NO824014L - Optisk fiberresirkulasjonslager. - Google Patents

Description

Ved et resirkulasjonslager blir data injisert i en lukket sløyfe ved en høy hastighet og resirkulerer rundt sløyfen i en kontinuerlig ensrettet bevegelse. Hele gruppen med data lagret i sløyfen kan bli gjentagende lest fra sløyfen ved en periode lik tiden det tar for dataen å fullføre en syklus rundt sløyfen. På denne måten kan en gruppe med data bli lagret i resirkulasjonslageret og dataen kan bli lest ut fra lageret ved en langsommere hastighet siden dataen vil fortsette å sirkulere i sløyfen i en forlenget tidsperiode som således tillater at forskjellige deler av dataen kan bli samplet etter hver sirkulasjon.

Slike systemer er ganske nyttige ved anvendelser hvor data blir generert ved en hastighet hurtigere enn den kan bli godtatt av en dataprosessor. Ved installering av et resir-kulas jonslager mellom datakilden og dataprosessoren kan data bli tilført dataprosessoren ved hastighet nødvendig for dataprosessoren å analysere data uten å tape noe av den.

En annen bruk av resirkulasjonslageranordninger er den midlertidige lagringen og gjenvinningen av bredbådede mikro-bølgesignaler ved elektroniske tellemålere (ECM) benyttet for å forstyrre radarsignaler eller for å projeksere falske radarbilder.

Mange av disse systemene anvender koaksialkabler eller akustiske bølgeledere i stedet for bruk av en sløyfe for lag-ring av signaler modulert på mikrobølgebærerne. Slike anordninger er hovedsakelig forsinkelseslinjer hvor tidsfor-sinkelsen blir frembrakt på grunn av tiden et signal tar for å utbrede seg gjennom forsinkelseslinjene fra inngangsenden til utgangsenden. I tillegg til direkte utføring av et gitt inngangssignal vil en del av det signalet bli reflektert og vil utbrede seg fra utgangsenden tilbake til inngangsenden hvor det ble reflektert tilbake til utgangsenden igjen, som medfører et andre utgangssignal identisk med det første utgangssignalet selv om med mindre amplitude. Datapulsen vil fortsette å bli reflektert og ført ut fra forsinkelses linjene i en tidsperiode som medfører et antall identiske pulser med lik avstand fra hverandre med avtagende amplitude .

Koaksialkabelforsinkelseslinjen er den mest vanlige typen forsinkelseslinje og mikrobølgesignaler kan bli lagret i koaksialkabler i en tidsperiode. Koaksialkabel kan bli anvendt med retningskoblere som kobler et andre system med en bølgeutbredelse i en bestemt retning ved primæroverfø-ringssystemet. Når benyttet som et resirkulasjonslager har imidlertid koaksialforsinkelseslinjene flere ulemper.

De første ulempene er den begrensede båndbredden til koak- . sialkabelen som gjør koaksialkabelen ubrukbar ved høye frekvenser og med korte pulser.

Ved frekvenser over 100 MHz blir koaksialkabelen utsatt for svære tap og høye frekvenser vil således ikke bli overført nøyaktig. Dersom pulsene som blir sendt er av ekstremt kort varighet, f.eks. ett nanosekund, vil den dessuten bli degradert og spredd utover i stedet for å forbli skarp.

Dette begrenser antall pulser som kan bli overført tett sammen og følgelig informasjonsbærerevnen til koaksialkabelen.

En andre ulempe ved koaksialkabel er at den er følsom for elektromagnetisk interferens, spesielt når frekvensene som blir sendt er relativt høye. For å ha en koaksialkabel-forsinkelseslinje med en tilstrekkelig lang forsinkelsestid er det dessuten nødvendig med betraktelige lengder på koaksialkabelen. Slike forsinkelseslinjer er heller uformelige og også svært dyre.

En andre teknikk anvendt for å frembringe forsinkelseslinjer og resirkulasjonslager er ved bruk av akustiske forsinkelseslinjer. Der er to typer akustiske forsinkelseslinjer: massiv-bølgeanordninger og overflatebølgeanordninger. Massiv-bølgeanordninger benytter prinsippet med kompresjon og for- tynning av det massive materialet og har inngangs- og ut-gangs transduktorer ved endene av det massive materialet. Masse-bølgeanordninger krever imidlertid store forspenninger og har derfor store varmespredningsproblemer slik at kun pulset drift av masse-bølgeanordninger er mulig.

Overflate-bølgeanordninger opererer med akustiske overflate-bølger og benytter ladede bærere i en tynn silisiumfilm anbrakt tilliggende et isolerende piezoelektrisk krystall. Akustiske overflatebølgelager som drives ved UHF-frekvenser har blitt utviklet. Hovedulempen ved slike akustiske bølge-lagere er at deres operasjonsfrekvensgrense er tilnærmet 1 GHz mens det erønskelig å ha et resirkulasjonslager som kan drives ved høyere frekvenser.

