CS9100300A2 - Optical amplifier - Google Patents

Description

-1-

kační linky s optickým vláknem,pro sériové vložení do optické-ho vlákna linky, zahrnujícího alespoň čerpací laserový vysílač,dichroický vazební člen mající dva vstupy připojené k optické-mu vláknu linky nesoucímu přenášený signál a k čerpacímu lase-rovému vysílači a výstup připojený k jednomu konci aktivníhovlákna obsahujícího fluorescenční dopovací látku v příslušnémoptickém jádru, s emisí v rozsahu vlnových délek přenášenéhosignálu a čerpaný na vlnové délce čerpacího zdroje.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že optická vlákna mající dopované jádro získanépoužitím zvláštních látek, jako jsou ionty vzácných zemin, ma-jí vlastnosti stimulované emise vhodné k použití jako laserovézdroje a optické zesilovače.

Tato vlákna mohou být napájena ze zdroje světla určité vl-nové délky, označené jako čerpací vlnová délka, která je schop-ná uvést dopované atomy do vybuzeného energetického stavu nebodo čerpacího pásma, ze kterého atomy přecházejí spontánně zavelmi krátkou dobu do stavu laserové emise, ve kterém zůstávajípoměrně dlouhou dobu.

Když vláknem majícím vysoký počet atomů ve vybuzeném stavuna úrovni laserové emise prochází světelný signál mající vlno-vou délku odpovídající onomu stavu laserové emise, signál způ- v sobí přechod vybuzených atomů na nižší úroveň, přičemž emisesvětla má stejnou vlnovou délku jako signál. Vlákno výše popsa-ného typu může být tudíž využito k dosažení zesílení signálu,a zvláště, například, k vytvoření linkových zesilovačů pro op-tické linky schopných uvést utlumený přenášený optický signálna vysokou úroveň po dlouhé cestě vláknem v telekomunikačnílince s optickým vláknem.

Optické zesilovače výše popsaného typu jsou například zná-mé z italské přihlášky vynálezu č. 22120 A/89 téhož původce, po-dané 24 října 1989, ve které je použito aktivní vlákno monomo-dálního typu jak ná přenášené vlnové délce;tak na čerpací vlnovédélce. -2-

Nicméně, teto vlékna, které jsou monomodální na přenosové vlnové délce i na čerpací vlnové délce, mají rozdílné rozdělení zářivého výkonu v úseku vlákna a zejména zářivý výkon přenáše- ného signálu je rozdělen po větší oblasti úseku vlákna než je oblast,.ve které je přítomen čerpací výkon.

Fluorescenční dopovací látka, která působí zesílení přená-šeného signálu, je soustředěna v jádru vlákna a vlákno ve zná-mých zesilovačích je navrženo tak, aby čerpací výkon byl rovněžobsažen ve zmíněné oblasti, takže může být ^plně využitp k vybu-zení fluorescenční dopovací látky na úrovni laserové emise.Protože však část výkonu přenášeného signálu se přenáší dovlákna vně oblasti, ve které jsou přítomny fluorescenční dopo-vací látka a čerpací výkon, vyplývá z toho, že pouze část zmí-něného signálu je přístupná v oblasti vlákna, ve které může býtzesílena. Výše popsaný jev způsobuje omezení účinnosti zesílení ze-silovače uvažovaného jako zisk přenášeného signálu na jednotkučerpacího výkonu. líkolem vynálezu je tudíž zvýšit zmíněnou účinnost u zná-mých optických zesilovačů.

Zejména si vynález klade za úkol vytvořit optický zesilo-vač, ve kterém výkon přenášeného signálu a výkon čerpacího sig-nálu by měly v podstatě shodné rozdělení v úseku aktivníhovlákna a byly také soustředěny voblasti vlákna, ve které jepřítomná fluorescenční dopovací látka.

