CZ192395A3 - Optical telecommunication system and optical repeater - Google Patents

Description

Optický telekomunikační systém a optický zesilovač

Oblast techniky

Vynález se týká optického telekomunikačního systému a optického zesilovače pro použití v telekomunikačním systému. Zejména se vztahuje na telekomunikační systém a optický zesilovač uzpůsobený pro multiplexní přenos s dělením podle vlnové délky neboli WDM přenos. Při takovém přenosu je několik kanálů, nebo přenášené signály nezávislé na sobě vysílány po stejném vedení, obvykle sestávajícím z optického vlákna, multiplexním přenosem s dělením podle vlnové délky. Přenášené kanály mohou být bud číslicové nebo analogové a jsou vzájemně od sebe odlišovány, protože každý z nich je přiřazen k určité vlnové délce.

Dosavadní stav techniky

Aby se usnadnil přenos na vzdálenosti delší, než je několik set kilometrů, t.j. maximální vzdálenosti, kterých může pasivní vlákno dosáhnout, je zapotřebí učinit opatření proti útlumu signálu použitím jednoho nebo více optických zesilovačů, vřazených podél vedení.

V italské patentové přihlášce M194A000712 stejného přihlašovatele je popsáno přenosové vedení, zahrnující optické zesilovače mající dotované (dopované) vlákno a spojené v kaskádě, které je obzvláště uzpůsobeno pro multiplexní přenos s dělením podle vlnové délky, kde dotující látky v jádře vlákna umožňují dosáhnout vysokého odstupu signálu od šumu ve všech kanálech v předem určeném pásmu vlnových délek, a to i v přítomnosti několika současně zaváděných signálů.

Výše uvedeného výsledku se dosahuje použitím zesilujících vláken, v nichž volba a odměřování vhodných sekundárních dotujících (dopujících) látek, které se mají použít spolu s hlavní dotující látkou umožňují křivku zesílení

-2prostou výraznějších poklesů po celém zesilovacím pásmu.

Konkrétněj i uvedená italská patentová přihláška MI94A000712 náleží mimo jiné k optickým telekomunikačním systémům, které obsahují vysílací prostředek pro generování optických signálů v předem určeném pásmu vlnových délek, přijímací prostředek, optické vláknové vedení pro spojení mezi uvedeným vysílacím prostředkem a přijímacím prostředkem, aktivní vlnovodové optické zesilovací prostředky uložené podél uvedeného vedení, vzájemně pracovně spojené pro přenášení uvedených optických signálů z uvedeného vysílacího prostředku na uvedený přijímací prostředek, přičemž uvedený optický zesilovací prostředek obsahuje nejméně jedno aktivní optické vlákno, jehož jádro je dotováno nejméně jednou hlavní fluorescenční dotující látkou a nejméně jednou sekundární dotující látkou, ve funkčním vzájemném vztahu pro poskytování odstupu optického signálu od šumu na příjmu ne nižšího než 15 dB (měřeno při šířce propustného pásma filtru 0,5 nm) pro každý signál při vlnové délce v uvedeném pásmu, a to jak pro jednotlivý signál v uvedeném pásmu, tak i v přítomnosti nejméně dvou signálů při různých vlnových délkách v uvedeném pásmu, současně vedených do uvedeného zesilovacího prostředku.

Uvedená fluorescenční hlavní dotující látka je podle tohoto řešení s výhodou erbium ve formě oxidu a uvedené sekundární dotující látky jsou hliník, germanium a lanthan ve formě příslušných oxidů. Předem určené přenosové pásmo je podle tohoto řešení s výhodou mezi 1530 a 1560 nm. S výhodou vedení podle uvedeného řešení obsahuje nejméně tři optické zesilovače, sériově zapojené podél vedení, z nichž nejméně jeden má aktivní vlákno, jehož jádro je dotované hliníkem, germaniem, lanthanem a erbiem ve formě příslušných oxidů.

Pro použití takového vedení v optickém telekomunikačním systému je zapotřebí předzesilovače, který je umístěn

-3mezi vedením a přijímačem. Pod pojmem předzesilovač se rozumí zesilovač, vhodně dimenzovaný pro přijímání signálu s nízkým výkonem a jeho zesilování před tím, než se vyšle do přijímacího zařízení, až dosáhne výkonovou úroveň přiměřenou k citlivosti zařízení (v následujícím popisu bude používán termín úroveň pro zkrácené označení výkonové úrovně). Předzesilovač má také za úkol omezovat dynamiku signálu (podrobovat ji kompresi) snižováním výchylky úrovně v signálech vstupujících do přijímače vzhledem k výchylce úrovně v signálech z přenosového vedení. Změna v podmínkách podél vedení by totiž mohla způsobit výchylku úrovně v odchozích signálech, tato změna může vyplývat bud z útlumu ve spojovacím vláknu (který má za následek ztrátu transparentnosti) a možných anomálií ve vláknu (například lokalizované útlumy působené manipulací s kabelem obsahujícím optická vlákna) nebo útlumu optického zesilovače.

V případě popisovaného přenosového vedení jsou poskytovány výchylky až do maximální hodnoty 20 dB. Naproti tomu na vstupu optického přijímače, je-li tento přijímač vytvořen podle evropských norem SDH nebo amerických norem SONET, musí být signálová úroveň v intervalu od -26 dBm do -11 dBm. Pro zajištění bezpečnostního okraje, beroucího v úvahu konstrukční tolerance předzesilovače, se požaduje, aby úroveň signálů vstupujících do optického přijímače byla mezi -25 dBm a -13 dBm. Předzesilovač proto musí snížit dynamiku signálu tak, aby uvedl úroveň signálu na hodnotu v tomto intervalu.

V evropské patentové přihlášce EP 567 941 stejného přihlašovatele, na kterou se zde odvoláváme jako na součást popisu, je popisován optický zesilovač mající omezení výkonu na výstupu, jehož obecné schéma je znázorněno na obr.l. Sestává z optického vlákna dotovaného vzácným zeminovým materiálem nebo materiály, děleného do dvou částí 4, 6, napájených signálem 1 a čerpacím zářením z čerpacího laseru 2 dichroickým vazebním členem 2· Podél vlákna je osazen prvek 5, ab-4sorbující záření ve větší míře při vlnové délce signálu, než na čerpací vlnové délce.

Princip chodu takového zesilovače s omezením výkonu je založen na principu znázorněném na obr.2 ukazujícím průběh čerpacího výkonu (vyjádřeného v mW na svislé ose vlevo) a signálové úrovně (vyjádřené v dBm na svislé ose vpravo) vzhledem k normalizované délce vlákna (na vodorovné ose). Jsou znázorněny dva případy, a to vstupní signál -25 dBm (slabý signál, plnou čarou) a vstupní signál 0 dBm (silný signál, tečkované). Vstupní čerpací výkon je 20 mW. Vyrovnávací působení vyplývá z rovnováhy mezi čerpacím výkonem a výkonem zesíleného signálu ve dvou stadiích před a po lokalizovaném útlumu. V prvním stadiu (vlákno 4.) je silný signál zesílen na úroveň vyšší, než je slabý signál. Slabý signál však využívá čerpacího výkonu méně, protože zbytková složka uvedeného výkonu ve druhém stadiu (vlákno 6) je dostatečná k zesílení signálu na požadovanou výstupní úroveň.

Silný signál využívá naproti tomu čerpací energii v prvním stadiu téměř úplně. Směrem ke konci druhého stadia je zbytkový čerpací výkon velmi nízký a signál je zesílen v malé míře nebo dokonce lehce tlumen tak, že dosahuje stejné úrovně, jako slabý signál. Vstupní signály mezilehlé úrovně mezi uvedenými dvěma mezemi se zřejmě vyvíjejí stejným způsobem ke stejné výstupní úrovni. Vhodnou volbou polohy pohlcovače 5 podél vlákna takový zesilovač zajišťuje signály, mající konstantní výstupní úroveň uvnitř 1 dB v přítomnosti vstupních signálů majících proměnlivou úroveň v intervalu nejméně 15 dB.

Zařízení popsané v EP 567 942, které se má použít v případech, v nichž je požadován optický zesilovač mající silnou kompresi dynamiky signálu, je vhodné pro použití jako předzesilovač v mezibodovém komunikačním systému, který je prostý mezilehlých zesilovačů podél vlákna spojujícího vysí-5lač a přijímač. V tomto případě je vlákno osazeno mezi pasivní spojovací vlákno a přijímač.

Patentový spis USA č.5 280 383 popisuje dvoustupňový optický zesilovač, způsobilý práce při sníženém čerpacím výkonu. Pevní stupeň pracuje v podmínkách lineárního zesílení pro působení určité komprese dynamiky signálu. V jednom z provedení jsou oba stupně od sebe oddělovány izolátorem, který může být následován filtrem majícím průchozí pásmo okolo 10 nm. Izolátor odstraňuje proti směrně se šířící zesílenou spontánní emisi, zatímco pásmový filtr (propust) odstraňuje část zesílené spontánní emise, šířící se ve směru signálu, umožňující procházet zvolené pásmo 10 nm. Na rozdíl od zesilovače popsaného v EP 567 941 má však každý stupeň nezávislý čerpací zdroj a pásmová propust pohlcuje jakýkoli zbytkový čerpací výkon z prvního stupně. Tento zesilovač proto není založen na popsaném mechanismu s diferenciální absorpcí čerpacího výkonu (závislé na signálové úrovni) v prvním stupni a zbytkovým zužitkováním (v případě slabých signálů) čerpacího výkonu ve druhém stupni, což je využito v zesilovači popsaném v EP 567 941. V přítomnosti filtru může tento zesilovač dále pracovat pouze v přenosovém pásmu omezeném na méně než 10 nm, nedostatečném pro multiplexní přenos s dělením podle vlnové délky.

Článek REAP: Erbiové zesilovací čerpání s recyklováním (Recycled Erbium Amplifier Pump) J.-M.P.Delavauxa a kol., popsaný v IEEE Photonics Technology Letters, sv.6, č.3, 3.03 1994, str.376-379, popisuje dvoustupňový předzesilovač, mající vlákno dotované erbiem, používající v druhém stupni zbytkového čerpacího výkonu z prvního stupně. kde použití optického izolátoru, zapojeného sériově s pásmovou propustí se šířkou pásma 6 nm (-1 dB) mezi uvedenými dvěma stupni zařízení umožňuje dosáhnout vysokého zesílení, jakož i nízké šumové číslo pro signál vlnové délky ležící v přenosovém pásmu filtru, přídavně k určité kompresi dynamiky sig-6nálu. Omezením přenosového pásma zařízení na pásmovou propust se zejména odstraní spontánní emise do jiných vlnových dílek, takže nezhoršuje reverzní stav prvního stupně, ani nenasycuje druhý stupeň. Výše uvedený článek se týká přenosu jediného kanálu s vlnovou délkou v rámci propustného pásma přenosu filtrem. Nikde z uvedeném článku nejsou naznačena možná použití zařízení ve WDM optickém telekomunikačním systému (multiplexním systému s dělením podle vlnové délky).

