазерных усилителей и элемент, разработанные автором для линий задержки и памяти на волоконных световодах.

В первом параграфе приведены параметры оптических усилителей, изготовленных на основе 1пСаАгзР/1пР двойных гетероструктур с части ю просветленными грвнями резонатор , пороговые характеристики исследуемых структур до и после нанесения просветляющих покрытий. Дано описание экспериментальной установки для измерений глубины модуляции спектров люминесценции, зязанной с неполным подавлением резонаясов резонатора Фабри-Поро ПЛУ. Измерения проводились при разных токах инжэкции усилителей, что позволяло определить значения показателей усиления и потерь активной области, коэффициенты отражения граней резонатора после просветления.

Разработана установка для исследования зависимостей усиления от входной могщости при вводе-) ноде оптического сигнала через переднюю грань ПЛУ. Излучение от перестраиваемого одночастотного полупроводникового лазера с внешним дисперсионным резонатором вводилось в усилитель через одношдовый направленный ответвите ль. Спектр излучения лазера контролировался сканирующим конфокальным интерферометром. Для подстройки состояния поляризации входного излучения разработан вращатель поляризации на волоконных витковых элементах. '

Приведены результаты измерения смещения длин волн резонатора Фабри-Перо усилителей от температуры и тока иякэкции. Соответствующие коэффициенты составили (1ЛЛ1Т°Ю,8 А/град, 0\/<И« -0,23 А/мА при токах инжекции итого пороговых. Приведены описания схем для стабилизации тока и тешературы ПЛУ и ЛД, а таксе оптических элементов и методики настройки рециркуляционной волоконно-оптической линии задержки.

Во втором параграфе описана система спектрального уплотнения

сени оптических несущих в спектральном диапазоне 1,25 + 1,35 шел, разработанная для цифровоЗ волокошю-оптической памяти с хранением пнфэрлацип в параллельном коде. Для ввода излучения семи лаззршх даодов в градиентный ВС разработал волоконный направленный объединитель. При его изготовлении для уменьшения оптических потерь испо 'ъзовзлась процедура частичного стравливания оболо- чк со:<ш шдводщ$х ВС в ызсто их сплавления. Величина оптических потерь в каналах объединителя составляла 5±1дБ. Пространственное разделение оптшеекпх нэсущах па конце ВС осуществлялось в спектральном де,мультиплексора (к-Ш), построенной по автоколлимационноа схема с использованием дифракционной решетки, линзы н уложенных в линейку приемных ВС. Спектральный интервал коиду центрам соседних каналов соспвлял 151М. Спок1'ралыше характеристики каналов имели в области пропускания плоские вераины еириной 5,5+6 шл по уровню ЗОЖ. Это достигалось применением цриеших световодов с диаметром сердцевины и ободочки 130 мки и 150 шш соответственно, вытянутых кз заготовки с частично стравленной оболочкой. Уровень перекрестных помех в каналах не превышал -18 дБ. При суммарных потерях в объединителе и А.-ДЦ, равкшс 7+9 дБ, длила ВС могла составлять 30+35 км.

В третьем параграфе рассмотрены вопросы регенерации, кодирования информации в за* шинаюдем устройства на ВС, организации связи с ЭБЫ. Приведено сравнение фордатов представления данных. Показано, что в Г ВС долхны применяться кода с несильно изменяющейся скваккостыо, возводящие осуществлять фазовую автоподстройку в условиях внешних температурных и силовых воздействий на ВС.

Приведены результаты разработки асинхронного параллельного интерфейса для связи ЭВМ "Элактроника-бО" с ЗУ ВС со спектральным ушгатнэнйз.ч разрядов. Интерфейс обашчнвает запись и чтение шйор-мацни в/из волоконной памяти по произвольному адресу. Информация моют записываться в волокопную память со скоростью 60 Ыбайт/с с гшходов Л1Щ, а затеи счикшаться ЭК-.1 в более медленной темпа.