Podstata vynálezu

Vynález vytváří optický zesilovač, zejména pro komunikačnílinky s optickým vláknem, pro sériové vložení do optického vlák-na linky, zahrnující alespoň čerpací laserový vysilač, dichroic-ký vazební člen mající dva vstupy připojené k optickému vláknulinky nesoucímu přenášený signál a k čerpacímu laserovému vysí-lači a výstup připojený k jednomu konci aktivního vlákna obsahu-jícího fluorescenční dopovací látku v příslušném optickém jádru,s emisí v rozsahu vlnových délek přenášeného signálu a čerpanýna vlnové délce čerpacího zdroje, jehož podstata spočívá v tom, vlnové délce a multimodální světelný přenos na čerpací vlnové -Ί- délce a je uspořádáno v zakřiveném tvaru alespoň v 70 % celkové délky s poloměrem zakřivení odpovídajícím přenosu ve vláknu pou- ze základního modu na čerpací vlnové délce.

Poloměr křivosti zakřiveného aktivního vlákna je v rozsahu od 20 do 140 mm, s výhodou v rozsahu od 35 do 100 mm.

Podle výhodného provedení vynálezu je přenosová vlnovádélka v rozsahu od 1520 do 1570 nm a čerpací vlnová délka je980 nm (+10 nm) a vluorescenční dopovací látka v aktivním vlák-nu je erbium(řr),

Podle jiného výhodného provedení vynálezu aktivní vláknomé alespoň zakřivenou část mající poloměr křivosti odpovídají-cí přenosu ve vláknu samém základního modu při Čerpací vlnovédélce, kterážto část je napojena na nezakřivené části vlákna,přičemž délka zakřivené části nebo součet délek zakřivené čás-ti je větší než 70 % celkové délky aktivního vlákna.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu aktivní vláknomá jedinou spojitou zakřivenou část s poloměrem zakřivení odpo-vídajícím, přenosu ve vláknu samém základního modu na čerpacívlnové délce, přičemž části nezakřiveného vlákna jsou přítomnybuď na některém nebo na obou koncích aktivního vlákna.

Ve zvláště výhodném provedení optického zesilovače podlevynálezu je aktivní vlákno zakřiveno poloměrem křivosti odpoví-dajícím přenosu ve vláknu samém pouze základního modu při čer-pací vlnové délce po jeho celé délce, nehledě na v podstatě ne-zakřivené koncové části vlákna mající každý délku menší než400 mm, s výhodou menší než 200 mm. Přehled obrázků na výkresech

Vynález je znázorněn na výkresech, kde obr.l znázorňujeschéma optického zesilovače používajícího aktivní vlákno, obr.2znázorňuje diagram energetických přechodů vlákny typu použité-ho v zesilovači z obr.l, kteréžto přechody jsou uzpůsobeny provyvíjení stimulované laserové emise, obr.3 je diagram znázor-ňující uspořádání týkající se čerpací, přenášené a vybrané vl-nové délky, obr.4 je diagram znázorňující radiální rozděleníintenzity světla v optickém vláknu, obr.5 znázorňuje uspořádáníaktivního vlákna v optickém zesilovači podle vynálezu, obr.6 jepůdorys optického vlákna z obr.5, obr.7 je diagram znázorňující -4- změny průměru modu v optickém vláknu v závislosti na vlnovédélce, a obr.8 je diagram znázorňující zisk v optickém zesilo-vači v závislosti na délce použitého aktivního vlákna. Příklady provedení vynálezu

Pro účel zesílení signálů v telekomunikačních linkáchs optickými vlákny se obvykle užívají zesilovače s optickýmivlákny. Struktura takových zesilovačů je schematicky znázorněnav obr.l, kde zesilovač zahrnuje telekomunikační optické vlákno1, do kterého se přivádí přenášený signál o vlnové délce Ag vy-víjený laserovým vysílačem 2. Signál utlumený po projití urči-tou délkou telekomunikační linky se zavádí do optického zesilo-vače 2.i, který v podstatě sestává z dichroického vazebního členu£, kieř^e připojen na jediném výstupním vláknu 2 k čerpacímusignálu vlnové délky λ , vyvíjenému čerpacím laserovým vysíla-čem 6. Aktivní vlákno připojené k výstupnímu vláknu 2 dichro-ického vazebního členu 4 tvoří zesilovací prvek signálu, kterýje potom opět zaveden do telekomunikačního optického vlákna 1a postupuje do místa určení» K vytvoření aktivního vlákna 2. zesilujícíha sv^telný sig-nál se použije optické vlákno z oxidu křemičiténo^které je dopo-váno fluorescenční látkou uzpůsobenou k vyvíjení světelné emi-se, která je stimulována za přítomnosti světelného signálu, kte-rý je jí tudíž zesilován. erbi*^