Pro účely dosažení přenosu s více vlnovými délkami se přihlašovatel pokoušel použít zařízení popsané v EP 567 941 jako předzesilovač na konci přenosového vedení WDM s kaskádními zesilovači, jak je popsáno v IT/MI94A000712. Očekávaná komprese dynamiky signálu mezi vstupem a výstupem se však projevila pouze v omezené míře. V případě výchylky 20 dB ve vstupní signálové úrovni se získala výchylka 14 dB ve výstupní signálové úrovni, která je vyšší, než je výchylka povolovaná výše uvedenými normami.

Tento nedostatek se zdá spojený se spontánní emisí a účinku jejího zesilování na absorpci čerpací energie ve dvou stupních zařízení. V případě optických WDM telekomunikací je na výstupu širokopásmového přenosového vedení s kaskádními zesilovači přítomná složka spontánní emise blízká signálům při různých vlnových délkách, která je rozdělena podle souvislého spektra, typického pro typ zesilovacích vláken používaných podél přenosového vedení, zesílená signálová úroveň je vyšší, než je úroveň spontánní emise při odpovídající vlnové délce a zajišťuje odstup signálu od šumu dostatečně vysoký pro umožňování bezporuchového příjmu. Celkový výkon spontánní emise je však spojen s intenzitou přenášených signálů. Slabé signály jsou zesilovány podél vedení s mírným využitkováním energie dodávané čerpáním, takže většina této energie zesiluje spontánní emisi. Silnější signály vyprazdňují ve větší míře úrovně excitované čerpáním a energie, která je k dispozici pro spontánní emisi a její zesíle-Ίηί je menší. Kromě závislosti na úrovni vysílaných signálů spontánní emise roste s růstem počtu zesilovacích stupňů spojených v kaskádě.

V případě širokopásmového přenosového vedení, majícího zesilovače v kaskádě a připojeného k zařízení typu popsaného v EP 567 941, je spontánní emise z přenosového vedení dále zesilována podél aktivního vlákna zařízením a přičítá se ke spontánní emisi generované v samotném aktivním vláknu.

Bylo pozorováno, že spontánní emise, i když má nižší úroveň než signály, mění rozptýlením čerpací energie mechanismus diferenciální absorpce čerpadla pro slabé a silné signály, na níž je kompresní účinek na dynamiku signálu zařízení popsaného v EP 567 941 založen. Konkrétněji v případě slabých signálů je spontánní emise je relativně silná a její zesílení absorbuje energii dodávanou čerpáním již v prvním stupni předzesilovače. Do druhého stupně proto nedosáhne dostatečná čerpací energie pro to,’ aby umožnila zesílení slabých signálů na stejnou výstupní úroveň, jaké je dosahováno se silnějšími vstupními signály, překrývanými nižší spontánní emisí a využívajícími čerpací energií přítomnou v prvním stupni předzesilovače. jako celek proto není druhý stupeň použit přiměřeným způsobem v případě slabých signálů vzhledem k nedostatku zbytkové čerpací energie.

Dobrý chod zařízení, popsaného v EP 567 941 jako předzesilovači v případě mezibodového komunikačního systému, je vysvětlován skutečností, že v tomto případě nejsou signály z komunikačního vedení překrývány relativně vysokou mírou šumu se spektrálním rozdělením podobným spontánní emisi aktivního vlákna zařízení: zařízení je vloženo mezi pasivní spojovací vlákno a přijímač a jediná spontánní emise přítomná v předzesilovači je ta, která je vytvářena podél aktivního vlákna samotného zesilovače a mající relativně nízkou hodnotu.

-8Podstata vynálezu

Řešení výše uvedených problémů je poskytováno vynálezem, umožňujícím pracovat s přenosovými vedení při velmi širokém (25-30 nm) propustným pásmem a úrovní spontánní emise srovnatelnou se signálovou úrovní.

Přihlašovatel objevil, že tlumením spontánní emise v pásmu vlnových délek přilehlém k signálovému pásmu je absorpce čerpacího výkonu působená zesilováním spontánní emise se snižuje na míru dostatečnou pro zajištění toho, že poslední stupeň bude mít k dispozici čerpací výkon potřebný pro zesilování signálů na požadovanou úroveň. Zejména bylo zjištěno, že k tomuto účelu není zapotřebí úplně odstranit spontánní emisi na všech vlnových délkách odlišných od signálové vlnové délky, jak bylo nahrazeno výše. Je dostatečné provádět tlumení spontánní emise v daném intervalu vlnových délek přilehlém signálovému pásmu hodnotou vyšší, než je předem, neboť se zde zjistil významný účinek této spontánní emise na omezení dynamiky signálu, určené minimum

Vynález přináší optický telekomunikační systém, obsahující vysílací prostředek pro generování nejméně dvou optických signálů s rozdílnými vlnovými délkami, obsaženými v předem určeném pásmu vlnových délek, přijímací prostředek, optické vláknové vedení pro spojení mezi uvedeným vysílacím prostředkem a přijímacím prostředkem, aktivní vlnovodové optické zesilovací prostředky uložené podél uvedeného vedení, vzájemně pracovně spojené pro přenášení uvedených optických signálů z uvedeného vysílacího prostředku na uvedený přijímací prostředek, jehož podstatou je, že mezi uvedeným optickým vláknovým vedením a uvedeným přijímacím prostředkem je umístěn optický předzesilovač, obsahující optický vlnovod dotovaný (dopovaný - dále dotovaný) vzácným zeminovým materiálem nebo materiály, napájený přes vazební prostředek čerpacím zářením při čerpací vlnové délce, a signály z uvedené-9ho optického vláknového vedení, diferenciální útlumový prostředek, umístěný na první předem určené poloze podél uvedeného dotovaného vlnovodu, způsobilý působit útlum v uvedeném předem určeném pásmu vlnových délek větší o danou velikost, než je útlum působený při uvedené čerpací vlnové délce, filtrační prostředek umístěný ve druhé předem určené poloze podél uvedeného dotovaného vlnovodu a mající spektrální útlumovou křivku uzpůsobenou přenášet signály při uvedené předem určené vlnové délce bez jejich výraznějšího tlumení a tlumit vyšší hodnotou, než je předem určené minimum, spontánní emisi v pásmu vlnových délek přilehlém k uvedenému předem určenému pásmu, přičemž uvedená první a druhá předem určená poloha diferenciálního útlumového prostředku, uvedená předem určená daná velikost tlumení diferenciálního útlumového prostředku, uvedené předem určené útlumové minimum filtračního prostředku a uvedené pásmo vlnových délek přilehlé k uvedenému předem určenému pásmu jsou zvoleny v takovém funkčním vztahu vůči sobě navzájem, že výchylky výkonu v jednom ze vstupních signálů do předzesilovače v rozsahu 20 dB vyvolávají výchylky výkonu v rozsahu ne větší než 12 dB, vedené do přijímacího prostředku.

S výhodou uvedené pásmo vlnových délek přilehlé k předem určenému signálovému pásmu obsahuje relativní maximum spontánní emise uvedeného optického vlnovodu dotovaného vzácným zeminovým materiálem, který je součástí uvedeného předzesilovače.

S výhodou má uvedené pásmo vlnových délek přilehlé k předem určenému signálovému pásmu relativní maximum spontánní emise uvedeného aktivního vlnovodu, který je součástí zesilovacího prostředku.

Je možné omezovat výchylky výkonu přiváděného do přijímacího prostředku tak, výchylky výkonu jednoho vstupního signálu do předzesilovače v rozsahu 20 dB vyvolávají výchyl-loky výkonu vedeného do přijímacího prostředku v rozsahu ne větší než 9 dB, a při výhodné volbě filtračního prostředku na 6 dB.

Uvedená druhá předem určená poloha uvedeného filtračního prostředku je umístěna podél uvedeného dotovaného vlnovodu s výhodou mezi 15% a 50% celé délky vlnovodu a nejlépe od 20% do 30%.

S výhodou se diferenciální útlumový prostředek ukládá podél dotovaného vlnovodu mezi filtračním prostředkem a výstupem s výhodou v poloze od 50% do 75% celkové délky vlnovodu.

Optický telekomunikační systém podle vynálezu může obsahovat druhý filtrační prostředek uložený podél uvedeného dotovaného vlnovodu a uzpůsobeného pro přenášení signálů v uvedeném předem určeném pásmu bez jejich výraznějšího tlumení a pro tlumení spontánní emise v nejméně jednom pásmu vlnových délek přilehlém k uvedenému předem určenému pásmu. Tento druhý filtrační prostředek je s výhodou umístěn podél uvedeného dotovaného vlnovodu mezi 50% a 75% uvedené délky vlnovodu.

Dotovaný vlnovod je optické vlákno na bázi oxidu křemičitého a uvedený vzácný zeminový materiál použitý jako hlavní dotující látka je erbium. Jako sekundární dotující látky mohou být s výhodou použity hliník, germanium a lanthan nebo hliník a germanium. Filtrační prostředky s výhodou mají mezní vlnovou délku při -3 dB zahrnutou v rozmezí od 1532 do 1534 nm. Uvedené předem určené pásmo vlnových délek s výhodou obsahuje pásmo vlnových délek od 1535 do 1560 nm.

Filtrační prostředek může sestávat z části optického vlákna majícího dvě jádra, opticky vzájemně vázaná pro vlnové délky v uvedeném pásmu přilehlém k uvedenému předem urče-línému pásmu vlnové délky, přičemž jedno z jader je souosé s vláknem a je připojeno na obou koncích k dotovanému vlnovodu a druhé jádro je uloženo mimostředně a je odříznuto na koncích. Alternativně může filtrační prostředek sestávat z interferenčního filtru použitého v odrazu. Například může uvedený filtrační prostředek obsahovat první dichroický vazební člen (vazební prvek) oddělující záření v uvedeném předem určeném pásmu a uvedeném přilehlém pásmu k první svorce a záření při čerpací vlnové délce ke druhé svorce, filtr připojený k uvedené první svorce a uzpůsobený přenášet signály v uvedeném předem určeném pásmu bez jejich tlumení ve výraznější míře a tlumící spontánní emisi v nejméně jednom pásmu vlnových délek přilehlém k uvedenému předem určenému signálovému pásmu, a druhý dichroický vazební člen kombinující záření z prvního filtru se zářením při uvedené čerpací vlnové délce z uvedené druhé svorky. Útlum uvedeného filtrační prostředku v uvedeném pásmu vlnových délek, přilehlém k uvedenému předem určenému signálovému pásmu, je nejméně 6 dB, výhodněji nejméně 10 dB.