1р8тья глава посвя^апо результатам экспериментального исследования полупроводниковых. лазерных усилителей и волоконно-оптической рециркуляционной лшби зздзрзки с ко;.аенсацной оптнчоских потерь.

В первом параграфе приводам! результаты исследования полупроводниковых лазерных у сплетала я с неодинаковыми коэффициентами отражения граней резонатора. Испарялись коаффициептн отражения граней резонатора (П^) поело понесения просветляющих покрытий, показатели усиления (7) и потерь (а) активной области усилителей. Метод измерений основан на анализа спектров лжкнесценция просветленных усилителей в допороговом режима при разных значениях токов янгокщи [81. Кз экспериментальных значений глубины модуляции (т) спектров люминесценции реэонансами резонатора бабри-Перо расчитанн зависпюсти коэффициента усиления за один обход резонатора V учотом потерь на выход излучения G '¡Т^П^ от токи инкзкцки. Коеффщиопт усиления линейно возрастает с током вплоть до значоялЯ I/ri?l «1,5, гдэ I.rtjj - значение тока шшекции усилителя я порогозое зкачэниэ тока до просветления граь ,Л. Экспериментальные значения составляют 0,93 + 1,72, что хорошо согласуется с

задаваеиши при напылении коэффициентами отражений R^O.SS, 1^2=2,5%. Показатели усиления и потерь ai«. ¿ной области у исследованных образцов ПЛУ составили 7=103+120см~1 и а=53+68 см-1.

Исследованы зависимости коэффициента усилония Gß ПЛУ, работающего в реатаю усиливающего зех 1ла на конце одномодового ВС, от мощности входного оптического сигнала. Максимальный коэффициент усилония ПЛУ, измеренный как отношение мощностей входного и введенного обратно в ВС сигналов, составлял 17+18 ДБ в ненасыщенном рехиш. Входная мощност- насыщения, при которой Gß уменьшается на 3 дБ, равнялась -32 дЕн. Рост коэффициента усиления с увеличением тока шгажции наблюдался вплоть до значений, близких к порогу всзняшюБенйя генерации.

Проводеи расчет зависимости Gß =1(1/1^) при разных соотношениях мояду коэффициентами отракэний зеркал Rj/Rj. В расчете использовались коэффициента получении® внсюрииенталыю на исслрдопатшл глубиш кодуляцга сгактров .лялжэсцеиэции розонаяевки Фабрл-Перо. Экспериментальные заБясякостл G3= f(I/Iifl) совпадают по форма с теоретическими до значений f(I/It}l)<3+2.2. При большие токах пачпнгэт сказываться пасн^энке усялэнля. Резница кшгду psc-члтанншга и подучэгашш! еасясркментпльно кооф5з»донта>я усялсния

при токах, далеких от насыщения, позволяет оценить сушарную величину оптических потерь на ввод-вывод излучения в ПЛУ из ВС и обратно - Кд. При соотношении коэффициентов отражения граней 1^/11, =5 величина составила 10 дБ.

Во втором параграфе приведены результаты экспериментального исследования волоконно-оптической линии задержки с полупроводниковым лазерным усилителем, расположенном на конце ВС. В предложенной ЛЗ оптический сигнал вводится в одвомодовый ВС длиной Б,2 км через отверстие в сферическом зеркале. Пройдя световод, сигнал усиливается в ПЛУ, вводится назад в ВС и на его выходе отражается сферическим зеркалом обратно. Таким образом, сигнал циркулирует вперед - назад по ВС, отражаясь от сферического зеркала с одной стороны и усиливало в ПЛУ с другой.

