Способ повышения эффективности передачи лазерной импульсной информации

Способ повышения эффективности передачи лазерной импульсной информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области оптико-электронных систем и может быть использовано в лазерных (оптических) системах связи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) (см., например, Справочник по лазерной технике. /Под редакцией Байбородина Ю.В., Криксунова Л.З., Литвиненко О.И. - Киев: Технiка, 1978, стр.254) является способ повышения эффективности передачи лазерной информации, основанный на разделении оптического излучения лазерного передающего устройства по нескольким направлениям, перенацеливании разделенных лазерных лучей в направлении приемника. Недостатками способа являются возможность потери части передаваемой информации при рассогласовании ориентации осей лазерных лучей в направлении приемника, особенно при движении, разделение оптического излучения как минимум на два луча, что приводит к ослаблению мощности сигнала, и необходимость жесткой синхронизации передаваемой информации по разделенным каналам.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является возможность временного контроля передачи импульсов лазерного передатчика и повышение точности передаваемой информации по лазерному каналу связи.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ повышения эффективности передачи лазерной импульсной информации заключается в разделении оптического излучения лазерного передающего устройства по нескольким направлениям, перенацеливании разделенных лазерных лучей в направлении приемника, осуществлении нацеливания диаграмм направленности оптических антенн лазерных приемного и передающего устройства во взаимном направлении, приеме теплового импульсного излучение активного элемента лазера передающего устройства, определении разницы между временными положениями теплового и основного импульсов передающего устройства, осуществлении временной задержки временного положения теплового импульса на время разницы между временными положениями теплового и основного импульсов, сравнении временного положения основного импульса с временным положением задержанного теплового импульса и в случае несовпадения временных положений теплового и основного импульса коррекции взаимной ориентации диаграмм направленности оптических антенн лазерных приемного и передающего устройств и регистрации факта отсутствия основного импульса.

Сущность изобретения заключается в возможности параллельно с работой основного лазерного приемного устройства осуществлять прием теплового излучения активной среды лазера, имеющего больший угол расходимости по сравнению с углом расходимости основного излучения импульсного передающего лазерного устройства соответственно более критичного к взаимному ориентированию лазерных лучей (см., например, Гальярди P.M., Карп Ш. Оптическая связь. - М.: Связь, 1978, стр.18, 19, 369-374). В результате анализа теплового излучения активной среды лазера передающего устройства происходит определение временного состояние генерации основного импульса лазера передающего устройства.

Эта возможность объясняется особенностей лазерных средств, обусловленных физическими процессами генерации когерентного оптического излучения, наличием теплового излучения выходного торца активного элемента.

При генерации лазерного излучения происходят температурные изменения активного элемента, и собственное тепловое излучение нагретого активного элемента в ПК-области будет обладать отличительными особенностями, непосредственно связанными с физическими процессами генерации лазерного излучения (см., например, Справочник по лазерной технике. /Под редакцией Байбородина Ю.В., Криксунова Л.З., Литвиненко О.Н. - Киев: Технiка, 1978, стр.73).

Динамика температурных изменений непосредственно связана с особенностями устройства и функционирования конкретного лазера в определенных режимах работы его систем.

Наиболее распространенным является вариант режима работы лазера с непрерывным охлаждением и импульсными накачкой и генерацией. Динамика квазистационарного режима изменений температуры активного элемента при генерации лазерного излучения может быть представлена в виде графика на фиг.1 (см., например, Справочник по лазерной технике. /Под редакцией Байбородина Ю.В., Криксунова Л.З., Литвиненко О.Н. - Киев: Технiка, 1978, стр.74).

При многократном повторении накачки с последующим охлаждением характер температурных изменений активного элемента лазера приобретает квазистационарный режим, который на практике наиболее часто используется. За время действия импульса накачки t_н=t₂-t₁, где t₂, t₁ - начало и конец оптической накачки активного элемента, температура активного элемента лазера повышается со значения T₁ и достигает к моменту времени t₂ значения Т₂. В последующем при охлаждении между импульсами накачки за время t_охл к некоторому моменту времени t₃, отсчитываемому от заднего фронта импульса накачки, температура понижается до величины Т₁. Через промежуток времени t_н+t_охл цикл температурных изменений повторяется. Время нарастания температуры активного элемента зависит от длительности импульсов накачки. При постоянстве длительности импульсов накачки в квазистационарном режиме время повышения температуры активного элемента будет оставаться постоянным от импульса к импульсу. Соответственно, время, отсчитываемое от момента начала повышения температуры активного элемента до момента излучения основного импульса лазера, остается также постоянным.

Таким образом, процесс формирования теплового излучения на выходе лазерного средства будет определяться температурными изменениями активного элемента при генерации лазерного излучения.