Diferenciální útlumový prostředek s výhodou sestává z prvního dichroického vazebního členu, oddělujícího záření v uvedeném předem určeném pásmu k první svorce a záření na uvedené čerpací délce ke druhé svorce, tlumicí součásti připojené k uvedené první svorce, způsobilé tlumit uvedené signály v uvedeném předem určeném pásmu, a druhého dichroického vazebního členu kombinujícího záření z uvedené tlumicí součásti se zářením na uvedené čerpací vlnové délce z uvedené druhé svorky. Mezi uvedenou tlumicí součást a druhý dichroický vazební člen může být vložen optický izolátor.

Diferenciální útlumový prostředek může také sestávat z vinutí majícího předem určený poloměr zakřivení a sestávajícího z jednoho nebo více závitů optického vlákna. Případně může být pro zesilovač použita část stejného dotovaného optického vlákna.

-12S výhodou je útlum uvedeného diferenciálního útlumového prostředku v uvedeném předem určeném pásmu vlnových délek je větší, než je útlum na uvedené čerpací vlnové délce o velikost 5±1 dB.

Optický telekomunikační systém podle vynálezu je obzvláště výhodný v případě, kdy zesilovací prostředek sestává z nejméně tří optických zesilovačů s aktivním vláknem, uložených v kaskádě podél optického vláknového spojovacího vedení. V případě kaskádových zesilovačů je totiž problém akumulace spontánní emise podél vedení obzvláště citelný, především s širokopásmovým přenosem, což lze překonat a vyřešit systémem podle vynálezu.

Optický zesilovací prostředek může obsahovat aktivní vlákno na bázi oxidu křemičitého, mající jádro dotované nejméně jednou fluorescenční hlavní dotující látkou a nejméně jednou druhotnou dotující látkou, a to v takovém funkčním vzájemném stavu, že poskytují odstup signálu od šumu na příjmu, měřený při amplitudě (rozsahu) filtru 0,5 nm, který není menší než 15 dB pro signály vlnové délky ležící v uvedeném předem určeném pásmu, když vstupní signálový výkon na každém z uvedených zesilovačích s aktivním optickým vláknem není nižší, než -16 dBm. S výhodou je uvedená hlavní dotující látka je erbium a uvedené sekundární dotující látky jsou hliník, germanium a lanthan.

Vynález se dále vztahuje na optický zesilovač obsahující optický vlnovod dotovaný na bázi vzácného zeminového materiálu nebo materiálů (prvku nebo prvků vzácných zemin), vstupní prostředek pro jeden nebo více signálu zahrnutých v předem určeném pásmu vlnových délek a v předem určeném rozsahu vstupních výkonů, čerpací prostředek pro uvedený dotovaný vlnovod, uzpůsobený pro poskytování optického čerpacího výkonu na čerpací vlnové délce, vazební prostředek uve-13deného optického čerpacího výkonu a uvedeného vstupního signálu nebo signálů v uvedeném dotovaném vlnovodu, výstupní prostředek pro emitování na dané výstupní úrovni jednoho nebo více výstupních signálů zesílených stimulovanou emisí uvedeného vzácného zeminového materiálu, podrobeného čerpání v uvedeném dotovaném vlnovodu, diferenciální útlumový prostředek, umístěný v první předem určené poloze podél uvedeného dotovaného (dopovaného) vlnovodu, způsobilý poskytovat předem určený útlum mající hodnotu v uvedeném předem určeném pásmu vlnových délek, která je odlišná od útlumu poskytovaném na uvedené čerpací vlnové délce, jehož podstatou je, že obsahuje filtrační prostředek umístěný na druhé předem určené poloze podél uvedeného dotovaného vlnovodu a mající spektrální útlumovou křivku uzpůsobenou přenášet signály na uvedené předem určené vlnové délce bez jejich výraznějšího tlumení a tlumit vyšší hodnotou, než je předem určené minimum, spontánní emisi v pásmu vlnových délek přilehlém k uvedenému předem určenému pásmu, přičemž uvedená první a druhá předem určená poloha, uvedená předem určená útlumová hodnota diferenciálního útlumového prostředku, uvedené předem určené útlumové minimum filtračního prostředku a uvedené pásmo vlnových délek přilehlé k uvedenému předem určenému pásmu jsou zvoleny v takovém funkčním vztahu vůči sobě navzájem, že výchylky výkonu v jednom ze vstupních signálů v rozsahu 20 dB vyvolávají výchylky výkonu ve výstupním výkonu ze zesilovače v rozsahu ne větším než 12 dB.

Optický zesilovač může být s výhodou podle jednoho nebo více přednostních provedení navrhovaných podle vynálezu ve spojení s předzesilovačem jako součást výše uvedeného optického telekomunikačního systému podle vynálezu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr.l schéma známého zesilovače, obr.2 průběh

-14čerpacího výkonu a signálové úrovně podél dvou stupňů zesilovače z obr.l pro dva vstupní signály různého výkonu, obr.3 schéma zesilovače podle vynálezu, obr.4 spektrum spontánní emise vlákna dotovaného erbiem, hliníkem, germaniem a lanthanem, obr.5 přenosovou charakteristiku vroubkového filtru typu použitého s dvoujádrovým optickým vláknem a uzpůsobeného pro použití v zesilovači, obr.6 schéma experimentu pro měření charakteristických znaků zesilovače podle vynálezu, obr.7 grafické znázornění vstupního (A) a výstupního (B) spektra do zesilovače a ze zesilovače v případě čtyř signálů vedených přenosovým vedením, s kaskádovými zesilovači majícími útlum 20 dB mezi zesilovacími stupni, obr.8 vstupní (A) a výstupní (B) spektrum do zesilovače a ze zesilovače v případě čtyř signálů vedených přenosovým vedením s kaskádovými zesilovači majícími útlum 28 dB mezi zesilovacími stupni, obr.9 grafické znázornění vztahu mezi vstupní úrovní a výstupní úrovní pro signály se čtyřmi vlnovými délkami v případě zesilovače podle známého stavu techniky (A) a vynálezu (B), obr.10 schéma alternativního filtračního prvku obr.11 schéma optického telekomunikačního systému podle vynálezu, obr.12 schéma dvoustupňového optického zesilovače vedení podle provedení vynálezu a obr.13 schéma dvoustupňového optického zesilovače vedení podle jiného provedení vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr.3 je znázorněno provedení zesilovače podle jednoho znaku vynálezu. Uvedený zesilovač může být vhodně použit jako předzesilovač v optickém WDM komunikačním systému s kaskádovými zesilovači. Má optické vlákno dotované vzácným zeminovým materiálem, s výhodou vlákno dotované erbiem, rozdělené do tří částí 5, 7 a 9, a napájené čerpacím signálem z laseru 2 přes dichroický vazební člen 4. Signály s rozdílnými vlnovými délkami, obsaženými v daném přenosovém pásmu, vstupují přes vstupní svorku 1, procházejí optickým izolátorem 2 a jsou vysílány přes dichroický vazební člen 4, do

-15první části 5 dotovaného vlákna. Část 5 je připojena k vláknové části 7 přes vroubkový filtr 6 (úzkopásmová zádrž), který je způsobilý tlumit spontánní emisi přítomnou v pásmu vlnových délek přilehlém k přenosovému pásmu signálu. Tento filtr má naproti tomu zanedbatelný útlum v pásmu signálových vlnových délek a čerpací vlnové délky.

Signály jsou dále zesilovány ve vláknové části 7, která končí diferenciálním útlumovým prostředkem 8. působícím útlum v signálovém pásmu větší o předem určenou velikost, než je útlum působený na čerpací vlnové délce.

Ve znázorněném příkladě chod útlumového prostředku 8 s sebou nese kroky oddělování přicházejícího záření podle vlnových délek, útlum signálové složky a ponechávání čerpacího výkonu nezměněného, a následné opětovné kombinování obou složek. Záření při vlnové délce signálu je vedeno dichroickým vazebním členem 12 směrem k útlumovému vláknu 13, kde je tlumeno předem s určeným útlumovým činitelem. Za vláknem 13 může následovat optický izolátor 14, zajišťující další útlum ve směru šíření signálu. Čerpací záření prochází bez útlumu (není-li vzat zřetel na malou ztrátu vyplývající z vazebních členů) podél další větve dichroického vazebního členu 12 a je opětovně kombinováno se signály v dichroickém vazebním členu 15. V příkladě je útlumové vlákno 13 tvořeno vláknem o délce 0,4 m na bázi oxidu křemičitého, dotovaného titanem, majícího číselnou aperturu (NA) 0,109, mezní vlnovou délku 1180 nm a útlum okolo 5,1 dB při 1550 nm.

Izolátor 14 může sestávat (nebo jím být nahrazen) z druhého filtračního prostředku zahrnujícího filtr typu popsaného s odvoláním k filtru 6 a mají stejné útlumové znaky a filtrované pásmo, jako výše uvedený filtr. Uvedený druhý filtrační prostředek pomáhá ve vylučování části spontánní emise, dále generované ve vláknové části 7 v uvedeném pásmu přilehlém k signálům.

-16Poslední vláknová část 9, připojená k výstupu útlumového prostředku 8, působí na signály jejich zesilováním nebo tlumením v závislosti na větším nebo menším zbytkovém čerpacím výkonu, t.j. nakonec na vstupní signálové úrovni, která bude mít za následek kompresi dynamiky výstupního signálu vzhledem k dynamice vstupního signálu. Signály jsou potom vysílány přes izolátor 10 do výstupní svorky 11.

Jako aktivní vlákno bylo použito vlákno na bázi oxidu křemičitého dotované erbiem, hliníkem, germaniem a lanthanem typu popsaného v italské patentové přihlášce Č.MI94A000712, přičemž jádro mělo následující složení, vyjádřené v procentuelním obsahu hmotnosti oxidu:

ΕΓ20β:0,2% Αΐ2θβ:4% Ge02*18% Χ^2θβ·1%·

Takové vlákno mělo číselnou aper turu 0,219 a mezní vlnovou délku 911 mm. Emisní křivka tohoto typu vlákna je znázorněna na obr.4 a byla získána použitím 11 m dlouhého vlákna podrobeného čerpání při 980 nm s čerpacím výkonem vysílaným do vlákna okolo 60 mW. Zvolená délka pro vlákno odpovídá účinnému využití přijatého čerpacího výkonu. Jak je patrné z obrázku, má toto vlákno Spontánní emisi s vrcholem 1530 nm.