Forsøk på å utvikle et optisk fiberresirkulasjonslager har vært uten hell, delvis på grunn av mangelen av en optisk retningskopler. Et forsøk på å tilveiebringe et slikt system er beskrevet i US-patent nr. 4.136.929. Formålet med denne oppfinnelsen var å tilveiebringe et pulstog med identiske pulser som en utgang med en enkel puls som inngangen til systemet. Den mest interessante utførelsesformen av denne oppfinnelsen er vist på fig. IA som har en fiber som går gjennom en koplingsanordning med endene av denne fiberen som inngang og utgang og en fibersløyfe som også går gjennom kopleanordningen og som er optisk koplet med inngangs-utgangsfiberen.

Dette prinsippet er upraktisk ved at det ikke er mulig å fremstille en enkel kontinuerlig fibersløyfe som må bli benyttet som resirkulasjonsforsinkelseslinje. Den eneste måten oppfinnelsen ifølge det nevnte patentet kan bli utført på er å skjøte en glassfiberlengde for å frembringe sløyfen. Alltid når en skjøting er nødvendig er der betydelige tap i lyset som blir overført gjennom fiberen på grunn av skjøten. Enhver anordning som anvender en skjøtet fiber er og må derfor være en ineffektiv anordning.

Et andre problem med nevnte US-patent er at det ikke benytter flyktig feltkopling ved den benyttede koplingsanordningen. Den benyttede koplingsanordningen krever at glass-fiberen skal være kuttet og polert inntil fiberkjernene er frilagt for å tilveiebringe en optisk kopling mellom fibrene. Dette medfører muligheten for at fiberkjernen kan bli ødelagt ved prosessen, som ytterligere reduserer virkningen ved anordningen i US-patentet. Siden de flyktige feltene ikke er koplet kan dessuten koplingstapet,

som er forskjellen mellom mengden av lys som går inn i kopleren og mengden av lys som kommer ut av kopleren være betydelig.

Anordningen i det nevnte US-patentet anvender flermodusfibre i steden for enkelmodusfibre. Flermodusfibrene har en mye større kjernediameter enn enkelmodusfibrene. Siden 'fler-modusf ibrene har større kjerne er brytningsvinkelen større og flermodusfibrene er heller følsomme mot modusspredning, som vil begrense båndbredden til 500 MHz til 1 GHz. Selv når det benyttes en gradert indeksflermodusfiber hvor spredningen er minimalisert ved gradering av brytningsindeksen er maksimalbåndbredden for signalene som skal bli sendt kun lett over 1 GHz. Den nøyaktige båndbredden vil naturligvis avhenge av lysets frekvens siden lyset til en gitt bølge-lengde kan ha minimal spredning på grunn av de optiske fibres egenskaper.

Enkelmodusfiberen har ikke modusspredningsproblemer siden diameteren til enkelmodusfiberkjernen er relativt liten. Mens enhver optisk fiber vil ha noe materialspredning er virkningen av materialspredningen flere størrelsesordner mindre enn de til modusspredningen.

Anordningen ifølge nevnte US-patent har derfor ulemper med en begrenset båndbredde og har relativt høye tap som vanske-liggjør overføring av en pulstyngde av enhver lengde. Av denne grunn er anordningen i nevnte US-patent ikke brukbar som en resirkulasjonslageranordning med datainnføringer av høy frekvens.

Oppfinnelsen angår et resirkulasjonslager som benytter dob-beltkoplere med enkelmodusoptiske fibre i en skjøtfri sammen-stilling. Forsinkelseslinjen er sammensatt av en spole av optiske fibre med to ender av spolen forbundet ved hjelp av dobbelretningsoptiske fiberkoplere med en andre lengde av enkelmodusfibre som har to ender, idet ene enden er system-inngangen og den andre enden er systemutgangen.

Koplerne ble fremstilt slik at systeminngangsenden til den andre lengden med optiske fibre entrer og går ut av den første kopleren og så går inn i og ut av den andre kopleren. Enden av den andre lengden med optiske fibre som går ut av den andre kopleren er systemets utgangsende for fiberen. Inngangsenden til fibersløyfen entrer den andre kopleren gjennom samme side av den andre kopleren som systemutgangs-enden til den andre fiberen går ut fra og avsluttes ved den motsatte siden av den andre kopleren. Utgangsenden til fibersløyfen går inn i den første kopleren gjennom samme siden av inngangsenden til den andre fiberen og avsluttes ved den motsatte siden av den første kopleren. Når et lys-signal av høy frekvens blir tilført anordningen vil den derfor entre sløyfen fra inngangsenden til den andre lengden av optiske fibre gjennom den andre kopleren og vil bli resirkulert i sløyfen for å tilveiebringe periodiske utgangssignaler. Utgangssignalene til anordningen vil være serie-messig gjentagelse av inngangssignalet med redusert amplitude .