Суммарные потери при двойном проходе ВС и отражении от зеркала были равны 8 дБ. Величина нескомпенсированного затухания при каждом обхода ЛЗ составляла «0.9 дБ. Коэффициент усиления ПДУ, при заданном токе инжекции, в ЛЗ был на 3+5 дБ ниже по сравнению с измеренным при отсутствии отражения от противоположного конца ВС. Уменьшение вв в линии задержка связано с частичным насыщением усиления собственным полем сушрлшинесценции, возвращаемым в активную область вн^чшим зеркалом, и неполным согласованием состояния поляризации возвращаемого из ВС излучения. Увеличение усиления при- ->дило к возникновению генерации усилителя с внешним волоконным резонатором и насыщению усиления. При указанных параметрах достигнуто время задержки оптического сигнала « 1мсек. Коэффициент усиления исследованных ПЛУ мог Сыть увеличен на «6 дБ, что позволяло удлинить ВС при потерях 0,5 дБ/км еще на б км без увеличения затухания невду соседними отражениями. Проанализированы пути достижения более полной компенсации оптических потерь: ограничение полосы пропускания ЛЗ для подавления большей части усиленной спонтанной лтинесцешщи, лежащей вне полосы усиливаемого сигнал; снижение коэффициента отражения передней грани резонатора для уменьшения склонности ПЛУ к самовозбуждению.

Четвертая глава посвящена устройствам цифровой памяти на волоконных световодах.

В первом параграфа рассмотрены вопроси долговременного хранения нв^орлации в волоконно-оптической памяти и ее основные характеристики. Для запоминания информации на время, многократно превышапцее время распространения сигнала по ВС, необходимо осуществлять полную регенерации циркулирующих в оптоэлектронном кольце ивформ данных импульсов по амплитуде, форме и временному полоке-шш. Показано, что для длительного хранения информации вероятность овибки ретрансляции должна быть уменьшена с (вероятность ош-бкн в обцч!шх систегдах передачи информации) до «Ю""18, при атом отпоиепие сигнэл/яум на входе ресанцего устройства ретранслятора песбх' жо увеличить на =1,8 дБ.

Произведен расчет максимального объема памяти, ограниченного дисперсношы,® и энергетическим! характеристиками элементов в ЗУ ВС, в предположении существования псотояпст > группового времени распространения излучения по ВС. Показано, что при использовании узкополосного источника, излучанцего вблизи точки нулевой дисперсии ВС, объем памяти моает провисать 10 Мби1 и ограничивается энергетическими характеристиками излучателя и чувствительностью приемника излучения.

Расчитана минимальная энергия Б, необходимая для хранения бита информации в ЗУ ВС. Величина Е расчитывалась как сумма энергии, подаваемой в цепь накачки ЛД, и энергии, затрачиваемой остальными элементами регенератора. С увеличением длины световода Ь, при фиксированной скорости передачи информации, просходит рост минимальной энергии ЛД, неооходамой для поддержания задоппой вероятности ошибки. Вместо о тем, удэлъная доля мощности, приходящаяся на каждый бит, затрачиваемая остальшш элементам» регенератора, с увеличением объема памяти линейно зшенкзвотся. Вследствие этого зависимость Е=1(Ь) имоет минимум. Проведан расчет Е при следупцих параметрах ЗУ ВС: скорость передачи информация 1Гбит/с; длина вол-пы 1,3 мкм; затухание з ВО а - 0,3 дБ/га; количество фотонов, необходимое для регенерации бита информации о заданной вероятность») ошибки И(Р0=Ю"18) = 1500; КОД лазора 53; эффективность ввода излучения ЛД в световод 303; нопцюсть, затрачиваемая элементам! регенератора (исключая цепь питания ЛД), 1Вт. При таких норсмотрах

Б минимальна при длине ВС 20 км и составляет менее 0,1 цДк/Сит.

Второй параграф посвящен функционировании памяти в условиях внешних воздействий па ВС.