Получаемая приемником теплового излучения характеристика изменения мощности теплового излучения активного элемента лазера передающего устройства, будет соответствовать его температурным изменениям, динамика которых характеризует состояние лазера при генерации импульсов. При этом угол расходимости теплового излучения активного элемента лазера имеет большую величину по сравнению и углом расходимости основного информационного излучения лазерного передающего устройства. Поэтому применение дополнительного приемника теплового излучения в составе лазерного приемного устройства менее критичного к взаимной ориентации диаграмм направленности приемного и передающего устройств дает возможность заблаговременно регистрировать факт генерации основного импульса и возможные ошибки при его пропуске.

Для определения возможных ошибок передачи информации, связанных с ошибками взаимного ориентирования диаграмм приемопередатчиков, предварительно осуществляют нацеливание диаграмм направленности оптических антенн лазерных приемного и передающего устройств во взаимном направлении. Применяют дополнительный тепловой приемник, входящий в состав приемного устройства. Принимают тепловые импульсы активного элемента лазера и основные информационные импульсы передающего устройства. Определяют разницу между временными положениями теплового и основного импульсов передающего устройства. Производят сравнение временного положения основного информационного импульса с временным положением теплового импульса, задержанного на время разницы между основным и тепловым импульсами прихода. По результату сравнения определяют пропуск или наличие основного импульса. В случае пропуска основного импульса передающего устройства корректируют взаимное ориентирование диаграмм направленности приемного и передающего устройств, а факт ошибки регистрируют для восстановления информационного сигнала.

На фиг.2 представлена блок-схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ.

Блок-схема устройства содержит приемное устройство основного излучения 1, приемник теплового излучения 2, счетчик времени 3, линию задержки 4, блок сравнения 5, блок обработки информации 6, блок нацеливания 7.

Тепловое импульсное излучение активного элемента лазера передающего устройства принимается приемником теплового изучения 2. Сигнальный импульс с приемника теплового излучения включает счетчик времени 3. Основное излучение передающего устройства принимается приемным устройством основного излучения 1. Сигнальный импульс приемного устройства основного излучения заканчивает отсчет времени счетчика времени 3. Время задержки между основным и тепловыми импульсами, определенное счетчиком времени 3, поступает в линию задержки 4. Сигналы следующих тепловых импульсов задерживаются линией задержки 4 на время задержки приема между тепловым и основным импульсами и поступают в блок сравнения 5. Блок сравнения 5 определяет наличие или отсутствие сигнальных импульсов основного излучения относительно задержанных сигнальных импульсов теплового излучения. В случае отсутствия сигнального импульса основного излучения в блоке сравнения вырабатывается сигнал ошибки, который поступает в блоки обработки информации 6 и нацеливания 7. Блок обработки 6 информации использует факт пропуска импульса основного информационного излучения для восстановления информации, а блок нацеливания 7 производит коррекцию взаимной ориентации диаграмм направленности антенн приемного и передающего устройств.

Таким образом, у заявляемого способа появляются свойства, заключающиеся в возможности определения времени приема основных информационных импульсов лазерного передающего устройства с целью регистрации факта наличия или отсутствия информационных импульсов и оперативному устранению сбоя лазерного канала передачи информации с сохранением полной мощности передающего лазерного устройства.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ повышения эффективности передачи лазерной импульсной информации, осуществляющий нацеливание диаграмм направленности оптических антенн лазерных приемного и передающего устройств во взаимном направлении, принимающий тепловое импульсное излучение активного элемента лазера передающего устройства, определяющий разницу между временными положениями теплового и основного импульсов передающего устройства, осуществляющий временную задержку временного положения теплового импульса на время разницы между временными положениями теплового и основного импульсов, сравнивающий временное положение основного импульса с временным положением задержанного теплового импульса и в случае несовпадения временных положений теплового и основного импульсов корректирующий взаимную ориентацию диаграмм направленности оптических антенн лазерных приемного и передающего устройств, и регистрирующий факт отсутствия основного импульса.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые оптические и радиотехнические узлы и устройства.

Способ передачи лазерной импульсной информации, заключающийся в том, что осуществляют нацеливание диаграмм направленности оптических антенн лазерных приемного и передающего устройства во взаимном направлении, принимают тепловое импульсное излучение активного элемента лазера передающего устройства, принимают основное импульсное излучение активного элемента лазера передающего устройства, определяют разницу между временными положениями теплового и основного импульсов передающего устройства, осуществляют временную задержку полученного теплового импульса на время разницы между временными положениями теплового и основного импульсов, сравнивают длительность полученного основного импульса с длительностью задержанного теплового импульса и в случае их несовпадения корректируют взаимную ориентацию диаграмм направленности оптических антенн лазерных приемного и передающего устройств и регистрируют факт отсутствия основного импульса.