Denne anordningen har flere fordeler overfor andre anordninger beskrevet ovenfor. Den viktigste fordelen og en som er foretrukket fremfor koaksialkabelanordninger, akustiske anordninger og anordninger ifølge det nevnte patentet er at oppfinnelsen vil virke ved svært høye frekvenser. Siden

14

de optiske frekvensene kan være i størrelsesorden av 10 Hz

kan frekvenser flere størrelsesordner større enn en GHz bli modulert på de benyttede optiske bærefrekvensene. På denne måten kan utallige hurtige pulser som forekommer i en kort tidsperiode bli lagret i resirkulasjonslageret og tilført dataprosessoren ved en langsommere hastighet.

Foreliggende oppfinnelse har flere andre fordeler overfor koaksiale kabelanordninger. Der er forholdsvis minimale tap ved foreliggende oppfinnelse selv ved høye systemfrekven-ser og pulser med svært kort varighet vil ikke bli betydelig degradert siden systemet anvender enkelmodusoptiske fibre. Andre fordeler er at fiberoptikken ikke er følsom for elektromagnetisk interferens. En enkelmodusfiberoptisk linje som gir samme forsinkelsestid som en massiv koaksialkabel er heller kompakt siden enkelmodusoptiske fibre har en mye mindre diameter enn koaksialkabelen.

Foreliggende oppfinnelse har fordelen av å kunne drives ved mye høyere frekvenser enn anordninger som anvender akustisk bølgeforsinkelsesteknikk. Fiberoptiske anordninger drives dessuten ved heller lave energinivåer og eliminerer således varmespredningsproblemer til massiv-bølgeanordninger.

Fordelene med foreliggende oppfinnelse i forhold til anordningen i nevnte US-patent er at foreliggende anordning er skjøtefri, anvender enkelmodusfibre og anvender flyktig feltkopling. Siden anordningen som utgjør en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er skjøtefri og derfor har lavere tap vil seriepulsene ha en høyere amplitude og vil avta med en langsommere hastighet enn pulser tilveiebrakt ved anordningen ifølge det nevnte patentet. Dette tillater mer sirkulasjon av lyset i sløyfen og således et lengre lager. Siden enkelmodusfibre er anvendt tillater foreliggende oppfinnelse pulser av kortere varighet og høyere repetisjons-hastigheter for overføring. Siden flyktig feltkopling er anvendt tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en mer effektiv, stabil og styrbar kopling av optiske fibre og således en større grad av styring over karakteristikkene til signalutgangene fra anordningen.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et tverrsnittriss av den fiberoptiske kopleren anvendt ved foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 og 3 viser tverrsnitt av kopleren på fig. 1 langs

linjen 2-2 og 3-3 henholdsvis.

Fig. 4 viser et perspektivriss av et element av kopleren på fig. 1 adskilt fra dets andre element for å vise sammenstillingen av mot hverandre vendte flater til elementet. Fig. 5 viser en resirkulasjonslageranordning innleiret i

den optiske kopleren på fig. 1.

Fig. 6 viser amplituden i forhold til tiden opptegnet for anordningen på fig. 5 innbefattende et enkelt inngangssignal og startsignalene til den resulterende serien med utgangssignaler for anordningen. Fig. 7 viser en enkel optisk forsinkelseslinje med uttak som kan bli anvendt som et transversalt filter. Fig. 8 viser resirkulasjonslageranordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, som også anvender den optiske kopleren på fig. 1. Fig. 9 viser amplituden i forhold til tiden opptegnet for anordningen på fig. 8 innbefattende det samme inngangssignalet som på fig. 6 og de resulterende rekkene med utgangssignaler fra anordningen på fig. 8.

Fig. 10 viser en tabell over de optimale koplingskoeffesientene og maksimale antall anvendbare utganger for variable sløyfetap for anordningene på fig. 5 og 8.

Til å begynne med skal det henvises til fig. 1 til 4 hvor

det er vist en fiberoptisk retningskopler som kan bli anvendt for å danne et resirkulasjonssløyfelager. I det følgende skal ved hjelp av fig. 1 til 4 beskrives de vesentlige kjenne-tegnene ved den fiberoptiske kopleren.

Kopleren 10 innbefatter to strenger 12a og 12b til en enkelmodusfiber av optisk materiale anordnet i langsgående bueformede spor henholdsvis 13a og 13b dannet i optiske flate mothverandre vendte flater henholdsvis 14a og 14b til rektan-gulære basiser eller substrater henholdsvis 16a og 16b.

Hver av strengene 12a og 12b innbefatter en kommersielt tilgjengelig fiber av kvartsglass som er kopet for å ha en sentral kjerne lia, 11b og en ytre optisk kappe henholdsvis 15a, 15b. Det har blitt funnet at foreliggende oppfinnelse arbeider effektivt med enkelmodusfibre, som i alminnelighet har en kjernediameter i størrelsesorden av 10 mikron eller mindre og en optisk kappediameter i størrelsesorden av 125 mikron.

