Способ распределенного усиления мощности оптических сигналов для систем сравнения и синхронизации шкал времени и оптоволоконных рефлектометров

Известны способ и устройство сравнения и синхронизации шкал времени между наземными пунктами с помощью системы одно- и двухсторонних сравнений шкал времени (С.С.Донченко, О.В. Колмогоров, Д.В. Прохоров. Система одно- и двухсторонних сравнений шкал времени. Измерительная техника, №1, 2015, Патент РФ №2547662 Способ сличения шкал времени и устройство для его осуществления).

Устройство содержит на одном из пунктов импульсный генератор, передающий модуль, блок разветвителей-объединителей, фотоприемный модуль, таймер событий, компьютер, промежуточный генератор; на втором пункте полупрозрачное зеркало, фотоприемный модуль, таймер событий, компьютер, волоконно-оптическую линию, соединяющую первый и второй пункты.

К достоинствам данного устройства относится то, что с помощью блока разветвителей-объединителей производится привязка оптических, а не электрических импульсов к соответствующей шкале времени, что исключает влияние случайной погрешности, вызванной нестабильностью задержки при электронно-оптическом преобразовании. Недостатком данного устройства является то, что на фотоприемник поступает оптический импульс, прошедший двойной путь по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) и частично отразившийся от ретрорефлектора на втором объекте, что существенно снижает мощность импульса и ограничивает протяженность ВОЛС.

Также известен оптический рефлектометр (Д.В. Прохоров, О.В. Колмогоров, С.С. Донченко, С.Г. Буев. Патент РФ №2655046 Оптический рефлектометр).

Рефлектометр содержит импульсный генератор, к которому подключен передающий лазерный модуль, оптоволоконный разветвитель, один из выходов которого соединен с одним из входов/выходов оптоволоконного циркулятора, второй выход соединен с одним из входов оптоволоконного объединителя. Выход объединителя соединен с фотоприемным устройством, выход которого соединен с измерителем временных интервалов, информационный выход которого соединен с персональным компьютером. Второй вход объединителя через оптическую линию задержки соединен с выходом циркулятора, второй вход-выход которого заканчивается разъемом для подключения ВОЛС.

Особенностью и преимуществом указанного устройства является то, что использование оптической линии задержки устраняет мертвую зону рефлектометра, использование объединителя перед фотоприемным устройством позволяет фиксировать время излучения зондирующего импульса и приема обратного в одном фотоприемном тракте и одним измерителем временных интервалов, что повышает точность локализации неоднородностей в ВОЛС.

Недостатком данного устройства является то, что на фотоприемник поступает оптический импульс, прошедший двойной путь по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) и частично отразившийся от конца линии, что существенно снижает мощность импульса и ограничивает протяженность ВОЛС.

Также известен способ усиления оптических сигналов с помощью усилителя Рамана или ВКР-усилителя (Леонов А.В., Наний О.Е., Трещиков В.Н. Усилители на основе вынужденного комбинационного рассеяния в оптических системах связи. Прикладная фотоника, 2014, №1. - С. 26-49).

Особенностью и преимуществом указанного способа является то, что усиление сигнала за счет энергии волны накачки происходит по всей длине волокна, которое вместе с источником накачки представляет собой распределенный ВКР-усилитель. Слабое поглощение оптического излучения на длине волны накачки обеспечивает проникновение накачки на большую дальность, т.е. усиление оказывается распределенным вдоль волокна. В этом случае удается достичь более равномерного распределения мощности оптического импульса вдоль направления распространения, при этом энергия сигнала не опускается до уровня шумовых компонент и, в то же время, не достигает уровня, при котором становятся существенными нелинейные искажения сигналов вследствие самовоздействия.

Недостатком данного способа является то, что в волоконно-оптических линиях связи применяется встречная схема, т.е. блок лазеров накачки устанавливается в конце ВОЛС, что в ряде случаев неприменимо в системах сравнения и синхронизации шкал времени и оптических рефлектометрах.

Особенностью и преимуществом заявленного способа является то, что с помощью модифицированного блока разветвителей-объединителей (БРО-У), включающего ВКР-усилитель, излучение накачки поступает в ВОЛС, при этом происходит усиление как импульсов поступающих в ВОЛС, так и распространяющихся в обратном направлении. Использование коротких одиночных импульсов обеспечивает отсутствие вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна (ВРМБ).

Достигаемым техническим результатом при использовании заявленного способа является увеличение дистанции работы систем сравнения и синхронизации шкал времени или оптических рефлектометров при том, что погрешности определения моментов времени излучения оптических импульсов в исследуемую, в случае рефлектометрии, или соединяющую удаленные объекты в случае синхронизации шкал времени, волоконно-оптическую линию связи, и погрешности определения моментов времени приема отраженных импульсов остаются неизменными.

Данный технический результат достигается за счет того, что ВКР-усилитель входит в состав модифицированного БРО-У, при этом излучение накачки поступает через циркулятор в ВОЛС и усиливает оптические импульсы, распространяющиеся как в прямом, так и в обратном направлении.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 - показана схема модифицированного блока разветвителей-объединителей БРО-У, который содержит разветвитель 1, на который поступают оптические импульсы ОИ1 с оптического генератора, выходы которого соединены с объединителем 2 и объединителем 3. Второй вход объединителя 3 соединен с блоком лазеров накачки ВКР-усилителя 4, а выход - с циркулятором 5. Вход-выход циркулятора 5 соединен с ВОЛС 6, а выход с объединителем 2, с выхода которого оптические импульсы ОИ2 и ОИ3 поступают на фотоприемное устройство.

Способ распределенного усиления мощности оптических сигналов реализуется следующим образом.

Оптический импульс ОИ1 проходит через разветвитель 1, часть мощности ОИ1 через объединитель 2 в виде импульса ОИ2 поступает на фотоприемник для фиксации времени излучения ОИ1. Основная часть мощности ОИ1 через объединитель 3 и циркулятор 5 поступает в ВОЛС 6. Через объединитель 3 в циркулятор 5 и ВОЛС 6 поступает излучение из блока лазеров накачки ВКР-усилителя 4. Часть мощности прямого импульса отражается от конца ВОЛС или ретрорефлектора, установленного на конце ВОЛС, и движется в обратном направлении. Во время прохождения прямого и обратного импульсов по ВОЛС происходит их усиление благодаря эффекту Рамана. Отраженный импульс ОИ3 поступает из ВОЛС 6 через циркулятор 5 и объединитель 2 на фотоприемник для фиксации времени его прихода.