Jako fluorescenční látka se obvykle po užívá )^Er 2(^ kterýmůže mít stimulované přechody, označené také jako "laserové"přechody na vlnových délkách vhodných pro přenos telekomunikač-ních signálů na velké vzdálenosti.

Jak je znázorněno v diagramu v obr.2 pro vlákno výše uvede-ného typu přepravujícím možné energetické stavy pro rogtojc er-biových iontů/Vmatrici vlákna na bázi oxidu křemičitéhcK^ave-dení světelného výkonu do aktivního vlákna na "čerpací" vlnovédélce A„ nižší pež je vlnová délka A„ přenášeného signálu, uve-de určitý početviontů Er^ přítomných jako dopovací látka veskleněné matrici vlákna do "vybuzeného" energetického stavu 8,označeného jako "čerpací" pásmo, ze kterého ionty spontánně pře- v v cházejí na energetickou úroveň £ tvořící úroveň laserové emise. -5- v

Je známo, Že zatímco přechod z pásma 8 na úroveň £ Je spo-jen s emisí tepelného typu, která je rozptýlena mimo vlákno, ££/ffononová radiace^ přechod z úrovně £ na základní úroveň 10vyvíjí světelnou emisi vlnové délky odpovídající energetickéhodnotě úrovně £ laserové emise. Když vláknem obsahujícím velkémnožství iontů na úrovni laserové emise prochází signál vlnovédélky odpovídající takové úrovni emise, signál způsobí stimulo-vaný přechod těchto iontů ze stavu emise do základního stavupřed jejich spontánním přechodem, s kaskádním jevem způsobujícímemisi velmi zesíleného přenášeného signálu u výstupu aktivníhovlákna» V obr.4 je schematicky znázorněn konec vlákna 11 v osovémřezu, jádro 12 a plášt 13 takového vlákna mají různé indexy lomu. , - z / , Pro využití jako aktivního vlákna v zesilovači je dopovacív jádru 12. K získání vysokého zisku zesílení je obvykle aktivní vlák-no £ monomodálního typu pro vlnovou délku přenášeného signálu ipro čerpací vlnovou délku, jak je uvedeno v italské přihlášcevynálezu č. 22120 A/89 téhož přihlašovatele. Z výše uvedených skutečností vyplývá, že na základě infor-mací uvedených ve zmíněné přihlášce vynálezu je aktivní vláknovyměřeno tak, že vybraná vlnová délka \ , nad kterou nastává ve vláknu přenos pouze základního modu, je nižší než vlnovádélka přenášeného signálu A i nižší než čerpací vlnové délka

V Důležité rozměry pro účel volby vybrané vlnové délky jsouv podstatě číselný otvor NA a průměr jádra. Číselný otvor NA vlákna, které má průběh indexu lomuv podstatě typu ''krokový index” npod. je definován vztahem: ττ λ Λ 2 2x 1/2 NA = (n^ - n£ ) kde«n_ je index lomu jádra vlákna a no je index lomu pláště vlákna. 1 <£/

Je známo, že požadované indexy lomu jádrapa pláště/mohou být dosaženy volbou koncentrace primární dopovací látky v jádru 4?a v plášti/nebo volbou koncentrace dopovací látky měnící indexlomu zavedené do suroviny, ze které se vlákno vyrábí dobře zná-mými způsoby.