De bueformede sporene 13a og 13b har en radius som er svært stor sammenlignet med diameterne til strengene 12. De fiberoptiske strengene 12a og 12b, når montert i sporene 13a og 13b henholdsvis, konvergerer således gradvis mot midten og divergerer mot kantene av substratene 16a og 16b. Ved midten av substratene 16 er på sporene 13, som strengene er montert i, mindre enn diameteren på strengene 12 mens kantene til blokkene 16, dybden til sporene 13 fortrinnsvis er i det minste så stor.som diameteren til strengene 12. Fiberoptisk materiale blir fjernet for hver av strengene 12a og 12b for å danne respektive ovalformede,plane overflater 18a 18b som er co-planare med mot hverandre vendte flater 17a, 17b henholdsvis til substratene henholdsvis 16a og 16b. Ved den viste utførelsesformen er koplerhalvdelene 10a og 10b identiske og er satt sammen ved å anbringe mot hverandre vendte flater 14a og 14b til substratene 16a og 16b sammen slik at overflatene 18a og 18b til strengene 12a og 12b er i mot hverandre vendte forhold. En indekstilpasningssubstans (ikke vist), slik som indekstilpasningsolje, er anbrakt mellom de mot hverandre vendte flatene 14. Denne substansen har brytningsindeks tilnærmet lik brytningsindeksen til den optiske kappen 15 og har også til formål å forhindre at de optiske flate overflatene 14 blir permanent låst sammen.

Et samvirkningsområde 32 er dannet ved forbindelsen mellom strengene 12. Ved dette området 32 blir lyst overført mellom strengene 12a, 12b ved flyktig feltkopling. Når mellomrommet mellom kjernene lia, 11b til strengene 12a, 12b er innenfor en kritisk sone mottar hver streng 12a, 12b en betydelig del av den flyktige feltenergien fra de andre strengene 12a, 12b og optimal kopling blir tilveiebrakt uten betydelig ener-gitap. For en enkelmodusfiber som har en trinnindeksgradient kan den kritiske sonen være heller smal. Ved en enkelmodusfiber av typen vist på fig. 1 til 4 er f.eks. det nødvendige senter-til-sentermellomrommet til strengene 12 ved koplerens senter i alminnelighet mindre enn et par (f.eks. 2-3) kjerne-diametere.

Strengene 12a og 12b er symmetriske gjennom samvirkningsområdet 32 i planet til de mot hverandre vendte platene slik at de mot hverandre vendte flatene 18a og 18b forløper sammen dersom de er overlagret.

Kopleren 10 innbefatter fire porter merket A, B, C og D på fig. 1. Dersom det er antatt at inngangslyset til en egnet bølgelengde (f.eks. 1,15 mikron) blir tilført porten A passerer dette lyset gjennom kopleren og blir ført ut ved porten B og/eller porten D.avhengig av mengden av energi som blir koplet mellom strengene 12. I dette henseende blir uttrykket "normalisert koplet energi" definert som energiforholdet mellom koplet energi og den totale utgangs-energien. I eksemplet ovenfor ville den normaliserte koplede energien være lik forholdet mellom energien ved porten D og summen av energien ført ut ved portene B og D. Dette forholdet er også henvist til som "koplingsvirkningsgrad"

og når så benyttet i alminnelighet uttrykt i prosent. Når uttrykket "normalisert koplet energi" blir benyttet her skal det derunder forståes at tilsvarende "koplingsvirkningsgrad" er lik den normaliserte koplede energien ganger hundre.

Kopleren 10 drives på flyktig feltkoplingsprinsipp hvor le-dede moduser for strengene 12 samvirker gjennom deres flyktige felt for å bevirke at lys blir overført mellom strengene 12. Som tidligere nevnt foregår denne overføringen av lys ved samvirkningsområdet 32. Mengden av lys overført er avhengig av nærheten og orienteringen av kjernene så vel som den effektive lengden av samvirkningsområdet 32. Dersom lengden på samvirkningsområdet 32 og adskillelsen av strengene 12 innenfor dette området 32 er riktig valgt vil lys i kopleren kun utføre en overgang mellom strengene 12 når det utbreder seg gjennom samvirkningsområdet 32. Dersom kopleren er riktig konstruert er det mulig under slike forhold å kople 100% av lyset ført inn ved porten A til porten B. Dersom lengden av samvirkningsområdet 32 blir ytterligere øket eller adskillelsen mellom strengene 12 ytterligere redusert oppstår et fenomen som her blir kalt "overkopling" hvor lyset vil overføres tilbake til strengen fra hvilken det kom. Flere størrelsesordner av "overkopling" er mulig. Når samvirk-ningslengden fremdeles blir ytterligere øket eller adskillelsen ytterligere redusert vil lyset således utføre flere overganger mellom strengene. Lyset kan utføre flere overganger frem og tilbake mellom to strenger 12 og det utbreder seg gjennom området 32, idet antall slike overganger er avhengig av lengden på samvirkningsområdet 32 og mellomrommet mellom strengene 12 i dette området.

Fig. 5 og 6 viser den fiberoptiske kopleren 10 i en skjøte-fri fiberoptisk resirkulasjonslageranordning.