Определены критерии максимальной величина фазового сдвига принимаемого сигнала относительно точек решения, задаваемых мест-нш задающим генератором, не приводящей к потере синхронизации в ЗУ ВС при заданной длине, фазовой чувствительности ВС к внешним воздействиям и скорости передачи. Показано, что при гауссовой фор-ие принимаемых импульсов велгшна Лтг не долгна превышать 1/3 тактового периода. При атом отношение сигнал/помеха в точке решения будет равно 14 дБ, что на 1,2 дБ выше минимально необходимого значения для вероятности ошибки Ре= Ю-18. Показано, что в услових внешних температурных воздействий максимальный объем памяти не зависит от длины световода и тактовой частоты, а определяется лишь темперагурш-фазовой чувствительностьв ВС: Утах = О,ЗУБЧАТ, где Бф= Лф/фАТ =бп/п4Г+(1Ь/1(1Г- относительная температурно-фазовая чувствительность ВС, АТ- диапазон изменения температуры ВС.

Рассмотрено влияние внешних воздействий на групповое время распространения излучения (аг) по ВС. Наибольшее изменение тг происходит под действием температуры и механических напряжений. Проанализирован относительный вклад в А1г составляющих, связанных с измененном душны и эффективного показателя преломления ВС различной конструкции. У непокрытых или покрытых лишь силиконовой резиной слабо легированных ВС относительное изменение группового времени задержки составляет Атг/ЬДТ « 30 + 35 пс/км°С. Защитные полимерные покрытия типа нейлона, имеющие большой температурный коэффициент расширения (сИУМТ « 10~4*с~'), увеличивают темпера-турно-фазовую чувствительность ВС примерно в Б раз. Поэтому, для получения ВС с низким значением Бф коэффициент температурного расширения маториала вторичного покрытия должен быть минималыпл шш даае отрицательным.

Расчет, проведенный для ВС с Дгг/ЬДТ= 35 пс/км°С и лазера со спектральной шириной излучения О,Б им (Х=1,3 мкм), показал, что для достикэшш объема памяти С?гпа_=1Щит), ограниченного хроматической дисперсией, необходимо поддергивать температуру ВС с

ТОЧНОСТЬЮ ЛТ = » 0,05*0.

В третьем параграфе приведены результата экспериментальных исследований цифровых ЗУ ВС.

Приведено описание волоконно-оптической памяти для запоминания формы аналоговых сигналов, преобразованных в цифровую форму. В экспериментальном макете сигнал, поступавший с выходов АЦП, прообразовывался в поелодовптолышй код и подавался на оптический норндатчик. Пройдя ВС, информационная шпульсная последовательность восстанавливалась по амплитуде, длительности и фазо в электронном регенераторе и вновь поступала на оптический поре датчик. При длине ВС в юл, тактовой частоте 25 Мгц макет позволял напоминать 90 точек аналогового сигнала с разрешением 64 уровня и времьнем дискретизации 320 не.

Для увеличения быстродействия и объема памяти предложено волоконно-оптическое ЗУ со спектральным уплотнением каналов. В такой памяти каздый информационный разряд циркулирует по опто-электроиному кольцу независимо на своей оптической несущей. Приведено описание гжспериментальнл1 о макета, созданного на основе волоконно-оитич°сксГ системы со спектральным уплотнением семи каналов в области 1,25 1,35 мкм. При длине ПС 5 км, система позволяла запоминать 1500 точек аналогового сигнала с разреиением 64 уровня и времен»« дискретизации 16 нсек. Отношение сигная/иум на выходе усилителя составляло 16 + 19 дБ я било в основном лраппчэ-но перекрестными помехами от сосэдних спектральннх каналов. При указанном отношении сигнач/яум в хранимой информации но било зарегистрировано ошибок в течении восышчасовн* ' испытаний пря комнатных условиях.