Dopovací látky používané pro tyto účely jšou~obvykle^GeO áikc —6-

Světelné záření ve vláknu mcjící vlnovou délku pro kterouje monomodální přenos ve vláknu, to znamená vyšší než vybranávlnová délka vlákna, způsobuje radiální rozdělení intensitysvětla typu znázorněného v obr.4 křivkamia S, jejichž prů-běh v podstatě odpovídá Gaussovu typu s maximem intensity Imsxpodél osy vlákna a se zmenšujícími se hodnotami až do nulysměrem k obvodu vlákna.

Na základě výše uvedeného rozdělení je průměr modudefinován jako průměr, u kterého je intensita světla l(^m) ve vláknu: I(jO =m „2 max’ kde;l je maximální intensita světla ve vláknu podle specifika-max cí CCITT G.652 (Consultative Comittee International Telegram and Telephone). Obft/

Jak je patrno z výkresuy^největší část přenášeného světel- ného výkonu je ts podstatě obsažena v průměru modu.

Pro účinné zesílení je velmi důležité mít vysokou hustotu čerpacího výkonu v jádru 12 vlákna, kde je přítomná fluorescenč-ní dopovací látka, takže může být udržena vysoká populační inver-ze v dopovací látce, to je vysoký podíl atomů dopovací látky ,dostupných pro zesílení na vyšší laserové úrovni £ ve srovnánís jejich podílem v základním stavu 10. Čerpací výkon přenášenývně jádra^kde není přítomna žádná dopovací látka, je v podsta-tě neaktivní ke koncům inverze dopovací látky na. vyšší laserové úrovni. Přenášený signál by naopak měl mít intenzitu radiální dis-tribuce ve vláknu podobnou oné čerpacího signálu, aby mohl býtpřenášen do oblasti vlákna, ve které je přítomno nejvíce světel-ného čerpacího výkonu, takže tento může být účinně zesílen.

Za tím účelem průměry modu čerpacího signálu a přenášenéhosignálu mají být podobné jak je nejvíce možno. V optickém vláknu typu majícího jádro 1£ a plást lg, jak jeznázorněno v obr.4 v souvislosti s diagramy rozdělení intenzitysvětla v radiálním směru pro čerpací signály i přenášené signálya průměr modu jzř_ na přenášené vlnové délce A , jehož křivka rádi-álního rozdělení světelné intenzity je dána křivkou _S_ na výkrese,je podstatně větší než průměr modu na čerpací vlnové délce A^,s křivkou intenzity _P, a podstatně odpovídá průně ru jádra 12. Výše uvedené skutečnosti znamenají, že významná část světelného -7- signálu se nepřenáší do oblasti aktivního vlákna, do které sepřivádí čerpací energie a ve které je přítomna dopovací látka.

Ve skutečnosti je třeba vzít v úvahu, že průměr modu, kterýpro hodnoty vlnové délky velmi blízké k vybrané vlnové délce A V-· vlákna je v podstatě stálý a nepříliš odlišný od průměru jádravlákna, pro větší vlnové délky λ značně vzrůstá, jak je znázor-něno v obr.7» Aby se tedy zajistilo, že vlákno je monomodální

na čerpací vlnové délce A , například v případě zesilovačů mají-P cích aktivní vlákno dopované erbiem, na 980 nm (+ 10%), musí býtužito vlákno mající vybranou vlnovou délku A nižší než 980 nma tedy se dosáhne velmi vysoký průměr modu na přenosové vlnovédélce A který je značně větší než průměr modu na čerpací vlno-vé délce A , takže největší část přenášeného signálu není přená-šena do obfasti vlákna, ve které může být zesílena. Výše popsané chování nastává, když aktivní vlákno má přímo-čarou nebo v podstatě přímočarou konfiguraci, kde výraz "v pod-statě přímočará konfigurace” znamená, že vlákno není podrobenogeometrickým deformacím schopným značně přetvořit jeho optickéchování. Z tohoto důvodu, podle specifikací (CCIT, Instruction(Ϊ.652), je učiněno opatření k vyhodnocení teoretické vybranévlnové délky na základě průběhu indexu lomu ve vláknu a vybra-ných vlnových délek za podmínek činnosti.