Filtrační prostředek je s výhodou uložen podél vlnovodu v místě odlišném od vstupu vlnovodu. Filtrační prostředek tak může odstraňovat nejen spontánní emisi s vysílacího vedení, ale také část spontánní emise generované podél vlnovodu a tímto způsobem zabraňovat, aby zesilování spontánní emise spotřebovávalo čerpací energii, která je k dispozici, a tím poškozovalo schopnost zařízení zesilovat slabé signály. Ukládání filtračního prostředku na vstupu vlnovodu by zvyšovalo vstupní ztráty a zhoršovalo by do stejné míry šumové číslo na vlnové délce provozu filtru.

-17V popsaném uspořádání je vhodná poloha pro filtr 6 od 15% do 50% a s výhodou od 20% do 30% pro celkovou délku aktivního filtru zesilovače.

Poloha diferenciálního útlumového prostředku 8 může být zvolena na bázi kritérií popsaných ve výše uvedené patentové přihlášce EP 567 941, zejména od 50% do 75% celkové délky aktivního vlákna.

Odborník v oboru bude v přítomnosti konkrétních znaků použitého systému a zařízení schopen zvolit nejvhodnější polohy, případ od případu, pro provádění pracovního mechanismu podle vynálezu.

Ve znázorněném příkladě byly části 5, 7 a 9 zvoleny s délkou 3, 5 a 5 m, odpovídajícími poloze filtru 6 a diferenciálního útlumového prostředku 8 přibližně 23% v prvním případě a 62% ve druhém případě celkové délky dotovaného vlákna.

vroubkový filtr 6 je typu majícího optickou vláknovou část se dvěma jádry opticky vzájemně spojenými při zvolené vlnové délce, přičemž jedno z nich je souosé s připojenými optickými vlákny a druhé je uloženo mimostředně a je seříznuto na koncích, jak je popsáno v patentových spisech EP 441 211 a EP 417 441 stejného přihlašovatele, na něž se zde odvoláváme jako na součást popisu. Uvedený filtr je dimenzován tak, že váže v mimostředném jádru pásmo vlnových délek, odpovídající vrcholu spontánní emise dotovaného vlákna, přilehlé k přenosovém pásmu signálů. Oříznutí na koncích mimostředně posunutého vlákna umožňuje, aby vlnové délky do něj přenášené byly rozptylovány v plášti vlákna, takže už nejsou opětovně vázána v hlavním jádru.

V provedeném experimentu bylo použito dvoujádrové

-18vlákno popsaného typu. Jedná mičitého, dotované germaniem vé hodnoty:

útlum při 1530 nm vlnová délka odpovídající útlumu 3 dB délka filtru vzdálenost mezi jádry průměr středního jádra průměru posunutého jádra se o vlákno na bázi oxidu kře a mající následující parametro dB

1533 nm 35 mm 18 μιη um (NA 0,195) um (NA 0,135)

Křivka spektrální odezvy dvoujádrového filtru je zná zorněna na obr.5.

Čerpací laser 2 je laser typu Quantum Well, mající následující znaky:

emisní vlnová délka lambdap = 980 nm maximální optický čerpací výkon P_u = 70 mW

Lasery uvedeného typu jsou například vyráběny společností LASERTRON Inc., 37 North Avenue, Burlington, MA, USA.

Dichroické vazební členy 3, 8 jsou vazební členy se stavenými vlákny, vytvořené z vláken jednovidových při 980 nm a v pásmu vlnových délek 1530-1560 nm, s výchylkami <0,2 dB v optickém výstupním výkonu závislými na polarizaci. Dichroické vazební členy výše uvedeného typu jsou známé a jsou na trhu dostupné a jsou vyráběny například společností GOULD Inc., Fibre Optic Division, Baymedow Drive, Glem Burnie, MD, USA a SIFAM Ltd., Fibre Optic Division, Woodland Road, Torquay, Devon, velká Británie.

OPtocké izolátory 2, 10 a 14 jsou optické izolátory, ve kterých je řízení polarizace nezávislé na polarizaci přenášeného signálu a mají izolaci větší než 35 dB a odrazivost nižší než -50 dB. Izolátory zde použité jsou typu MDL 1-15

-19PIPT-A S/N 1016, dostupné od ISOWAVE, 64 Harding Avenue, Dover, N.J., USA.

na obr.6 je znázorněno experimentální uspořádání použité pro měření vlastností popsaného zesilovač. V takových experimentech byly přiváděny do vlákna 41 multiplexorem 42 pro multiplexování podle vlnové délky čtyři signály 37., 38, 39 a 40 o vlnových délkách lambda₄=1536 nm, lambda₂=1544 nm, lambda₃=1550 nm a lambda₄=1556 nm.

Signály byly generovány odpovídajícím DFB laserem na 1536 nm, zařazeným do koncového zařízení tvořícího přijímač, ECL laserem proměnlivé vlnové délky, s předem provedenou volbou na 1544 nm, s kontinuální emisí, model HP18678A, vyráběný Hewlett Packard Co., Rockwell, MD, USA, DFB laserem ma 1550 nm, s kontinuální emisí, vyráběným ANRITSU Corp.,

5-10-27 Minato-ku, Tokyo, Japonsko, a DFB laserem na 1556 nm, s kontinuální emisí, vyráběným ANRITSU. Multiplexor 42 byl vytvořen pomocí propojovací jednotky 1x4, vyráběné společností E-TEK DYNAMICS lne., 1885 Lundy Ave, San José, CA, USA.

Úroveň vstupních signálů do vedení byla seřízena předřezeným vyrovnávačem 43. Za zesilovačem (boosterem) 44 byly signál vysílány do přenosového vedení obsahujícího čtyři linkové zesilovače 45., 45 ¹ , 45, 45, mající mezi sebou odpovídající proměnlivé tlumiče 46, uzpůsobené pro simulování odpovídajících částí optického vlákna mající různé tlumicí podmínky. Optický zesilovač podle vynálezu a výše popsaný s odvoláním na obr.3 byl uveden na umístěn na konec přenosového vedení. Výstup zesilovače byl připojen k optickému spektrálnímu analyzátoru 48.

Předřazený vyrovnávač 43 sestával ze čtyř měnitelných tlumičů 43a, vyráběných JDS FITEL lne., 570 Heston Drive,

Nepean, Ontario, Kanada, jehož útlum byl seřízen v závislos-20ti na optickém výkonu odpovídajícího kanálu. Zesilovač (booster) 44 byl model TPA/E-12, dodávaný přihlašovatelem. Zesilovače 45, 45' . 45 a 45'byly vzájemně shodné a poskytovaly každý zesílení okolo 30 dB, s celkovým výstupním výkonem okolo +14 dBm. Uvedené zesilovače používaly vlákno dotované Er/Al/Ge/La, navrhované v italské patentové přihlášce IT/MI94A000712 a popsané výše. Optické tlumiče byly model VA5 vyráběný JDS FIFEL (uvedené výše). Optický spektrální analyzátor byl model TQ8345, vyráběný společností ADVANTEST, Shinjuku-NS Bldg., 2-4-1 Nishu-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokio, Japonsko.

EXPERIMENT 1

V prvním experimentu tlumiče 46 poskytovaly každý útlum 28 dB, odpovídající okolo 100 km optického vlákna. Měřily se celkový výkon a výkon samotných signálů jak na vstupu, tak i na výstupu zesilovače 47, realizovaného s vroubkovým filtrem. Celkový výkon, naměřený na vstupu, byl 25,1 μνί (-16,0 dBm), u něhož 3,7 μνί (-24,3 dBm) představovalo signálový výkon. Proto byl poměr mezi signálovým výkonem a celkovým výkonem 0,147. Celkový výkon na výstupu zesilovače byl 2,81 mW (4,5 dBm), z něhož 0,88 mW (-0,55 dBm) odpovídalo signálovém výkonu. Na výstupu byl poměr mezi signálovým výkonem a celkovým výkonem 0,313. Tento poměr byl více než dvojnásobný vzhledem ke vstupu.

EXPERIMENT 2

Ve druhém experimentu se výše uvedený zesilovač 47 porovnal se zesilovačem 47' podle známého stavu techniky, vytvořeného se součástkami a parametry podobnými těm, jaké se použily pro zesilovač 47, a byly popsány s odvoláním na obr.3, avšak s vypuštěním vroubkového filtru a spojením vláknových částí 5 a 7 dohromady.

0br.7A a 7B ukazují spektra měřená na výstupu zesilovačů 47' (bez vroubkového filtru) a 47 (s vroubkovým filt-21rem), přičemž proměnlivé tlumiče 46 byly seřízeny tak, aby poskytovaly každý útlum 20 dB. Tyto hodnoty útlumu odpovídají přenosovému vedení při normálních provozních podmínkách, se silnými signály na vstupu do zesilovače 47 nebo 47’. Porovnání obrázků ukazuje, že v případě silných signálů se oba zesilovače chovají stejně a zajištují ekvivalentní výstupní úrovně pro signály. Je třeba uvést, že rozdíl ve výstupní úrovni mezi signály při rozdílných vlnových délkách, t.j. různé výšce signálových vrcholů, který se nachází v obou případech, lze přičíst rozdílnému zesilovacímu činiteli při rozdílných vlnových délkách přenosového vedení s optickými zesilovači 45. Tento rozdíl však neovlivňuje odstup signálu od šumu, t.j. kvalitu přenosu. Úroveň jednotlivých signálů v případě použití zesilovače poskytovaného filtrem naopak zůstávala téměř stejná jako v případě bez filtru. Polohy na ose Y čar C a D na obou obrázcích ukazují nejvyšší a nejnižší výstupní úrovně čtyř zkušebních signálů s lambda =lambda₄=1556 nm a =lambda₁=1536 nm. Signál s lambda=lambda₄ měl výstupní úroveň 2,6 dBm v případě bez filtru (obr.7A) a 3,5 dBm v případě s filtrem (obr.7B), zatímco signál s lambda=lambdai měl výstupní úroveň -7,1 dBm v případě bez filtru a =-8,3 dBm v případě s filtrem. Dále je možné poznamenat, že podle očekávání spontánní emise s vlnovou délkou blízkou vrcholu 1531 nm byla značně utlumena v přítomnosti vroubkového filtru ve srovnání s případem bez filtru.