Наибольшим из реализованная п рамках данной работа быстродействиям обладала волоконная память с биимпудьсиш кодированием информации. Представление каздого бита в виде комбинации 01 или 10 позволяет ограничить полосу усилительного тракта снизу, по&церзн-вать постоянной средняя мощность ДЦ и пр:~.?оклть фзаоэуэ азтсаодст-ройку. При длине ВС 1,8 гол, скорости передачи 113 Убит/с объем памяти данного макета ЗУ ЕС составлял ПСбнт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результата диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана методика, позволяющая измерять характеристики полупроводниковых лазорных усилителей, имеющих неодинаковые коэффициенты отражения зеркал резонатора. Измеренные по спектрам люминесценции коэффициенты внутреннего усиления и потерь, коэффициенты отражения зеркал. позволяют оценить эффективность согласовашш усилителя с одномодовыми световодами путем сопоставления теоретических и экспериментальных значений коэффициентов усиления при токах шшзкции, далеких от насыщения.

2. Разработан и исследован полупроводниковый лазерный усилитель с небольшими (»12) и существенно различающимися по величине коэффициентами отракения зеркал резонатора, работаиций на длине волны 1.3 мкм. Показано, что при вводе-р ->де излучения со сторош наиболее просве-'пенного зеркала у исследованных образцов усилителей реализуются значения коэффициентов усиления «27 дБ. При стыковке с одаомодовиы световодом достигнут полный коэффициент усиления в линии 17дБ.

3. Впервые создана оптическая широкополосная линия эадериш аналоговых сигналов на однокодовом световоде с компенсацией пот., в полупх -водашковом лазерном усилителе, работающим как усиливающее: зеркало. При длине одаомодового световода 5,2 км достигнуто время' задержки оптического сигнала I ыс. \

4. Впервые созданы запоминающие устройства на основе волоконныз? световодов с сптоэлектрошшм ретранслятором, имэщие объем памяти « I кбит и скорость записи/считывания массивов информации бoлo¿ 100 Мбит/с, в которых экспериментально реализован режим долговременного хранения информации. | Б. Создана волоконно-оптическая система спектрального уплотнения семи оптических несущих в области длины волны 1,3 мкм со спектральным интервалом мэвду соседними каналами 15 на-, полосой пропускания каждого канала о гол и уровнем перекрестных помех менее -18 др. На основе разработанной системы впервые создана быстродействующая память с запоминанием информации в параллельное

коде, позволяющая хранить I50C точек аналогового с нала с интервале • мезду отсчетам 17 не и разрешением G4 уровня.

Результаты исследования, изложенные в диссертации, опубликованы в следущих работах:

1.Бэловолов М.'Л., Дпснов Е.М., Ксрпов В.И., Кркков А.П., Кузнецов

A.A., Прохоров А.Н., Зепетдинаив^э устройства на - волоконных световодах, труда Всесоязн. копф. ССПИ,.f.!ociœa,1984., с.ИЗ-ИЭ

2.Belovolov H.I., Dianov Е.И., Karpov V.l., Kryukov А.Р., Kuznetsov Л.Л, Prochorov/ A.M., Fibor-optic dynamic memory, first demonstration, - Oonf. ргос. 10-ECOC84, Stuttgart (ï'RG), 1S84, p.104-105.

Я.Веловолоз M.И..Дианов E.M., Головин Н.И., Головина Т.Н., Карпов

B.К., Крюков А.П..Кузнецов A.A., Прохоров A.M., йшаитаэская оперативная память на волоконных световодах, - Квантовая электроника, 1985, т.12. HI, с.214-216.

4.Болоболов Н.И..Карпов В.и., Стабильность оптической памяти на волоконных световодах, - 2я Всосоюзн. научн.-техн. попф. Проблеглы развитая радиооптики, Тбилиси, 1985, тез. докл., ч I, с.82-33.

5.Беловолов М.И., Дианов Е.М., Карпов В.И., Обработка аналоговых сигналов с ггоксцыо запоминающих устройств на еолоксшшх световодах, - 2Л Всесоюзн. научн.-техн. конф. Прсблэмп развития радиооптики, Тбилиси, 1985, тез. докл., ч I, с.157-158.