En enkel kontinuerlig lengde av optisk fiber 12 er anvendt. Inngangsenden 142 til fiberen 12 går inn i den optiske kopleren 12 gjennom porten C og ut av kopleren 10 fra porten D. Etter fiberen 12 går ut av kopleren 10 fra porten D blir en fiberlengde 12 på f.eks. 200 m utformet til en sløy-fe 140. Fiberen 12 går så ut av sløyfen 140 og går inn i kopleren 10 gjennom porten A og ut fra porten B. Enden av fiberen 12 som går ut av kopleren 10 gjennom porten B er utgangsenden 144 til fiberen 12.

Et inngangssignal 160 med modulerte lyspulser vist på fig

6 blir tilført ved inngangsenden 142 til den optiske fiberen 12 ved tidspunktet fra en laserlyskilde 150 og en modulator 152. Dette lyset vil gå inn i en optisk kopler 10 gjennom porten C. Det antas at en typisk koplingsvirkningsgrad på 95%, og 95% av lyset vil bli koplet til porten B. Lyset som går ut fra kopleren fra porten B forlater den optiske fiberen 12 gjennom fiberutløpet 144 ved tidspunktet T

som er et øyeblikk etter T, og dette er det første utgangssignalet 161 til en rekke med utgangssignaler tilført en dekoder/dataprosessor 154. Det er viktig å bemerke at det første utgangssignalet 161 er ved et nivå tilnærmet 95% av nivået til inngangssignalet 160, slik at alle påfølgende utgangssignaler må bli generert ved hjelp av 5% av inngangssignalet 160 rettet inn i resirkulasjonssløyfen. Alle utgangssignalene etter det første vil være relativt lite og denne store forskjellen i størrelse får utgangspulsene til-ført av systemet kan føre til et problem i konstruksjonen av en egnet dekoder/dataprosessor 154 som vil bli beskrevet senere.

De øvrige 5% av det opprinnelige inngangssignalet 160 som ikke er koplet går ut av kopleren 10 gjennom porten D og fortsetter gjennom den optiske fiberen 12 inn i sløyfen 140 som virker som en forsinkelseslinje. Etter en tidsperiode som er direkte proporsjonal med lengden av fiberen 12 i sløyfen 140 vil lyset forlate sløyfen 140. Lyset vil så

gå inn i kopleren 10 gjennom porten A og 95% av lyset vil bli koplet til porten D for å resirkulere i sløyfen 140.

5% av lyset som ikke er koplet vil forlate kopleren 10 gjennom porten B. Dette lyset vil bli ført ut fra fiberen 12 gjennom fiberutløpet 144 som det andre signalet 162

til en rekke med signaler ved tidspunktet T^. Etter det første utgangssignalet 161 ved tidspunktet T£forekommer suksessive utgangssignaler periodisk. Det skal således bemerkes at det andre utgangssignalet 16 2 er en nøyaktig reproduksjon av det første signalet 161 som ble ført ut selv om redusert amplitude og begge er identiske med inngangssignalet 160, men med en mindre amplitude.

Hver gang lyset sirkulerer i sløyfen 140 vil 95% av lyset bli resirkulert tilbake i sløyfen 140 og 5% av lyset vil bli ført ut fra anordningen. For ethvert inngangssignal vil en rekke med utgangssignaler identiske med inngangssignalet, men med redusert amplitude, bli tilført fra anordningen. Det første utgangssignalet 161 er litt større og blir fulgt av en rekke med mindre utgangssignaler som avtar i amplituden eksponensielt.

Når koplingskoeffesienten er 95% vil det første utgangssignalet 161 være minst 380 ganger så stort som det andre utgangssignalet 162. Dette fører til et betydelig problem ved at dekoderen/dataprosessoren 164 må være i stand til å godta relativt store første utgangssignaler 161 og fremdeles være i stand til nøyaktig å behandle suksessive serier med mindre utgangssignaler. For å tillate at de-koder/da taprosessoren 154 godtar det første utgangssignalet 161 vil i alminnelighet nøyaktigheten i behandlingen av suksessive mindre signaler bli på ugunstig måte bli påvirket. Alternativet er å tilkople en beskyttelseskrets til de-koderen/dataprosessoren 154 som vil bevirke at det første utgangssignalet 161 blir avvist helt i stedet for å bli tilført databehandlingskretsen. I et slikt tilfelle vil således det første anvendbare utgangssignalet være det andre utgangssignalet 162. Det er derfor ønskelig at en forbedret anordning utført med vesentlig samme karakteristikk som anordningen på fig. 5, men med stor svekking av amplituden til det første utgangssignalet.

En slik anordning er en del av foreliggende anvendelse vist på fig. 8. For denne anvendelsen er anvendt to lengder med optiske fibre og, en fiber 112 som danner sløyfen 140 og en andre fiber 130 som tilveiebringer en inngangsende 132

og en utgangsende 134 for systemet. To optiske kopiere 110 og 210 er anvendt og disse koplerne er identiske med kopleren 10 vist på fig. 1. Inngangsenden 132 til fiberen 130 går inn i den første optiske kopleren 110 gjennom porten 110c og ut av kopleren 110 fra porten 110d.Fiberen 130 går så inn i den andre kopleren 210 gjennom porten 210c og ut av kopleren 210 fra porten 210d ved utgangsenden 134 til fiberen 130.

