ФПУ детектирования с преобразованием получили название когерентных устройств, работающих на принципе гетеродинирования принимаемого сигнала. В радиотехнике известен способ приема, при котором сигнал с несущей частоты переносится на удобную для обработки промежуточную частоту. Внесение энергии гетеродина (вспомогательного генератора) в преобразованный сигнал позволяет увеличить его уровень по отношению к собственным шумам приемника. В оптике гетеродинирование позволяет осуществить модовую селекцию, которая проявляется лишь на совпадающих в пространстве модах. Это устраняет фоновую засветку и снижает влияние спонтанного излучения лазера на передаче, работающего в режиме с начальным смещением в области порога генерации.

На рисунке 6.5 представлена структурная схема ФПУ с преобразованием [11].

Рисунок 6.5. Структурная схема ФПУ с преобразованием

Рисунок 6.5. Структурная схема ФПУ с преобразованием

Излучение опорного оптического генератора (ООГ), длина волны которого идентична длине волны передаваемого сигнала (для гомодинного приема) или отличается от нее на величину промежуточной частоты для радиочастотного диапазона (гетеродинный прием), складывается с оптическим сигналом в оптическом гибридном соединителе (ОГС) и подается на вход схемы ФПУ. В ООГ используется перестраиваемый по частоте одномодовый узкополосный лазер. Перестройки опорного генератора необходимы для подстройки частоты под частоту передатчика и контроллера поляризации (УПК и АПЧ). Предварительный оптический усилитель (ПОУ) позволяет поднять уровень мощности сигналов. Между сигналом передатчика и гетеродина возникают биения, которые детектируются в ФД. С выхода ФД сигнал поступает на предварительный усилитель (ПУс) с малыми собственными шумами. На выходе сборки ФПУ появляется электрический (видеосигнал) или радиочастотный сигнал. Основное усиление сигнала происходит в главном усилителе радиочастоты или видеоусилителе. Полоса пропускания ГУс для радиочастот примерно равна удвоенной полосе частот сигнала. Дальнейшая обработка радиосигнала происходит в демодуляторе (ДМ). Электрический сигнал с выхода демодулятора может быть направлен в регенератор электрического сигнала (видеосигнала).

Смысл преобразования с гетеродинированием рассматривается на примере простейших соотношений.

Преобразуемый сигнал

(6.1)
где А(t) – информационный сигнал, w с –частота оптической несущей передачи, j с - фаза оптической несущей передачи.

Сигнал гетеродина

(6.2)

где В – амплитуда сигнала гетеродина, w г - частота гетеродина, j г - фаза гетеродина.

После сложения в ОГС и ПОУ результирующее колебание

(6.3)

где К – коэффициент усиления ПОУ.

Из (6.3) нетрудно заметить, что

(6.4)

Если считать, что произошла точная настройка частоты w с = w г, поляризации излучений и фаз j с = j г, то можно получить после фотодетектирования

(6.5)

что характеризует идеальный гомодинный прием в ФПУ.

В завершение необходимо отметить, что системы передачи с гетеродинированием пока не получили широкого применения из-за сложности схем приемников и необходимости фиксации поляризации излучения передачи и приема. Это возможно только в волоконных линиях с фиксированной поляризацией (оптические волокна PANDA) [25]. Однако, как показано в некоторых публикациях, гетеродинные методы приема имеют существенные преимущества перед прямым детектированием в оптических системах и позволяют повысить чувствительность приемников на порядок и исключить влияние собственных шумов приемников на качество принятых сигналов. Это преимущество может быть использовано в следующем поколении волоконно-оптических и атмосферных систем передачи [6, 81].