Zmíněné specifikace zvláště berou v úvahu možnost měřenívybrané vlnové délky zahnutého vlákna, přičemž měření se provádína jednom závitu vlákna o poloměru 140 mm. Zjištěná změna vybra-né vlnové délky za těchto podmínek ve srovnání s teoretickou hod-notou je spíše malá, byl očekáván rozdíl nižší než 5% vzhledemk teoretické vybrané vlnové délce.

Podle předloženého vynálezu se volí aktivní vlákno zesilo-vače monomodálního typu pouze na přenášené vlnové délce Ag, toje mající hodnotu vybrané vlnové délky A „ nižší než A , avšak AC δ , jak je znázorněno v obr.3. S tímto vláknem je průměr modu na přenášené vlnové délce,zvláště v rozsahu od 1520 do 1570 nm, vhodném pro použití^zesi-lovačj^ma jí cích .aktivní vlákňoŤdopované erbiem, při přenosovévlnové délce velmi blízké k vybrané vlnové délce, jeví dostateč-ně malý, v podstatě velmi blízký k průměru jádr^-vláknaV, Základ-ní modus čerpacího signálu má naopak průměr velmi blízký k prů-měru jádrs-vl ákns7 a výkon přenášeného signálu je tedy udržován —8— v podstatě v oné oblasti vlákna, kde jsou přítomny čerpací sig-nál a aktivní dopovací látka.

Aktivní vláknojje uspořádáno v zakřivené konfiguraci v celéjeho délce, ve formě cívek tvořících zesilovač, jak je znázor-něno v obr.5 a 6, například navinutých na válcovém nosiči/íipod.Ohnutí vlákna^je zvoleno podle vynálezu s poloměrem R v pod-statě menším než 140 mm, k umožnění přenosu pouze základníhomodu ve vláknu právě pro vlnové délky nižší než výše uvedená vlnová délka λ _ a zejména právě pro čerpací vlnovou délku λ .

C2 γ P

Ohnutí vláknalzpůsobí přenos pouze základního modu pro vl-nové déllgr, které se zmenšují, jak roste ohnutí vlákna, to jejak se^zi^nšu^lR^. Je tedy možné určit poloměr ohnutí EpXkterý pro danou vlnovou délku a zejména pro čerpací vlnovoudélku je možný pouze přenos základního modu ve vláknu.

Poloměr ohnutí R přijatý pro aktivní vlákno^mé být tedymenší nebo rovný výše uvedenému poloměru R. Prakticky, proto-že ohnutí může být způsobeno mechanickým~zeslabením strukturyvlákna^, způsobením jeho náchylnosti k lomům nebo popraskání,použije se přednostně poloměr ohnutí^rovný R nebo mu blízký. —v

Volba vhodné hodnoty zmíněného ohnutí umožňuje vyloučenímodů vyšších než čerpací vlnová délka z aktivního vlákna^takževe vláknu je veden pouze základní modus čerpacího signálu, za-tímco udržování vybrané vlnové délky by způsobilo vznik maléhopoloměru modu ve vláknu na přenosové vlnové délce. Tímto způsobem je možné dosáhnout zvláště vysoké účinnostizesílení, to je vysokého zisku zesílení na jednotku čerpacíhovýkonu, takže k dosažení žádaného zesílení může být použitokratší vlákno, jak je znázorněno v obr.8,kde je zřejmé, že mů-že být dosažen zisk G s aktivním vláknem délky užitím vlák-na o vybrané délce ^c2>980 nm, podstatně nižší než je délkapotřebná k dosažení stějného zisku s vláknem majícím vybranou vlnovou délku λ -, < 980 nm.cl V dichroickém vazebním člejau 4 vytvořeném na základě pra-videl uvedených ve zmíněne\prihlášce vynálezu č. 22120 A/89 jedopravní vlákno 2 přenášených signálů připojených k čerpacímusignálu monomodálního typu na obou vlnových délkách. Toto vlák-no tudíž má průměr modu na přenosové vlnové délce λ vyšší nežprůměr modu v aktivním vláknu'podle vynálezu. Svar mezi vlákny 5. a 11 způsobuje útlum přenášené vlnové délky vlivem takovéhorozdílu průměrů. -9-

