Введение к работе
Актуальность тепы. Когерентные волоконно-оптические линии
связи (КВОЛС) является на сегодняшний день наиболее перспектив
ными для передачи информации на большие растояния (до 10 тыс.
км.), с высокой скоростью до 10 Гбит/сек. и с возможностью час
тотного уплотнения каналов. По сравнению с широко используемой
в локальных волоконно-оптических линиях связи модуляцией интен
сивности (ММ) в КВОЛС используются частотная и фазовая модуля
ции, что позволяет получить следующие преимущества: I) выигрыш
по чувствительности около 20 дБ, 2) возможность применения по
лупроводниковых оптических усилителей, 3) длина линий связи в
КВОЛС определяется потерями волоконных световодов (ВС), а не
ограничениями из-за материальной дисперсии ВС, 4) частотное
уплотнение каналов. '
Благодаря этим преимуществам, развитие КВОЛС считается актуальным для передачи информации на большие расстояния. Основным элементом в КВОЛС является источник когерентного излучения в качестве которого используются инжекционные лазеры (ИЛ). Основные требования предъявляемые к ИЛ такие: I) они должны быть одночастотными, 2)иметь ширину линии генерации Av = 10-1000 кГц и 3) нестабильность по частоте порядка 1-Ю МГц/мин. Кроме того для КВОЛС следует использовать инжекционные лазеры с рабочей длиной волны \= 1,3 мкм и 1,55 мкм, так как В-этих диапазонах имеются минимумы потерь в одномодовых волоконных световодах *Ю,5 дБ/км и «0,2 дБ/км, соответственно.
Обычно для сужения линии генерации ИЛ Av до 10 кГц используют сильную оптическую обратную связь с диффракционной решет-
4 кой в качестве отражателя, температуру ИЛ и инжекционный ток поддерживают с точностью I0-J и Ю-4, соответственно, а частоту стабилизируют с точностью до 100 кГц. Созданы гетеродинные и гомодинные КВОЛС и проводятся исследования по улучшению их характеристик.
В СССР для диапазона X = 1,3 мкм серийно выпускается инжекционный лазер типа ИЛПН-202 со следующими характеристиками: ширина линии генерации Av« 100 МГц, зависимость частоты от температуры -180 ГГц/ С и от инжекционного тока -I ГГц/мА. С такими характеристиками этот ИЛ не может быть непосредственно использован в когерентных волоконно-оптических линиях связи, то есть без внешних устройств стабилизации частоты лазера и сужения его спектральной линии. Поэтому для данного типа МЛ необходимо провести предварительные исследования: I) по методам стабилизации технических нестабільностей (температуры, тока и частоты), 2) по сужению линии генерации ИЛ Av до 10-1000 кГц в режиме слабой оптической обратной связи. Цель диссертационной работы. Исследование и осуществление методов уменьшения флуктуации температуры, тока и стабилизации частоты инжекционного лазера. Исследование спектра генерации инжекционного лазера, охваченного слабой оптической обратной связью.
Научная новизна работы заключается в следующей:
I. Обнаружена и исследована асимметрия спектра генерации
инжекционного лазера, охваченного слабой оптической обратной
связью. Показано, что асимметрия спектра зависит от величины
коэффициента амплитудно-фазовой связи а, а количество мод про-
порционально величине коэффициента обратной связи X.
-
Обнаружено, что в режиме маломодовой генерации на модах внешнего резонатора (число генерируемых мод 2-5), лазер излучает на всех модах одновременно.
-
Для исследования ширины линии генерации ИЛ предложен и исследован метод самогетеродинирования с волоконно-оптической задержкой и модуляцией частоты лазера меандром с периодом Т = 2т, где і - время задержки.
-
Предложен новый способ частотно-импульсной модуляции излучения МЛ, охваченного оптической обратной связью.
Научная и практическая значимость работы. Результаты, полученные в работе представляют интерес для разработки когерентных волоконно-оптических линий связи и интерферометрических датчиков различных физических величин. Их практическая значимость заключается в следующем:
При слабой оптической обратной связи с неселективным отражателем ширина линии МЛ может быть сужена не более,чем в 60 раз по сравнению с изолированным ИЛ, при этом спектр остаетсяодно-модовым. Рост величины оптической обратной связи приводит к маломодовой генерации на модах внешнего резонатора, причем одновременно на всех модах и к асимметричности спектра. Этот режим может быть использован для измерения ширины линии ИЛ методом самогетеродинирования и для исследования спектра веществ с высоким разрешением.
При работе лазера в режиме слабой оптической связи по асимметричности спектра ИЛ можно определить коэффициент амплитудно-фазовой связи а, а по колличеству мод в спектре коэффициент
обратной связи X.
С целью уменьшения в канале связи отношения сигнал/шум возможно применение предложенного метода частотно-импульсной модуляции излучения лазера, охваченного оптической обратной связью.
Для измерения ширины линии генерации ИЛ Av < 10 МГц возможно применение метода самогетеродинирования с волоконно-оптической задержкой.
Проведена стабилизация инжекционного лазера ШШН-202 по температуре с точностью кЮ,001С, по току с коэффициентом нестабильности «Ю-5 и по частоте «« 200 кГц за 10 минут.
Разработаные методики сужения ширины линии ИЛ и ее измерению, могут быть использованы при создании высококогерентных инжекционных лазеров для когерентных волоконно-оптических линий связи и для интерферометрических датчиков различных физических величин.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Обнаружена и исследована асимметрия спектра генерации ИЛ, охваченного оптической обратной связью. Показано, что асимметрия спектра зависит от величины коэффициента амплитудно-фазовой связи а, а количество мод пропорционально, величине коэффициента обратной связи X.
-
Обнаружено, что в режиме маломодовой генерации на модах внешнего резонатора (число генерируемых мод 2-5), лазер излучает на всех модах одновременно.
-
Для исследования ширины линии генерации ИЛ предложен и исследован метод самогетеродинирования с волоконно-оптической задержкой и модуляцией частоты лазера меандром с периодом Т =
7 2т, где г - время задержки.
4. Предложен новый способ частотно-импульсной модуляции излучения МЛ, охваченного оптической обратной связью.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на III Всесоюзной конференции "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информащт" (Таллинн, 1987), на XII конференции молодых ученых МФТИ (Долгопрудный, 1987), на Республиканской конференции "Волоконно-оптические системы передачи" (Донецк, 1987), на Всесоюзной конференции "Волоконно-оптические преобразователи в приборостроении" (Севастополь, 1989), на Всесоюзной конференции "Быстродействующие и лазерные волоконно-оптические системы передачи информации" (Севастополь, 1990), на XXIII Генеральной Ассамблее УРСИ (Прага, 1990), а также на научных семинарах ИРЭ АН СССР.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Она содержит 80 страниц машинописного текста, 40 рисунков и список литературы из 60 наименований.
