Создан лабораторный образец смартлинка. Это многока­нальное оптоволоконное соединение, способное автома­тически без юстировки восстанавливать разорванные опти­ческие цепи. Следующий этап - сделать это соединение дву­направленным, что возможно с помощью новой технологии разделения оптических сигналов.

 

Лабораторный образец смартлинка

В опубликованных ранее статьях [1,2] описывались устройс­тво и принцип действия умных соединений - смартлинков и их применение для создания имплантируемых нейроинтер- фейсов.

В 2009 г. в НТЦ "Интрофизика" создан первый работоспособ­ный лабораторный образец смартлинка, в котором реализо­вана технология интеллектуальных многоканальных оптово­локонных соединений ИМКС (патенты Российской Федерации №№ 2270493 и 2350054) [3]. Схема лабораторного образца смартлинка показана на рис. 1.

Образец смартлинка содержит передатчик, оптическую шину и приемник сигналов. Управление соединением смартлинка осуществляется микропроцессором с помощью коммутатора, реализованного на ПЛИС.

Основа передатчика - гибридная микросхема, содержащая восемь полупроводниковых лазеров, излучающих в видимом диапазоне (длина волны

680-760 нм). Мощность излучения одного лазера - порядка 30-70 мВт. В качестве оптической шины использован оптово­локонный жгут диаметром 3 мм и длиной 500 мм с разреша­ющей способностью не менее 40 линий/мм. Многоканальный приемник - 16-ти элементная интегральная матрица pin-фо­тодиодов с прямым доступом.

Смартлинк работает следующим образом. На входы лазерной матрицы, расположенной в микросхеме - источнике инфор­мации, подаются модулирующие излучение лазеров электри­ческие импульсы. Излучение по оптической шине поступает к расположенной в приемнике информации матрице фотодио­дов и преобразуется в поток электрических импульсов. Каж­дый фотодиод подключен к реализованному на ПЛИС и уп­равляемому процессором коммутатору. При соединении оптошина подключается "как получится" к матрицам передатчика и приемника совмещением их опти­ческих областей посредством установки в произвольном по­рядке ее концов в оптические разъемы микросхем. На входы матрицы-приемника сигналы от лазеров поступают в перепу­танном виде. Чтобы получить нужный порядок подключения шины, процессор в начале работы устройства соединяется с матрицей передатчика, и по особой процедуре проводит рас­познание каналов связи. С помощью коммутатора такие ка­налы переподключаются на выходы коммутатора в заданном порядке, причем те из них, которые неработоспособны или дублируют уже имеющиеся, отключаются. Процедура рас­познавания и переподключения каналов производится однократно и никак не влияет на скорость передачи информации в дальнейшем.

В случае нарушения связи, смартлинк обнаруживает это и проводит повторное распознавание каналов, реализуя, та­ким образом, свойство самовосстановления или регенерации связей. Кроме того, смартлинк способен, реализуя свойство полиморфности, программным путем изменять порядок под­ключения каналов шины.

В ходе исследований впервые удалось создать многоканаль­ное оптоволоконное соединение, способное автоматически без юстировки восстанавливать разорванные оптические це­пи даже при произвольном повороте жгута в разъеме на лю­бой угол или при его смещении на величины порядка 0,1-0,2 диаметра. Удалось также осуществить одновременную пере­дачу информации по 4-м раздельным оптическим каналам, автоматически сформированным в одной оптошине на базе стекловолоконного жгута диаметром 3 мм.

 

Пластинчатый делитель сигналов

Недостатком разработанного изделия является невозмож­ность использования одной оптошины для двунаправленного обмена информацией. В этой связи создание двунаправлен­ного смартлинка является весьма актуальной задачей. В настоящее время в технике уже используются делители светового сигнала в виде призм или полупрозрачных зеркал. Экспериментально установлено, что для передачи инфор­мации на двухмерные матрицы такие делители малоэффек­тивны, так как создают относительно большое расхождение пучков света, что резко снижает эффективность смартлинков вследствие возрастания уровня перекрестных помех. При ис­пользовании в качестве делителей сигнала призм или зер­кал большое количество приемников-фотодиодов одновре­менно засвечивается сразу несколькими источниками - ла­зерами или светодиодами. В результате управляющий про­цессор отключает такие приемники как неработоспособные. Как следствие количество работающих каналов неприемлемо уменьшается.