6.Беловолов М.И..Головин Н.И..Головина Т.Н., Дианов Е.М., Карпов В.И., Кряков А.П..Кузнецов A.A., Прохоров A.M., Элоктрооптическое запоминающее устройство (его варианта), - Авт.свнд. 5UI095S3I, GIIC 13/04, Заявка ÎJ3525028, iipi оитет 20.12.1982г.. Еиллютепь. изобретений, T98S, IÍ4I.

7.Беловолов M.Ii. .Дианов Б.;.!. .Карпов В.И., Ззпогяшаяудне устройства на волоконных световодах, - Труды ИОФАН, Волоконная оптика, IS87, -Ы.Шэуха. т.5г с.114-125.

8.Белоголов М.И.,Гурьянов А.П..Гусо^сккй Д.Д.,Дианов E.H., Дуреэп В.П., Карпов B.IÍ., Кузнецов А.З., ТулаЯкозэ Т.В., Семзкснальяая система спектрального уплотнения для запоминающих устройстр im волоконных световодах, - Э.таьг освязь, 1937, 1Ш, с.54-58.

Э.Беловолов М.И..Карпов В.И., Протопопов В.Н., Многоканальное ЗУ со спектральным уплотнение^ разрядов, - 3я Всесоюзн. конф. Проблемы оптической памяти, Ереван,1987,тез.докл. чЛ.,с.133-134. IO.Belovolov M.I..Dlanov Е.М. ,Karpov V.I., Protopopov V.H., Serkln V.N., Fiber optic dynamic memory for last signal processing and optical computing, - Optical computing 88, Toulon, France, 1988, Proc. SPIE, vol.963, p.90-97.

П.Бэловолов М.И., Дианов E.M., Дуравв В.П., Карпов В.И., Неделин Е.Т, Протопопов В.Н., Рециркуляционная волоконно- оптическая линия задержки с полупроводниковым лазерным усилителем, - Препринт ИОФАН, 1989,N7, - 23с.

I2.Belovolov M.I.,Dianov E.M.,Duraev V.P.,Karpov V.I., Protopopov V.N., Plber-SCLA delay line storage, - Conf. record of 1990 Int. Topical Meeting on Optical Computing, Kobe, Japan, 1990, p.39-40.

Слисок цитированной лиь ратуры: I.Yoshino К., l..*da M., Tandem transmission characteristics of laser diode optical switchers measured by circular pulse method, Appl.Phys.Lett., 1987, vol.51, N17, p1316-1317. 2.Sharpless Т.К., Mercury delay lines as memory unit, - Proo. of Int.symp. on large-scale digital calculating machinery, 1947 The annal of Harvard University,- 1948, vol.14, p.103-109.

3.Zimmerman L.P.,Sehweitzer B.P.,Balcer R.C., High data rate -high bit density acoustic digital memory, - 1972 Ultrasonics Symp. ■ Proc., 1972, p.359-364.

4.Снегов А.Д..Шарафутдинов P.M., Цифровой адаптивный корректор, -Авт. свид. N508945, Биллютень изобретений, 1976, N12.

5.Taylor H.F., Optical fiber devices for signal processing, f Proc. SPIE, vol.209, Optical processing for С3, 1Г\ p.159-165. |

6.Hartog A.H..Conduit A.J.,Paine D.N., Variation of pulse delaywith stress and temperature in jacketed and unjacketed optical fibres, - Optical and Quantum Electronics, 1,979, N11!, p.265-273. i 7.Shlbata N.,Katsuyama Y. ,Nltsunaga Y.et al., Thermal characteristics of optical pulse transit time delay and fiber strain in

a single-mode optical fiber cable, - Appl. Opt., 1983, vol.22, N7, p.579-984.

8.Hakki B.W.,Peo11 T.L., Gain spectra In GaAs double-hsteroBtracture Injection lasers, - J.Appl.Phya.Lett., 1975, vol.46 p.1299-1306.