Další útlum světla nastává ve svaru mezi aktivním vláknemj^a optickým vláknem 1 telekomunikační linky. Ačkoliv komerčnědostupná vlákna používaná jako linková vlákna jsou monomodální-ho typu pouze na přenášené vlnové délce, v uvedeném rozsahu od1520 do 1570 nm, mají spíše vysoký průměr modu pro účel dosaže-ní, dobrých spojů apod., rovný nebo větší než průměr modu vazeb-ríhóTvTSíha 5_.

Celkový zisk G,s, v zesilovači-je dán jako vnitřní zisk ak- tivního vlákna G, beze ztrát útlumem A„ vlivem svarů mezi roz-~íin __s ličnými vlákny. K dosažení tohoto výsledku se tudíž od aktivního vlákna vyžaduje zisk G. = Gqv + A . Xíl 6X o

Použití vlákna podle vynálezu majícího velmi malý průměr mo-du, způsobí větší ztráty vlivem svarů ve srovnání se známými ak-tivními vlákny, která jsou monomodální také na vlnové délce λavšak tyto přídavné ztráty se obecně jeví jako zanedbatelnéve srovnání se získaným zvýšením účinnosti.

Minimální poloměr ohybu R vhodného aktivního vlákna7je většínež asi 20 mm a pod touto hodnotou se mechanické napětí zakřive-ného vlákna stává kritickým a navíc ztráty svary v místech spojení dosahují významných hodnot vlivem velkého rozdílu mezi průměryA r modu aktivního vláknaůa linkového vláknajnebo vláknaívystupují-cího z vazebního členu^zatímco poloměry ohybu větší než 140 mmjsou sotva ooužitelné ípro_dosažení významného posunutí vybranévlnové délky. VýhoonjT^R í 35 mm a ještě; výhodně jsi je50 mm ~ Rc 6 100 mm. V souvislosti s uvedenými poloměry ohybuje maximální hod-nota vybrané vlnové délky za přímočarých podmínek, umožňujícímonomodální přenos čerpacího signálu na 980 nm když je vlákno za-křiveno v odpovídajícím poloměru ohybuj^bez dosažení zmíněnýchkritických hodnot s ohledem na mechanickou pevnost vlákna rovna Λ s asi 1280 nm, což odpovídá průměru modu asi 4 /Um. Při po-c / loměru ohybu R^ = 50 mm je hodnota vybrané vlnové délky rovnaλθ = asi 1100 nm a průměr modu je asi 5,9 /Um, zatímco základ-ní modus čerpacího signálu má průměr asi 3,8+4 /Um.

Pro monomodální vlákno za přímočarých podmínek na čerpacívlnové délce je průměr modu na vlnové délce přenášeného signá-lu vyšší než 6 ^um.

Pro nejlepší využití vlastností aktivního vlákna v zesilo-vači podle předloženého vynálezu je to celková délka aktivního -10- vlákna/.která by měla být s výhodou zakřivena v daném poloměru ohybu, ro znamená, že aktivní vlákno/musí mít zakřivenou kon- figuraci, například být navinuto do tvaru cívky na odpovídají- cím nosiči^jak je schematicky zpozorněno na obr.5, bezprostředně za spojovacím svarem 15 s vazebrfímťvř^toem £.

Kdyby výše popsané opatření nebylo možné nebo žádoucí, na-příklad za účelem vyloučení ohybových namáhání způsobených zakři-vením aktivního vlákna/ε přenášených do svaru 15. který obvykletvoři mechanicky slabý bod ve vláknu, jak je patrno z obr.6, můžebýt připuštěna nezakřivená část 16 aktivního vlákna/^která ne-způsobí podstatně snížení výhod způsobených ohybem aktivníhovlákna^ . Délka Lr přímé části 16 aktivního vlákna/^to je části mají-cí větší poloměr ohybu než poloměr definovaný výše bezprost-ředně za vazebním členem/^je menší než 400 mm, výhodněji Lp 200mm.Taková v podstatě přímá délka vlákna může být také uspořádánana druhém konci aktivního vlákna/v blízkosti jeho spojení s lin-kovým vláknem/ aniž by byla význačně snížena účinnost zesílení.