EXPERIMENT 3

Srovnáme-li obr.8A a 8B, je možné vidět nadřazenost zesilovače podle vynálezu vzhledem k zařízení podle známého stavu techniky. Uvedené diagramy se získaly v experimentální situaci podobné situaci z experimentu 2, s jediným rozdílem spočívajícím v útlumové hodnotě proměnlivých tlumičů 46 z obr.6, která byla pro novou zkoušku stanovena na 28 dB pro každý z tlumičů. Volbou této hodnoty byla provedena simulace podmínek nejsilnějšího útlumu, poskytovaného pro provoz op-22tického komunikačního vedení typu popsaného v italské patentové přihlášce IT/MI 94A000712 jako výsledek lokalizovaných útlumů podél vláken, útlumů vyplývajících ze stárnutí vláken nebo ztrátě zesílení optických zesilovačů. Tyto podmínky odpovídají slabým signálům na vstupu do zesilovače. 0br.8A, týkající se případu, v němž byl vroubkový filtr nepřítomný, ukazuje signálové výstupní hodnoty mezi -8,3 dBm (lambda = lambda₁=1536 nm, čára C) a -12,9 dBm (lambda=lambda₂=1544 nm, čára D).

Diagram v obr.8B, získaný v uspořádání opatřeným filtrem, ukazuje naopak výstupní úrovně v rozmezí -3,7 dBm (lambda=lambda₁, čára C) a -7,2 dBm (lambda=lambda₂, čára D), které jsou mnohem bližší (při srovnání s případem z obr.8A) na výstupní úrovně dosahované při nízkých útlumových podmínkách (t.j. v případě silných signálů vstupujících do zesilovače). Také v tomto případě bylo možno zjistit účinek vroubkového filtru v pásmu spontánní emise přilehlém k signálovému pásmu, které je velmi tlumeno ve spektru z obr.8B ve srovnání se spektrem z obr.8A. Porovnáním obr.7B a 8B, pokud jde experimentální uspořádání odpovídajících silných a slabých vstupních signálů, je možné vidět, že v prvním případě dosáhl vrchol spontánní emise snížené úrovně vzhledem k signálům a ve druhém případě úrovně srovnatelné se signály. Zesilovač zajistil dostatečně vysokou výstupní úroveň i v případě slabých vstupních signálů, překrývajících spontánní emisi.

EXPERIMENT 4

Systematickou sérií zkoušek, prováděných s proměnlivou vstupní signálovou úrovní, se dosáhlo dat znázorněných na obr.9A a 9B. Tato data ukazují větší kompresi dynamiky signálu dosažené se zesilovačem podle vynálezu ve srovnání se známým zařízením podle známého stavu techniky. Křivky reprodukují průběh signálového výkonu od zesilovače v závislosti na vstupním signálovém výkonu pro každou ze čtyř zkušebních

-23vlnových délek jak v případě, kde je zesilovač opatřen vroubkovým filtrem (obr.9B), tak i v případě zesilovače bez filtru (obr.9A). Je zřejmé, že výchylka výstupního výkonu je snížena v zařízení podle vynálezu do značné míry.

Tím, že se vyvolala výchylka výstupního výkonu v rozmezí -35 dBm a -12 dBm se dosáhl maximální rozdíl 9 dB mezi nejvyšším (+3 dBm) a nejnižším (-6 dBm) výstupním výkonem, naměřeným při jedné z vlnových délek (lambda=lambda₄=1556 nm) v případě zesilovače opatřeného vroubkovým filtrem (obr.9B). V případě zesilovače bez filtru (obr.9A) byl maximální rozdíl mezi koncovými výkony (+3 dBm a -11 dBm) 14 dB při stejných podmínkách pro vstupní signály. Bude zřejmé, že výkonové hodnoty ze zesilovače v případě použití vroubkového filtru jsou vyšší, než pro předzesilovač mající výše uvedené parametry. Bere-li se v úvahu útlum poskytovaný součástkami, jako jsou demultiplexor (6 dB v případě čtyř kanálů) a filtrů (okolo 3 dB po každém kanálu), které budou muset být vloženy mezi předzesilovač a přijímač, může být dostatečný přídavný tlumič s okolo 7 dB pro uvedení výstupních výkonů zpět do požadovaného pásma od -25 dBm do -13 dBm, aniž by byla zhoršena kvalita příjmu.

Použití filtru 6, mající silnější útlum při vrcholu spontánní emise a/nebo větší sklon v křivce spektrální odezvy, může vést k účinnějšímu odstranění spontánní emise a větší kompresi dynamiky signálu.

Zejména může být vroubkový filtr 6 interferenční filtr. Na trhu jsou dostupné interferenční filtry pracující jako pásmové propustě při přenosu a jako vroubkové filtry při odrazu. Zejména se hodí pro použití v rámci vynálezu model WD1530 TF1, vyráběný JDS FITEL. Údaje vztahující se k příslušné součástce, t.j. té, která se použije, jsou:

útlum při 1530 nm 10 dB vlnová délka odpovídající

-24útlumu 3 dB 1534 nm

Výchylka výstupní úrovně, očekávaná při použití tohoto filtru, je 6 dB pro výchylky 20 dB ve vstupní úrovni.

Kromě výše uvedených filtrů mohou být použity filtry jiných typů, pokud mají podobné nebo přísnější vlastnosti v podmínkách absorpce spontánní emise a transparentnosti přenosového pásma signálu a na čerpací vlnové délce.

Jak bylo uvedeno výše, může být útlum filtračního prvku 6 zvolen s více nebo méně vysokou hodnotou ve spojení s požadovaným stupněm komprese dynamiky signálu. Bylo však pozorováno, že pro účel umožňující diferenciální absorpční mechanismus čerpadla pro slabé a silné signály, aby se vedlo k dynamice signálu přizpůsobené znakům přijímače, není potřebné používat velmi vysokých filtračních hodnot vrcholu spontánní emise přilehlého k signálu, nebot je již dostačující zavést útlum uvedeného vrcholu pro dosažení požadovaných výsledků.

Aby se dále snížila absorpce čerpání filtračního prvku 6, může být pro zajištěna nízkoútlumová trasa pro čerpací výkon, aby se předešlo průchodu skutečným filtrem. Například může být filtrační prvek nahrazen sestavou znázorněnou na obr.10, spočívající v použití dvou dichroických vazebních členů 1 a 4 stejného typu, jaké byly popsány výše, kde čerpací záření prochází trasou 3. bez útlumu, zatímco signály procházejí filtrem 2.

Alternativně je možné místo vlákna dotovaného Er/Al/Ge/La použít vlákno na bázi oxidu křemičitého dotovaného Er/Al/Ge, s vrcholem spontánní emise při přibližně

1531,5 nm.

I když vynález byl popsán ve spojení s dotovaným optickým vláknovým zesilovačem, vztahuje se také na zesilovače

-25odlišného typu, používající optický vlnovod dotovaný vzácným zeminovým materiálem, s výhodou erbiem.

Bude možné realizovat optický telekomunikační systém podle vynálezu použitím schématu na obr.11. Systém používá většinu součástek použitých v experimentálním zařízení z obr.6, přičemž těmto součástkám byly přiděleny stejné vztahové značky. Místo proměnlivých tlumičů 46 se použijí části pasivního optického vlákna 46', s výhodou jednovidového typu, v předzesilovači 47 sestávajícím z optického zesilovače 47 podle jednoho ze znaků vynálezu, následovaném demultiplexorem 49, řadou čtyř filtrů 50-53 majících propustné pásmo vystředěné každé okolo signálových vlnových délek a čtyř přijímačů 54-57.

Počet současně přenášených signálů není samozřejmě omezen na čtyři, ale závisí pouze na minimálním oddělení mezi vlnovými délkami přilehlých komunikačních kanálů.

V optickém telekomunikačním systému podle vynálezu, až dosud popsaném, je na přenosovém vedení s kaskádově uspořádanými zesilovači přítomna složka spontánním emise v blízkosti signálů při různých vlnových délkách, která je rozdělena podle souvislého spektra, typického pro druh zesilovačů vedení použitých na přenosovém vedení.

Patentový spis USA č. 5 283 686 popisuje mimo jiné optický zesilovač s filtrem pro odstraňování nežádoucí spontánní emise. V jednom provedení, které je přizpůsobeno pro použití v systému multiplexního přenosu s dělením podle vlnových délek (WDM), obsahuje zesilovač optické vlákno dotované erbiem, připojené k čerpacímu laseru vazebním členem WDM. Filtr obsahuje optický cirkulátor a Braggovy mřížkové reflektory, přičemž kaskáda je připojena k jednomu vstupu optického cirkulátoru, přičemž každý odráží v podstatě pouze na úzkém pásmu vlnových délek včetně vlnové délky komunikač-26ních signálů. V takovém zařízení jsou signály, nejprve zesílené v dotovaném vlákně, odráženy mřížkovými reflektory a dostávají se na výstup přes optický cirkulátor, přičemž nežádoucí spontánní emise se neodráží mřížkami a vystupuje ze zařízení před dosažením výstupu.

Patentový spis USA č.5 392 153 popisuje dvoustupňový optický zesilovač, v němž se druhý stupeň čerpá čerpacím zářením nepoužitým v prvním stupni. V jednom provedení multiplexor demultiplexuje čerpaný a zesílený vstupní signál z prvního stupně a potom multiplexuje zesílený vstupní signál recyklovaným čerpacím zářením pro další zesilování druhým stupněm. Zesilovač má prostředky pro vedení zesíleného vstupního signálu z uvedeného multiplexoru a zajišťování optického izolátoru, který může být optický izolátor, optická vláknová spojka, ztrátový prvek, nebo filtr vlnových délek.

Podle dalšího znaku vynálezu dovolují obzvláštní typy selektivních filtrů odrazu jak zavádět diferenciální útlum mezi signály a čerpacím zářením a odstraňovat spontánní emisi na všech vlnových délkách v pásmu zesílení optického zesilovače, kde nejsou přítomné optické kanály.

Podle dalšího znaku dovoluje přítomnost dalšího zesilovacího stupně další kompresi dynamiky signálu.

Zesilovače popsaného typu se ukazují jako obzvláště výhodné v optických sítích, v nichž mohou signály dosáhnout přijímací stanici po sledování různých drah, které nejsou předem určeny. Schopnost zesilovače vyrovnávat výkon umožňuje v tomto případě udržovat podél částí sítě konstantní úroveň signálů, které nejsou současně zesilovány, nezávisle na různých drahách, které signály před tím mohly sledovat.