Den første fiberen 112 som er en sløyfe av en viss lengde for å tilveiebringe en forsinkelseslinje har en første ende 14 2 som går inn i den andre kopleren 110 gjennom porten 210a og ut av kopleren 210 fra porten 210b. Denne enden av fiberen 112 er lysinngangen til sløyfen 140. Etter at den går ut av sløyfen 140 går så fiberen 112 inn i den første kopleren 110 gjennom porten 110a og ut av kopleren 110 gjennom porten 110b ved den andre enden 142 til fiberen 112.

Driften av denne dualkoplerresirkulasjcnslageranordningen vil nå bli beskrevet. Den optimale koeffesienten for kopleren 1^til den første kopleren 10 og 1^til den andre kopleren 210 for å tilveiebringe et maksimalantall resirku-las joner er avhengig av to variabler'i systemet. Den første av disse er forholdet mellom minimumsdetekterbar utgangs-energiniv P og nivået til energiinngangen til systemet P .

-4 Dette forholdet<p>t/Pq er i alminnelighet omkring 1 x 10

og følgende beregninger er utført ved å anvende denne ver-dien for Pt/Pq.

Den andre variable er prosentdelen av overført energi K

ved hjelp av sløyfen 140 som er energimengden innført mindre enn tapet i glassfibermediumet. Koeffesienten for koplingen 1^og 1 vil generelt variere direkte proporsjonalt med prosentdelen av overført energi K ved hjelp av sløyfen 140 som det fremgår nedenfor. Formelen for beregning av antall anvendbare resirkulasjonsutganger n er følgende:

På grunn av karakteristikken til koplerne må 1-^og 1^ være ekvivalente for å tilveiebringe maksimal virkningsgrad. Ved å anvende formelen, dersom prosentdelen av overført energi ved hjelp av sløyfen 140 er 100% (K = 1) er de optimale koplingskoeffesientene 1^og 1^0,973 for å oppnå optimal maksimal antall anvendbare utgangssignaler (som må være ved definisjon minst 1 x 10 ^ av inngangsnivået). Dersom 90% av energien blir overført ved hjelp av sløyfen (K = 0,9) er den optimale koplingskoeffesienten 0,94.

En liste over optimale koplingskoeffesienter og maksimale antall resirkulasjoner for forskjellige prosentdeler av overført energi K ved hjelp av sløyfen 140 for både foreliggende oppfinnelse og for resirkulasjonslageret vist på fig. 5 er vist i tabellen på fig. 10.

En typisk sløyfe 140 kunne være 200 meter lang og av glass-fiber og dersom fibertapet er omkring en dB pr. kilometer er den optimale koplingskoeffesienten omkring 0,9575.

Av enkelhetsgrunner vil tallet 0,96 bli benyttet nedenfor ved beskrivelsen av driften av resirkulasjonslageranordningen. Et inngangssignal 260 av modulerte lyspulser vist på fig. 9 (identisk med inngangssignalet 160 vist på fig. 6) blir tilført inngangsenden 132 til den optiske fiberen 130 ved tiden T fra en laserlyskilde 150 og en modulator 152. Dette lyset vil gå inn i den første optiske kopleren 110 gjennom porten HOC. Siden koplingsvirkningsgraden er'

96% vil 96% av lyset bli koplet gjennom porten 110B og tapt gjennom den andre enden 144 til fiberen 112. Den øvrige 4%-delen av det opprinnelige innførte signalet 160, som ikke er koplet, går ut av den første kopleren 110 gjennom porten HOD og fortsetter gjennom den optiske fiberen 130 inn i den andre kopleren 210 gjennom porten 210C. Siden koplingskoeffesienten til den andre kopleren 210 også er 96% vil 96% av de øvrige 4% av det opprinnelige inngangssignalet 160 bli koplet og ført ut fra den andre kopleren 210 til porten 210b inn gjennom den optiske fiberen 112

inn i sløyfen 140 som virker som en forsinkelseslinje.

Lyset ikke koplet i den andre kopleren 210 går ut gjennom porten 210d gjennom fiberutløpet 134 og vil være ved et energinivå på 0,0016 av det opprinnelige inngangssignalet 260. Dette første utgangssignalet 261, som vist på fig. 9, går ut ved tiden T som er et øyeblikk etter T1og er det første utgangssignalet 262 av en rekke utgangssignaler til-ført dekoder/dataprosessoren 154.