Ve skutečnosti vazba vyšších modů ve vláknu nastává úměrněk délce dráhy signálu ve vláknu a tedy po určité části stanove-né délky nenastává již žádný významný přenos čerpací energiev aktivním vláknu/ze základního modu do vyšších modů.

Na druhé straně mohou být dosaženy užitečné výsledky, toje zvýšeni účinnosti zesílení u zesilovačů majících monomodálníaktivní vláknitaké na čerpací vlnové délce, podle předložené-ho vynálezu, s aktivním vláknem^které je ohnuto pouze v Částisvé délky, kdyby to bylo požadováno pro splnění různých poža-davků, za předpokladu, že část ohnutého vlákna .poloměrem ohybu Xč.odpovídajícím přenosu pouze základního modu čerpacího výkonuje větší než 70 % celkové délky vlákna.

Pro účely konstrukce, zejména pro udržení objemu strukturyzesilovače v omezených mezích ohnutá část vlákna tvoří středníčást aktivního vlákna/ zatímco přední a zadní konec, které jsoupřilehlé ke koncovým svarům vlákna samého, mohou být přímočaré.Nicméně, podle zvláštních požadavků, aktivní vlákno/může takémít větší počet ohnutých Částí vystřídaných s přímft£4$ými částmi/^

Jako příklad bylo vyrobeno aktivní vláknoj^dopované erbiem^řy/a mající tyto charakteristiky: ' -11-

Průměr jádra Číselný otvor (n-^2 -^2)^2 λ (teoretická vybraná vlnovác délka)

Průměr modu signálu

Obsah erbia (hmotnost Er^O^) 3,6 /um 0,23 1100 nm5,3 /um350 ppm S výše uvedeným vláknétn byl vytvořen zesilo^.č^podle vyná-lezu. podle schématu znázorněného v obr.l, ve kterém/vLákno^byloohnuto do spojitých cívek o poloměru ohybu R = 50 mm v celé jehodélce. Za těchto podmínek byla změřena hodnota vybrané vlnovédélky (R) (vybraná vlnová délka na poloměru R) = 980 nm.

Zesilovač používající vlákno měl tyto parametry:

Čerpací výkon 17 mW Délka aktivního vlákna r 8,4 m , ,

Zesilovač byl připojen k 1inkovemurviáknu/.které mělo vy-branou vlnovou délku λ (F) = 1100 nm, dávající přenášený signál

O k zesílení ve výkonu: Výkon vstupního signálu -45 dBm,

Optický vazební člen/zesilovače měl vlákno nesoucí přenáše-ný signál a čerpací signál vybrané vlnové délky Xc(A) = 980 nmo V popsaném uspořádání bylo dosaženo tohoto zisku zesílení: G1.............30 dB.

Pro srovnání byl vytvořen zesilovač mající stejné konstrukč-ní Uspořádání při použití aktivního vlákna?s těmito parametry:Průměr jádra Číselný otvor (n^2 - n^2)1^2 A (teoretická vvbraná vlnovác v délka)

Průměr modu signáluObsah erbia (hmotnost Ep^O^) 3,6 /Um0,21 980 nm6,2 y-um 350 ppm

Vlákno bylo v zesilovači použito za v podstatě přímočarýchpodmínek, ve smyslu dříve uvedeném, za účelem vyvinutí významnýchzměn jeho vybrané vlnové délky.

Zesilovač. směl tyto parametry:

Čerpací výkon 20 mW Délka aktivního vlákna^ 10 m -12-

Signál, který měl být zesílen, nesený aktivním vláknemýpo-dobným onomu z předešlého příkladu měl tento výkon: Výkon vstupního signálu -45 dBm

Bylo dosaženo tohoto zisku zesílení: . r , r 30 dB.