Dvoustupňový optický zesilovač vedení podle vynálezu, uzpůsobený pro použití v telekomunikačním systému s multi-27plexním přenosem s dělením podle vlnových délek, bude popsán s odvoláním na obr.12.

Tento zesilovač má především dva stupně, přičemž diferenciální tlumicí prostředek a filtrační prostředek jsou uloženy podél prvního z obou stupňů tak, aby se globálně dosáhla výše uvedená komprese zesílení.

Popis bude proveden na zesilovači vedení, který je uzpůsoben, zejména pokud jde o komunikační signály, na použití v optickém telekomunikačním systému typu popsaného s odvoláním na obr.11, místo zesilovačů 45, 45', 45 a 45'vedení. Počet současně zesilovaných signálů však není omezen na čtyři, jako v popisu, a je pouze omezován potřebou udržovat mezeru mezi jejich vlnovými délkami větší než je minimální hodnota, závisející na obzvláštních znacích použitého systému. V případě potřeby může být zesilovač vedení přizpůsoben odborníkem v oboru podle specifických znaků telekomunikačních systémů, kde má být použit.

První stupeň zařízení je označen jako první stupeň 140. V něm první dichroický vazební člen 103 vede komunikační signály přicházející ze vstupu 101 prvním optickým izolátorem 102, a čerpací záření přicházející z prvního optického čerpacího zdroje, připojeného k dichroickému vazebnímu členu 103 do první sekce 105 optického vlákna dotovaného vzácným zeminovým materiálem, jejíž konec je připojen ke druhému dichroickému vazebnímu členu 106.

Dichroický vazební člen 106 je podobně jako předchozí dichroický vazební člen 103. typu uzpůsobeného pro kombinování záření na čerpací vlnové délce a záření na vlnové délce komunikačních signálů, přiváděných do dvou odlišných vstupů, na společný výstup, a odpovídajícím způsobem uzpůsobeného pro dělení čerpacího záření a komunikačních signálů, vedených do společného vstupu, ke dvěma odděleným výstupům.

-28Jeden výstup dichroického vazebního členu 106 končí na jednom vstupu dichroického vazebního členu 117 stejného typu jako předchozí dichroické vazební členy, pro vytvoření dráhy nízkého útlumu pro čerpací záření.

Mezi druhým vstupem dichroického vazebního členu 106 a druhým vstupem dichroického vazebního členu 117 je uložen útlumový a filtrační optický obvod 130. Obsahuje optický cirkulátor 109, k jehož prvnímu portu 107 je připojen výstup dichroického vazebního členu 106, tlumicí vlákno 110 a filtry 111, 112. 113 a 114 se selektivním odrazem, následované zakončením 115 s nízkou ztrátou, jsou kaskádovitě připojeny ke druhému portu 108 stejného optického cirkulátoru. Třetí port 116 optického cirkulátoru 109 je připojen k dichroickému vazebnímu členu 117.

Výstup tohoto dichroického vazebního členu končí ve druhé sekci 118 aktivního vlákna dotovaného vzácným zeminovým materiálem, následovanou druhým optickým izolátorem 119. Izolátor 119 spojuje první stupeň zařízení s druhým stupněm 150.

Druhý stupeň obsahuje třetí sekci 120 aktivního optického vlákna dotovaného vzácným zeminovým materiálem, jejíž první konec je napájen komunikačními signály přicházejícími z prvního stupně izolátorem 119. Čerpací záření přicházející ze druhého čerpacího zdroje 122 je vedeno do sekce 120 aktivního vlákna přes čtvrtý dichroický vazební člen 121, připojený ke druhému konci sekce 120 aktivního vlákna, opačné k uvedenému prvnímu konci. Komunikační signály procházejí dichroickým vazebním členem 121 do třetího optického izolátoru 123. k němu připojeného, a z něj na výstup 124.

Aktivní optické vlákno je s výhodou optické vlákno na

-29bázi oxidu křemičitého. Použitý vzácný zeminový materiál je s výhodou erbium. Jako sekundární dotující látky mohou být s výhodou použity hliník, germanium a lanthan nebo hliník a germanium. Jako aktivní vlákno může být použito vlákno typu popsaného v citované patentové přihlášce PT/MI94A000712 a popsané výše.

Odpovídající výše popsaná zařízení mohou být rovněž použita pro dichroické vazební členy 103, 106. 117, 121 a pro izolátory 102, 119 a 123.

Čerpací zdroje 104 a 122 mohou být například lasery Quantum Well. Zejména zdroj 104 může být typu již popsaného ve vztahu k zesilovači z obr.3, zatímco pro zdroj 122 je možné uvažovat maximální optický výstupní výkon okolo 80 mW při vlnové délce 980 nm.

Pod pojmem filtr se selektivním odrazem vlnové délky jednoho z komunikačních signálů v optickém komunikačním systému s dělením podle vlnových délek se rozumí optická součástka, která je schopná odrážení podstatného podílu záření s vlnovou délkou v předem určeném pásmu vlnových délek a přenášení podstatného podílu záření s vlnovou délkou vně uvedeného pásma, přičemž uvedené pásmo vlnových délek zahrnuje vlnovou délku a vylučuje vlnové délky jiných komunikačních signálů.

Výstup filtru 114 se selektivním odrazem (filtr umístěný v největší vzdálenosti od optického cirkulátoru) potřebuje být vhodně zakončen, aby se vyloučily parazitní odrazy směrem k optickému cirkulátoru. K tomuto účelu může být použit jeden z postupů známých v oboru, například zakončením zahnutým optickým konektorem 115 s nízkým odrazem. Vhodný konektor je například model FC/APC vyráběný Seikon Giken, 296 1 Matsuhidai, Matsudo, Chiba, Japonsko.

-30Optické spojení mezi různými složkami optického obvodu zesilovače vedení může být provedeno jedním ze známých způsobů, například tavným spojováním. Optické spoje mezi filtry 111, 112. 113 a 114 se selektivním odrazem mohou být také získány optickými konektory, s výhodou typu s nízkým odrazem, aby se umožnilo snadné přidávání nebo odnímání filtrů s různými vlnovými délkami.

Alternativně je možné vytvořit všechny filtry lil. 112, 113 a 114 se selektivním odrazem na jediné sekci vlákna dále popisovanými postupy. Sekce optického vlákna je potom připojena k portu 108 optického cirkulátoru. Tato alternativa má výhodu v tom, že nevyžaduje žádná optická spojení mezi různými optickými filtry, aby se zcela odstranily relativní ztráty.

Pořadí, v němž jsou filtry 111. 112. 113 a 114 se selektivním odrazem uspořádány, netvoří podstatný znak vynálezu v žádné z popisovaných verzí. Toto pořadí může být při realizaci vynálezu obměňováno.

Optické cirkulátory jsou pasivní optické součástky, obvykle se třemi nebo čtyřmi porty v uspořádaném sledu, přenášející jednosměrně vstupní záření do jednoho z portů směrem k pouze jednomu ze zbývajících portů, a to k následujícímu v pořadí. S výhodou se použijí cirkulátory nezávislé na polarizaci. Optické cirkulátory jsou na trhu dostupné součástky. Pro použití v rámci vynálezu jsou uzpůsobeny například model CR1500, vyráběný JDS FITEI lne., 770 Heston Drive, Nepean, Ontario, Kanada, nebo model PIFC 100, vyráběný již uvedenou společností E TEK Dynamics.

Odrazové optické vlnovodové filtry s rozloženým Braggovým odrazem jsou příkladem filtrů se selektivním odrazem, uzpůsobené pro použití podle vynálezu. Odrážejí záření v úzkém pásmu vlnových délek a přenášejí záření vně tohoto pás-31ma. Každý z nich sestává z úseku optického vlnovodu, například optického vlákna, podél něhož vykazuje index lomu periodické výchylky. Jsou-li části signálu odrážené na každé změně indexu ve fázi, je následkem toho konstruktivní interference a dopadající signál je odrážen. Podmínka pro konstruktivní interferenci, odpovídající maximálnímu odrazu, je vyjádřena rovnicí 2.1- /n, kde 1 značí rozteč mřížky tvořené výchylkami indexu lomu, je vlnová délka dopadajícího záření a n je index lomu jádra optického vlnovodu. V literatuře je popsaný jev označován jako rozložený Braggův odraz (distributed Bragg reflection)

Periodická výchylka indexu lomu může být dosažena známými postupy, například exponováním úseku optického vlákna, zbavené ochranného povlaku, interferenčním proužkům tvořeným silným ultrafialovým paprskem (jaký je vytvářen excimerovým laserem, argonovým laserem se zdvojnásobenou frekvencí nebo Nd:YAG laserem se čtyřnásobnou frekvencí), uváděným do interference se sebou samotným vhodným interferometrickým systémem, například křemíkovou fázovou značkou, jak je popsáno v patentovém spisu USA č.5 351 321.

Vlákno a zejména jádro jsou exponovány UV záření, jehož intenzita se periodicky mění podél optické osy. V částech jádra, které zasáhlo UV záření, dochází k částečnému rozrušení vazby Ge - 0, což vyvolá trvalou změnu indexu lomu.

Střední vlnová délka odráženého pásma může být určena libovolně zvolením rozteče mřížky tak, aby se ověřil vztah konstruktivní interference.

Tímto postupem se mohou získat filtry s -3 dB pásmem odražených vlnových délek, které je v typickém případě široké pouze 0,2 až 0,3 nm, s odrazivostí až 99% ve středu pásma, střední vlnovou délkou odraženého pásma, která může být

-32určena během výroby v rozmezí okolo ± 0,1 nm a se střední změnou teploty ne vyšší než 0,02 nm/°C.

Mají-li vlnové délky zdrojů komunikačního signálu toleranční interval, který je širší než 0,2-0,3 nm, jsou zapotřebí filtry s propustným pásmem odpovídající šířky. Například vlnová délka emise zdrojů, jako jsou polovodičové lasery nyní běžně používané, je v typickém případě určována v rozmezí ±1 nm volbou vyráběných laserů.

Optické vláknové filtry s rozloženým Braggovým odrazem mohou být vyráběny s požadovanými parametry: šířka odraženého pásma může být zvětšena nad 0,2 - 0,3 nm rozmítáním rozteče mřížky. To může být prováděno známými postupy, jak je například popsáno v článku P.C.Hilla a kol. v Electronics Letters, SV.3D, Č.14, 07/07/94, Str.1172-1174.

Vyžadují-li provozní podmínky na optickém komunikačním vedení, po jehož délce je použit zesilovač z obr.12, kompenzaci chromatické disperze vlnových délek komunikačních signálů, mohou být použity jako filtry 111, 112. 113 a 114 se selektivním odrazem optické vláknové filtry s rozloženým Braggovým odrazem s rozmítanými mřížkami, vyrobené postupy známými například z článku F.Queletta v Optics Letters, sv.12, č.10, str.847-849, říjen 1987.