Etter en tidsperiode, som er direkte proporsjonal med lengden av fiberen 112 i sløyfen 140, vil lyset koplet inn i sløyfen 140 forlate sløyfen 140. Lyset vil så gå inn i den første kopleren 110 gjennom porten 110a og 96% av det vil bli koplet til porten 110d. Dette lyset går inn i den andre kopleren 210 gjennom porten 210c hvor 96% av det vil bli koplet tilbake i en sløyfe 140 og 4% som ikke er koplet vil forlate kopleren 210 gjennom porten 210b. Dette lyset vil bli ført ut fra fiberen 130 gjennom fiberutløpet 134 som det andre signalet 262 til en rekke med signaler ved tidsøyeblikket . Etter det første utgangssignalet 261 ved tidspunktet forekommer suksessive utgangssignaler periodisk. Det skal bemerkes at det andre utgangssignalet 262 således er en nøyaktig reproduksjon av det første signalet 261 som ble ført ut selv om ved en redusert amplitude og begge er de identiske med inngangssignalet 260, men ved en lavere amplitude.

Som en del av en sammenligning er det første utgangssignalet 261 på fig. 9 et anvendbart nivå ulikt det første utgangssignalet 161 på fig. 6. Det skal således bemerkes at den doble fiberoptiske kopleren i resirkulasjonslageret ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et første utgangssignal 261 som har et anvendbart nivå og som eliminerer behovet for beskyttelseskrets ved dekoder/dataprosessoren 154.

Hver gang lyset sirkler i sløyfen 140 vil 92,16% av lyset bli resirkulert tilbake inn i sløyfen 140 og 3,84% av lyset vil bli ført ut fra anordningen. Omkring 4% av lyset går tapt når det går ut fra den andre enden 144 til fiberen 112, som medfører at utgangssignalet vist på fig. 9 reduseres ved en litt hurtigere hastighet enn utgangssignalene på fig. 6. Det skal bemerkes at for å tilveiebringe en rekke med utgangspulser, alle ved et anvendbart nivå og for å forhindre at den første utgangspulsen er ved et forholdsvis ekstremt høyt nivå, forholdet mellom hverandre nødvendig for forliggende oppfinnelse er å redusere virkningsgraden av driften med omkring 4% - denne reduksjonen i virkningsgrad blir bevirket av lyset utgjennom enden 144 og fiberen 112. For ethvert inngangssignal vil en rekke med utgangssignaler identisk med inngangssignalet, men med redusert amplitude, bli tilført anordningen.

Mens suksessive utgangssignaler kan adskille seg noe i pulsform på grunn av spredning vil de være i det vesentlige identiske og de vil bli adskilt for å tilveiebringe adekvat oppløsning for utførende utgangssignaler så lenge som varig-heten til inngangssignalet 260 tilført anordningen er tilstrekkelig kortere enn forsinkelsestiden tilveiebrakt av sløyfen 140 for å kompensere for spredningen. Det skal bemerkes at et signal kan bli modulert på lysinngangen til anordningen og en rekke med avtagende amplitudeutgangs-pulser vil således periodisk bli tilveiebrakt til dekoder/- dataprosessoren 154, og lengden av perioden er proporsjonal med lengden til fiberen 112 i sløyfen 140.

Dette trekket gjør systemet svært anvendbart som en resir-kulas jonslageranordning som tilfører data til en prosessor siden rekken med identiske utgangssignaler tillater dataprosessoren å sample forskjellige deler av dataen ved suksessive sirkulasjoner. På denne måten kan en dataprosessor som drives ved en langsommere hastighet enn anordningen som frembringer data bli anvendt ved å anvende re-sirkulas jonslageret.

På fig. 9 kan f.eks. i løpet av det første utgangssignalet 261 den første databiten bli lest av dataprosessoren. I løpet av den andre serien 262 kan den andre biten bli lest. I løpet av den tredje serien 263 kan den tredje biten bli lest osv.

Anordningen vist på fig. 8 kan også bli anvendt som et transversalfilter med forsinkelseslinje og et uttak for å slippe gjennom noen frekvenser og sperre for noen.

En basisforsinkelseslinje med optiske uttak er vist på fig. 7. En lyskilde 170 injiserer lyset i en optisk fiber 172. Denne optiske fiberen 172 har fire uttak 180, 182, 184, 186 anordnet langs dens lengde, idet dens uttak 180, 182, 184, 186 er adskilt med like lengder L av den optiske fiberen 172. Uttakene 180, 182, 184, 186 vil hver kople en del av lyset som utbreder seg i fiberen 172 til deres utganger, som er henholdsvis utgangene 190, 192, 194, 196.

Dersom lyskilden 170 tilveiebringer et utgangssignal som varierer som funksjon av tiden kan det optiske uttaket bli anvendt for å filtrere valgte frekvenser fra inngangssignalet. Ved å summere utgangene 190, 192, 194, 196 kan således anordningen bli anvendt for å dempe ethvert inngangs-signalinnhold annet enn den valgte grunnfrekvensen eller grunnfrekvensens harmoniske. Ved å gjøre lengden L til fiberen 172 mellom uttakene 180, 182y 184, 186 til den lengden som vil tilveiebringe en forsinkelsestid lik perioden for denne grunnfrekvensen vil anordningen således filtrere et inngangslyssignal for å dempe alle andre frekvenser for å tilveiebringe ved den summerte utgangen et signal som innbefatter grunn- og harmonisk frekvensinnhold til inngangssignalet.