Jak je zřejmé, zesilovač podle předloženého vynálezu bylschopen dávat stejný zisk zesílení jako srovnatelný zesilovačpoužívající v podstatě přímočaré)^ vlékne, ačkoliv bylo použitočásti aktivního vlákna menší délky a byl použit nižší čerpacívýkon, takže bylo dosaženo významně vyšší účinnosti.

Nosná struktura závitů vlákna svinutých do cívky, vhodnápro jejích udržování při daném poloměru ohybu, může být rozmani-tého typu, také v závislosti na konstrukci pouzdra zesilovačea není tudíž podrobně popsána.

Je zřejmé, že může být provedena řada obměn, aniž by sevybočilo z rámce myšlenky vynálezu.

Claims (7)

1. -13 PATENTOVÍ N / E O K Y 71/3o oΜ

   1, Optický zesilovač, zejména pro komunikační linky s optickýmvláknem, pro sériové vložení do optického vlákna linky, z&amp;^r-4-,nující alespoň čerpací laserový vysilač, dichroický vazebníčlen mající dva vstupy připojené k gotickému vláknu linky nesoucímu přenášený signál a k čerpacímu laserovému vysílači avýstup připojený k jednomu konci aktivního vlákna obsahujícíhoflourescenění dopovací. látku vpříslušném optickém jádru, s emisí v rozsahu vlnových délek přenášeného signálu a čerpanýna vlnové délce čerpacího zdroje, vyznačující se tím, že aktiv-ní optické vlákno (7) je vlákno, které vfpodotat-č přímočarémuspořádání umožňuje monomodální světelný přenos na vysílané vl-nové délce a multimodální světelný přenos na čerpací vlnovédélce a je uspořádáno v zakřiveném tvaru alespoň v 70% celkovédélky s poloměrem zakřivenr^oéfpoví dajícím přenosu ve vláknupouze základního modu na čerpací vlnové délce.
2. 2. Optický zesilovač podle bodu 1, vyznačující setím, že ak-tivní vlákno (7) je zakřiveno poloměrem křivostiyod 20 do 140mm. 3o Optický zesilovač podle bodu 2, vyznačující se .tím, že ak-tivní vlákno (7) je zakřiveno poloměrem křivostiVjýod 35 do 100mm.
3. 4. Optický zesilovač podle bodu 1, vyznačující se tím, že pře-nosová vlnová délka je v rozsahu od 1520 do 1570 nm a čerpacívlnová délka je 980 nm (+ 10 nm) a fluorescenční dopovací lát-ka v aktivním vláknu (7) j® erbium^y»
4. 5. Optický zesilovač podle bodu 1, vyznačující se tím, že ak- v tivní vlákno (7) má alespoň zakřivenou část (11) mající poloměrkřivosti odpovídající přenosu ve vláknu pouze základního modu řive- z

   na čerpací vlnové délce, kterážto část je souvislá s-ne2«rf/jnými částmi (16) vlákna , přičemž délka zakřivené části^ébo součet délek zakřivené částic'(je větší než 70% celkové délky ak-tivního vléknuty
5. 6. Optický zesilovač podle bodu 5,, vyznačující se tím, Že aktiv-ní vlákno (7) má jedinou spojitou zakřivenou část (11) majícípoloměr křivosti odpovídající přenosu ve vlk^ánu pouze základní-ho modu na čerpací vlnové délce, při čemž, na ^některém nebo na oboukoncích aktivního vlákna (7) jsou R^aénrv-ené části (16). -14-
6. 7. Optický zesilovač podle boču 6, vyznačující se tím, že aktiv-ní vlákno (7) je zakřiveno poloměrem křivostí^Jcipovídajícím pře-nosu ve vláknu pouze základního modu ne čerpací, vlnové délcepřes jeho celou délku kromě koncových-n^aŽúrivŽí^^ částí (16),které mají každá délku menší než 400 mm.
7. 8. Optický zesilovač podle bodu 7, vyznačující se tím, že konco-vé části (16) ,aktivního vlákna (7) mají délku menší než· 200 mm.