Для повышения эффективности разделения оптического сигнала и уменьшения габаритов соединительного узла разрабо­тан многоканальный пластинчатый делитель оптических сиг­налов (заявка на изобретение №2009131971 от 24.08.2009 г),конструкция которого показана на рис. 3. Пластинчатый делитель сигналов для смартлинков состоит из подложки (1) c массивами оптических передатчиков (2) и при­емников (3). Электрическими контактами (4) они соединены с остальными элементами устройства, с которым обеспечива­ют обмен информацией. Над подложкой установлен корпус делителя (5), к которому присоединена оптошина (6) в виде жгута световодов или иного устройства. Корпус делителя содержит набор пластин с вмонтированны­ми в них линейками световодов (7). С торцевой стороны па­кета к делителю присоединяется оптошина. На каждой плас­тине с одной стороны расположены световоды оптических приемников (8), а с другой - световоды оптических передат­чиков (9), идущие вдоль пластины таким образом, что линей­ки световодов оптических приемников начинаются от места соединения с оптошиной, плавно изгибаются и заканчива­ются у массива оптических приемников; линейки световодов оптических передатчиков начинаются от места соединения с оптошиной, плавно изгибаются и заканчиваются у массива оптических передатчиков.

Устройство работает следующим образом. В оптошине лучи света от передатчиков (лазеров, светодиодов) распространя­ются по пучкам оптоволоконных световодов. Если размеры световодов в их линейках меньше чем засвеченных пучков,поступающий из них свет будет делиться на несколько час­тей, половина которых попадет на световоды линейки опти­ческих приемников и будет доставлена к фотодиодам фото­приемного массива, обеспечивая прием информации из оп­тошины.

Так как другая половина пучков световодов оптошины соеди­нена с линейками световодов оптических передатчиков, им­пульсы света из массива этих передатчиков будут попадать на эту половину площади оптошины, обеспечивая передачу в нее информации.

Таким образом, предложенная конструкция делителя обеспе­чивает одновременный прием из оптошины и передачу в нее информации.

Применение предложенного изобретения позволяет:

  • осуществить одновременный прием и передачу инфор­мации в оптошину, обеспечивая ее двунаправленную работу;
  • повысить эффективность использования ресурсов смарт­линков за счет снижения уровня перекрестных помех.

Приведенная схема делителя изготавливается из однотип­ных деталей и позволяет обходиться без фокусирующих мик­ролинз и микропризм, что повышает ее технологичность и снижает стоимость. Предполагается, что подобный делитель можно будет использовать в высокоскоростных многоканаль­ных оптических USB-устройствах нового поколения. В связи с разработкой новых типов смартлинков НТЦ "Инт- рофизика" заинтересован в сотрудничестве с организациями, имеющими опыт работы с полосковыми оптическими волно­водами и обладающими технологиями, позволяющими реа­лизовать приведенную в настоящей статье схему пластинча­того делителя сигналов.

Работа проводилась при поддержке Федерального агентс­тва по науке и инновациям России (ГК от 01 "июня" 2009 г., №02.513.11.3449).

 

Литература:

1.  Никитин В.С., Многоканальные оптоволоконные ней- роинтерфейсы, журнал "Наноиндустрия", №13, 2009 г, http://www.nanoindustry.su/pdf/1_2009/1786.pdf

 

2.   Никитин В.С., Нейроинтерфейсы и эволюция Интернет, журнал "Наноиндустрия",№4, 2009, http://www.nanoindustry.su/issue/2009Z4/17

 

3.  Никитин В.С., Семенов Э.И., Ломанов А.Н. и др, Смартлинки - умные соединения, журнал «Фотоника», №13, 2009г., http://www.photonics.su/pdf/1_2009/1763.pdf