Resirkulasjonssløyfeanordningen beskrevet her kan bli benyttet som et transversalt filter ved å tilveiebringe et utgangssignal for laserlyskilden 150 og modulatoren 152 som vil variere som en funksjon av tiden. Perioden for grunnfrekvensen kan bli innstilt ved å velge lengden på fiberen 12 i sløyfen 140 slik at dens forsinkelsestid :vil være ekvivalent med perioden for den ønskede grunnfrekvensen.

Den delen av inngangssignalet som korresponderer med grunnfrekvensen og den harmoniske for den frekvensen vil så bli ført fra fiberutløpet 134 til dekoder/dataprosessoren 154, men andre frekvenser vil bli dempet siden de ikke konstruk-tivt tillegges ved kopleren 110 og 210 og således kan anordningen bli anvendt fra å angi tilstedeværelsen eller fra-været av grunnfrekvensen og dens harmoniske.

Fordeler ved denne anordningen i forhold til anordningen

i det tidligere nevnte US-patentet er tydelige. Der er ikke lenger noen tap bevirket av nødvendigheten av en skjøt i sløyfen. Siden tilstedeværelsen av en skjøt be-virker store tap er begrensningen ved anordningen i nevnte patent den at kun et relativt lite antall utgangspulser kan

bli tilveiebrakt. Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse har på den andre siden ikke noe tap på grunn av tilstedeværelsen av en skjøt og er derfor i stand til å tilveiebringe et større antall utgangspulser med en anvendbar amplitude. Dette tillater således en større forskjell mellom behandlingshastigheten og inngangshastigheten.

Den andre fordelen ved anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse overfor anordningen i nevnte patent er at mye høyere frekvenser kan bli anvendt siden enkelmodusoptiske fiber er benyttet i steden for flermodusfibre.

Denne fordelen er naturligvis en betydelig fordel i forhold til koaksialkabelen og akustiske anordninger beskrevet ovenfor. Høyere frekvenser og lavere tap ved anordningen beskrevet her muliggjør at en resirkulasjonslageranordning kan bli anvendt ved et system som frembringer data ved slik høy hastighet at vanlig dataprosessor ikke kan behandle dem. Den nøyaktige overføringen av slik data er nå gjort mulig ved hjelp av denne anordningen.

Fordelen ved anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse

i forhold til anordningen vist på fig. 5 er at det relativt høye nivået ved det første utgangssignalet er eliminert selv om antall anvendbare utgangssignaler er redusert noe. Dette muliggjør at dataprosessoren har et smalere energi-bånd og kan således bli gjort mer nøyaktig. I tillegg er en beskyttelseskrets ved utgangsenden ikke lengre nød-vendig .

Claims (7)

1. Fiberoptisk resirkulasjonslageranordning, karakterisert ved en første optisk koplingsanordning, en andre optisk koplingsanordning, en første optisk fiberstreng som strekker seg gjennom den første optiske koplingsanordningen og den andre optiske koplingsanordningen, idet den første strengen har en inngangsende for mottagelse av et optisk inngangssignal og en utgangsende for tilveiebringelse av utgangssignaler, og en andre optisk fiberstreng med en første ende som strekker seg gjennom den første optiske koplingsanordningen og en andre ende som strekker seg gjennom den andre optiske koplingsanordningen, idet den andre optiske koplingsanordningen kopleren en del av de optiske signalene som utbreder seg i den første strengen inn i den andre strengen og den første optiske koplingsanordningen kopleren en del av de optiske signalene som utbreder seg i den andre strengen inn i den første strengen for å tilveiebringe en sekvens av utgangssignaler ved utgangsenden som er i hovedsaken identisk i bølgeform med signalet innført ved inngangsenden.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at en forutbestemt forsinkelsestid forløper mellom koplingen av det optiske signalet fra den første strengen inn i den andre strengen og koplingen av det samme optiske signalet fra den andre strengen inn i den første strengen.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at signalet mottatt ved inngangsenden har en forutbestemt signalvarighet og at forsinkelsestiden er større enn signalvarigheten.

4. Anordning ifølge et hvilket som helst av foregående krav, karakterisert ved at den første strengen og den andre strengen er enkelmodusoptiske fibre med den andre strengen utformet i en sløyfe for å tilveiebringe den forutbestemte forsinkelsestiden.

5. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den før-ste og andre optiske koplingsanordningen anvender flyktig feltkopling for å kople lys mellom den første og andre strengen.

6. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den før-ste og andre optiske koplingsanordningen har hver koplings-viklingsgrader mindre enn 50%.

7. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at signalet fra utgangsenden er en sekvens av pulser med sekvensen innbefattende et antall n pulser som har i det minste et forutbestemt signalnivå med n beregnet ved hjelp av formelen :

hvor <p>t/ Pq er forholdet mellom minimal detektertbar utgangs-energinivå og energinivået til lyset innført, 1^ og 1 er koplingsvirkningsgradene for den første og andre koplingsanordningen henholdsvis og K er prosentdelen av overført energi ved hjelp av den andre strengen.