Předpokládá-li se, že zesilovač vedení bude použit v podmínkách velkých teplotních výchylek, může být vhodné optické vláknové filtry 111, 112. 113 a 114 tepelně stabilizovat .

Tlumicí vlákno 110 je vyrobeno tak, aby v dané míře tlumilo komunikační signály. S výhodou může být útlum poskytovaný vláknem poloviční vzhledem k útlumu potřebnému pro signály vzhledem ke dvojímu průchodu vláknem 110.

-33Podél optické dráhy mezi koncem první sekce 105 aktivního optického vlákna a začátkem druhé sekce 118 aktivního vlákna ke útlum komunikačních signálů (dichroickým vazebním členem 106, optickým obvodem 130 a dichroickým vazebním členem 117) s výhodou větší o 5 dB ± 1 dB než útlum čerpacího záření (dichroickými vazebními členy 106 a 117).

Přídavně k použití tlumicího vlákna 110. např. typu popsaného s odvoláním na obr.3, může být dosažen lokalizovaný útlum při vlnových délkách signálu jinými známými způsoby, například tím, že se mezi port 108 optického cirkulátoru a filtr 111 se selektivním odrazem vloží spojka pro tavné spojení, vytvořená tak, aby poskytla danou ztrátu. Je známé, jak realizovat útlumové spojky pro tavné spojení mezi konci dvou optických vláken, umístěných jejich odpovídajícími optickými osami s malým odstupem v závislosti na požadované ztrátě.

Lokalizovaný útlum komunikačních signálů může být dosažen také při použití součástek s omezenou odrazivostí při vlnové délce signálu jako filtrů 111, 112. 113 a 114 se selektivním dorazem. Optické vláknové filtry s rozloženým Braggovým odrazem mohou být vyrobeny například při odrazivosti nižší, než je uvedené maximum.

Popsaný zesilovač vedení má dvoustupňovou strukturu. První stupeň 140 sestává ze dvou optických vláknových sekcí, dělených dichroickými vazebními členy 106, 117 a optickým obvodem 130. V případě změny 20 dB ve vstupním výkonu signálu byla zjištěna výchylka ne větší než 6 dB ve výkonu jednoho komunikačního signálu na výstupu prvního stupně.

Druhý stupeň 150 zesiluje signály na výkon dostatečný pro přenos pasivním vláknem následujícím zesilovač. Vzhledem k vysokému stupni nasycení aktivního vlákna 120 druhý stupeň dále přispívá ke kompresi dynamiky signálu. Přihlašovatel

-34— naměřil v zesilovacím stupni s parametry druhého stupně 150 výchylku výstupního výkonu ne vyšší než 0,1 dB na každý dB změny ve vstupním výkonu druhého stupně, a to pro jakýkoli komunikační signál. Přihlašovatel zjistil, že v obecném případě bude tato výchylka nižší než 0,2 dB/ dB.

Izolátory 102, 119 a 123 působí na výstupním konci dvou stupňů, zmenšují šum, zejména šum vyplývající z protisměrně se šířící spontánní emise, Rayleighovu rozptylu a relativnímu odrazu podél komunikačního vedení.

Optický obvod 130 filtruje komunikační signály vzhledem ke spontánní emisi a současně selektivně tlumí komunikační signály vzhledem k čerpacímu záření. Selektivní tlumení působí v souladu s výše vysvětleným mechanismem diferenciální absorpci čerpacího záření ve dvou sekcích aktivního vlákna třetího stupně popsaného zesilovače v případě silných nebo slabých vstupních signálů, z čehož je odvozována komprese dynamiky signálů.

Přítomnost zesílené spontánní emise s vlnovými délkami z komunikačních signálů byla již uvedena jako příčina nízké komprese dynamiky signálů, a to i v případě diferenciálního útlumu signálů vzhledem k čerpacímu záření.

V právě popsaném zesilovači vedení je tento problém řešen kombinováním operace diferenciálního útlumu signálu a čerpacího záření s operací odstraňování spontánní emise na vlnových délkách odlišných od vlnových délek komunikačních signálů, přičemž obě operace jsou prováděny optickým obvodem 130 spolu s dichroickými vazebními členy 106 a 117.

V popsaném zesilovači vedení je spontánní emise generovaná v první sekci aktivního vlákna a šířící se ve směru signálu odstraňována a nešíří se do druhé sekce aktivního vlákna. Spontánní emise je také generována podél druhé sekce

-35118 aktivního vlákna prvního stupně a podél aktivního vlákna 120 druhého stupně. Je-li však více zesilovačů popsaného typu kaskádově zapojeno podél komunikačního vedení, každý z nich přijímá jako vstup, přídavně ke komunikačním signálům, pouze složku spontánní emise generovanou v předchozím zesilovači vedení. Akumulování spontánní emise podél vedení je omezeno. Zejména je výkon spontánní emise s frekvencí \J přítomnou podél vedení za N_A zesilovači vyjádřen následujícím vzorcem ^PASE“^{2 hv n}ap (θ^-1) ⁿA, kde h je Planckova konstanta, n_ap je inverzní úroveň aktivního vlákna, G je celkové zesílení aktivního vlákna a4v je celková šířka pásma ve filtračním prostředku, t.j. v případě vynálezu součet šířek pásem filtrů se selektivním odrazem, sdružených s každým komunikačním signálem.

Každý ze zesilovačů vedení podle vynálezu provádí účinnou kompresi dynamiky signálu popsaným mechanismem, v nepřítomnosti spontánní emise na jeho vstupu, s dostatečnou intenzitou pro bránění diferenciální absorpci čerpacího záření ve dvou sekcích aktivního vlákna v prvním stupni.

Poloha optického obvodu 130 vzhledem ke dvou sekcím aktivního vlákna prvního stupně zesilovače vedení může být zvolena podle stejného kritéria popsaného v citované patentové přihlášce EP 567 941 pro určení polohy filtračních prostředků, a zejména mezi 50% a 75% celkové délky aktivního vlákna.

Odborník v oboru bude v přítomnosti specifických znaků použitého systému a zařízení schopen zvolit nejvhodnější polohy, případ od případu, pro realizaci operačního mechanismu podle vynálezu, jak je popsán.

-36Obr.3 ukazuje schéma dvoustupňového zesilovače vedení podle alternativní verze vynálezu. Součástky odpovídající součástkám z obr.12 mají stejné vztahové značky a pro jejich popis platí, co bylo uvedeno výše. V zesilovači vedení z obr.13 se v první sekci 105 aktivního vlákna prvního stupně 140 čerpá ve směru opačném vůči šíření signálu zářením ze zdroje 104 čerpání, připojeného ke konci aktivního vlákna 105 dichroickým vazebním členem 106. Dichroický vazební člen 103. připojený k opačnému konci sekce 105 aktivního vlákna, vede zbytkové čerpací záření ke konci optického vlákna 131. připojenému svým druhým koncem k dichroickému vazebnímu členu 117, pro vedení zbytkového čerpacího záření do druhé sekce 118 aktivního vlákna, zatímco komunikační signály sledují stejnou dráhu, jako v zesilovači vedení z obr.12.

Ve dvoustupňovém zesilovači vedení podle alternativní verze vynálezu, popsané s odvoláním na obr.13, je zbytkový čerpací výkon z první sekce 105 aktivního vlákna, který je k dispozici pro čerpání ve druhé sekci 118 aktivního vlákna, podle hodnocení přihlašovatelem o něco větší, než v zesilovači vedení popsaném s odvoláním na obr.12. Absorpce protisměrně se šířícího čerpacího záření podél sekce aktivního vlákna působí, že se excitační úroveň pro dotující látku zvyšuje ve směru šíření signálu, t.j. opak toho, co se dělo v první sekci aktivního vlákna zesilovače z obr.12. Na začátku první sekce aktivního vlákna je proto nízký signál zesilován méně, než ve srovnání s případem souběžné se šířícího čerpacího záření. Signál dosahuje s nižším zesílením koncovou část první sekce 105 aktivního vlákna a využívá v menší míře čerpací záření. Potom je zbytkové čerpací záření, které je k dispozici pro druhou sekci aktivního vlákna, větší. Z těchto důvodů se očekává poněkud větší komprese zesílení.

Claims (59)

1. Optický telekomunikační systém, obsahující vysílací prostředek pro generování nejméně dvou optických signálů s rozdílnými vlnovými délkami, obsaženými v předem určeném pásmu vlnových délek, přijímací prostředek, optické vláknové vedení pro spojení mezi uvedeným vysílacím prostředkem a přijímacím prostředkem, aktivní vlnovodové optické zesilovací prostředky uložené podél uvedeného vedení, vzájemně pracovně spojené pro přenášení uvedených optických signálů z uvedeného vysílacího prostředku na uvedený přijímací prostředek, vyznačený tím, že mezi uvedeným optickým vláknovým vedením a uvedeným přijímacím prostředkem je umístěn optický předzesilovač, obsahující optický vlnovod dotovaný vzácným zeminovým materiálem nebo materiály, napájený přes vazební prostředek čerpacím zářením při čerpací vlnové délce, a signály z uvedeného optického vláknového vedení, diferenciální útlumový prostředek, umístěný na první předem určené poloze podél uvedeného dotovaného vlnovodu, způsobilý působit útlum v uvedeném předem určeném pásmu vlnových délek větší o danou velikost, než je útlum působený při uvedené čerpací vlnové délce, filtrační prostředek umístěný ve druhé předem určené poloze podél uvedeného dotovaného vlnovodu a mající spektrální útlumovou křivku uzpůsobenou přenášet signály při uvedené předem určené vlnové délce bez jejich výraznějšího tlumení a tlumit vyšší hodnotou, než je předem určené minimum, spontánní emisi v pásmu vlnových délek přilehlém k uvedenému předem určenému pásmu, přičemž uvedená první a druhá předem určená poloha diferenciálního útlumového prostředku, uvedená předem určená daná velikost tlumení diferenciálního útlumového prostředku, uvedené předem určené útlumové minimum filtračního prostředku a uvedené pásmo vlnových délek přilehlé k uvedenému předem určenému pásmu jsou zvoleny v takovém funkčním vztahu vůči sobě navzájem, že výchylky výkonu v jednom ze vstupních signálů do předzesilovače v rozsahu

-3820 dB vyvolávají výchylky výkonu v rozsahu ne větším než 12 dB, vedené do přijímacího prostředku.

2. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že uvedené pásmo vlnových délek přilehlé k předem určenému signálovému pásmu obsahuje relativní maximum spontánní emise uvedeného optického vlnovodu dotovaného vzácným zeminovým materiálem, který je součástí uvedeného předzesilovače.

3. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že uvedené pásmo vlnových délek přilehlé k předem určenému signálovému pásmu obsahuje relativní maximum spontánní emise uvedeného aktivního vlnovodu, který je součástí zesilovacího prostředku.

4. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že výchylky výkonu jednoho vstupního signálu do předzesilovače v rozsahu 20 dB vyvolávají výchylky výkonu vedeného do přijímacího prostředku v rozsahu ne větším než 9 dB.

5. Optický telekomunikační systém podle nároku 4 vyznačený tím, že výchylky výkonu jednoho vstupního signálu do předzesilovače v rozsahu 20 dB vyvolávají výchylky výkonu vedeného do přijímacího prostředku v rozsahu ne větším než 6 dB.

6. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že uvedená druhá předem určená poloha uvedeného filtračního prostředku je umístěna podél uvedeného dotovaného vlnovodu mezi 15% a 50% celé délky vlnovodu.

7. Optický telekomunikační systém podle nároku 6 vyznačený tím, že uvedená druhá předem určená poloha uvedeného filtračního prostředku je umístěna podél uvedeného dotované-39ho vlnovodu mezi 20% a 30% celé délky vlnovodu.

8. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že uvedená první předem určená poloha uvedeného diferenciálního útlumového prostředku je umístěna podél uvedeného dotovaného vlnovodu mezi 50% a 75% celé délky vlnovodu.

9. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený přítomností druhého filtračního prostředku uloženého podél uvedeného dotovaného vlnovodu a uzpůsobeného pro přenášení signálů v uvedeném předem určeném pásmu bez jejich výraznějšího tlumení a pro tlumení spontánní emise nejméně v jednom pásmu vlnových délek přilehlém k uvedenému předem určenému pásmu.

10. Optický telekomunikační systém podle nároku 9 vyznačený tím, že druhý filtrační prostředek je umístěn podél uvedeného dotovaného vlnovodu mezi 50% a 75% uvedené délky vlnovodu.

11. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že dotovaný vlnovod je optické vlákno na bázi oxidu křemičitého.

12. Optický telekomunikační systém podle nároku 11 vyznačený tím, že uvedený vzácný zeminový materiál je erbium.

13. Optický telekomunikační systém podle nároku 12 vyznačený tím, že uvedené optické vlákno je dále dotováno hliníkem, germaniem a lanthanem.

14. Optický telekomunikační systém podle nároku 12 vyznačený tím, že uvedené optické vlákno je dále dotováno hliníkem a germaniem.

-4015. Optický telekomunikační systém podle nároku 12 vyznačený tím, že filtrační prostředky mají mezní vlnovou délku při -3 dB zahrnutou v rozmezí od 1532 do 1534 nm.

16. Optický telekomunikační systém podle nároku 12 vyznačený tím, že uvedené předem určené pásmo vlnových délek obsahuje pásmo vlnových délek od 1535 do 1560 nm.

17. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že uvedený filtrační prostředek sestává z části optického vlákna majícího dvě jádra, opticky vzájemně vázaná pro vlnové délky v uvedeném pásmu přilehlém k uvedenému předem určenému pásmu vlnové délky, přičemž jedno z jader je souosé s vláknem a je připojeno na obou koncích k dotovanému vlnovodu a druhé jádro je posunuto mimostředně a je odříznuto na koncích.

18. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že uvedený filtrační prostředek sestává z interferenčního filtru použitého v odrazu.

19. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že uvedený filtrační prostředek obsahuje první dichroický vazební člen oddělující záření v uvedeném předem určeném pásmu a uvedeném přilehlém pásmu k první svorce a záření při čerpací vlnové délce ke druhé svorce, filtr připojený k uvedené první svorce a uzpůsobený přenášet signály v uvedeném předem určeném pásmu bez jejich tlumení ve výraznější míře a tlumící spontánní emisi v nejméně jednom pásmu vlnových délek přilehlém k uvedenému předem určenému signálovému pásmu, a druhý dichroický vazební člen kombinující záření z uvedeného prvního filtru se zářením při uvedené čerpací vlnové délce z uvedené druhé svorky.

20. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že útlum uvedeného filtračního prostředku v uvedeném pásmu vlnových délek, přilehlém k uvedenému předem určenému signálovému pásmu, je nejméně 6 dB.

21. Optický telekomunikační systém podle nároku 20 vyznačený tím, že útlum uvedeného filtrační prostředku v uvedeném pásmu vlnových délek, přilehlém k uvedenému předem určenému signálovému pásmu, je nejméně 10 dB.

22. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že uvedený diferenciální útlumový prostřédek sestává z prvního dichroického vazebního členu, oddělujícího záření v uvedeném předem určeném pásmu k první svorce a záření na uvedené čerpací délce ke druhé svorce, tlumicí součásti připojené k uvedené první svorce, způsobilé tlumit uvedené signály v uvedeném předem určeném pásmu, a druhého dichroického vazebního členu kombinujícího záření z uvedené tlumicí součásti se zářením na uvedené čerpací vlnové délce z uvedené druhé svorky.

23. Optický telekomunikační systém podle nároku 22 vyznačený tím, že uvedená tlumicí součást je optické vlákno.

24. Optický telekomunikační systém podle nároku 22 vyznačený tím, že mezi uvedenou tlumicí součást a druhý dichroický vazební člen je vložen optický izolátor.

25. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že uvedený diferenciální útlumový prostředek sestává z vinutí majícího předem určený poloměr zakřivení a sestávajícího z jednoho nebo více závitů optického vlákna.

26. Optický telekomunikační systém podle nároku 11 a 25 vyznačený tím, že uvedené vinutí je vytvořeno z části uvedeného dotovaného optického vlákna.

-4227. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že útlum uvedeného diferenciálního útlumového prostředku v uvedeném předem určeném pásmu vlnových délek je větší, než je útlum na uvedené čerpací vlnové délce o velikost 5±1 dB.

28. Optický telekomunikační systém podle nároku 1 vyznačený tím, že uvedený optický zesilovací prostředek sestává z nejméně tří optických zesilovačů s aktivním vláknem, uložených v kaskádě podél optického vláknového spojovacího vedení.

29. Optický telekomunikační systém podle nároku 28 vyznačený tím, že uvedený optický zesilovací prostředek obsahuje aktivní vlákno na bázi oxidu křemičitého, mající jádro dotované nejméně jednou fluorescenční hlavní dotující látkou a nejméně jednou druhotnou dotující látkou, a to v takovém funkčním vzájemném stavu, že poskytují odstup signálu od šumu na příjmu, měřený při rozsahu (amplitudě) filtru 0,5 nm, který není menší než 15 dB pro signály vlnové délky ležící v uvedeném předem určeném pásmu, když vstupní signálový výkon na každém z uvedených zesilovačích s aktivním optickým vláknem není nižší, než -16 dBm.

30. Optický telekomunikační systém podle nároku 29 vyznačený tím, že hlavní dotující látka je erbium a uvedené sekundární dotující látky jsou hliník, germanium a lanthan.

31. Optický zesilovač obsahující optický vlnovod dotovaný na bázi vzácného zeminového materiálu nebo materiálů, vstupní prostředek pro jeden nebo více signálů zahrnutých v předem určeném pásmu vlnových délek a v předem určeném rozsahu vstupních výkonů, čerpací prostředek pro uvedený dotovaný vlnovod, uzpůsobený pro poskytování optického čerpacího výkonu na čerpací vlnové délce, vazební prostředek uvedeného optického čerpacího výkonu a uvedeného vstupního sig-43nálu nebo signálů v uvedeném dotovaném vlnovodu, výstupní prostředek pro emitování na dané výstupní úrovni jednoho nebo více výstupních signálů zesílených stimulovanou emisí uvedeného vzácného zeminového materiálu, podrobeného čerpání v uvedeném dotovaném vlnovodu, diferenciální útlumový prostředek, umístěný v první předem určené poloze podél aktivního vlnovodu, způsobilý poskytovat předem určený útlum mající hodnotu v uvedeném předem určeném pásmu vlnových délek, která je odlišná od útlumu poskytovaném na uvedené čerpací vlnové délce, vyznačený tím, že obsahuje filtrační prostředek umístěný na druhé předem určené poloze podél uvedeného dotovaného vlnovodu a mající spektrální útlumovou křivku uzpůsobenou přenášet signály při uvedené předem určené vlnové délce bez jejich výraznějšího tlumení a tlumit vyšší hodnotou, než je předem určené minimum, spontánní emisi v pásmu vlnových délek přilehlém k uvedenému předem určenému pásmu, přičemž uvedená první a druhá předem určená poloha, uvedená předem určená útlumová hodnota diferenciálního útlumového prostředku, uvedené předem určené útlumové minimum filtračního prostředku a uvedené pásmo vlnových délek přilehlé k uvedenému předem určenému funkčním vztahu vůči sobě pásmu jsou zvoleny v takovém navzájem, že výchylky výkonu v jednom ze vstupních signálů v rozsahu 20 dB vyvolávají výchylky výkonu ve výstupním výkonu ze zesilovače v rozsahu ne větším než 12 dB.

32. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený tím, že uvedené vlnovodové pásmo přilehlé k uvedenému předem určenému signálovému pásmu obsahuje relativní maximum spontánní emise uvedeného optického vlnovodu dotovaného vzácným zeminovým materiálem.

33. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený tím, že výchylky výkonu jednoho ze vstupních signálů do předzesilovače v rozsahu 20 dB vyvolávají výchylky výstupního výkonu ze zesilovače v rozsahu ne větším než 9 dB.

-4434. Optický zesilovač podle nároku 33 vyznačený tím, že výchylky výkonu jednoho ze vstupních signálů do předzesilovače v rozsahu 20 dB vyvolávají výchylky výstupního výkonu ze zesilovače v rozsahu ne větším než 6 dB.

35. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený tím, že uvedená druhá předem určená poloha uvedeného filtračního prostředku leží podél uvedeného dotovaného vlnovodu v 15% až 50% délky vlnovodu.

36. Optický zesilovač podle nároku 35 vyznačený tím, že uvedená druhá předem určená poloha uvedeného filtračního prostředku leží podél uvedeného dotovaného vlnovodu v 20% až 30% délky vlnovodu.

37. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený tím, že uvedená první předem určená poloha uvedeného diferenciálního útlumového prostředku leží podél uvedeného dotovaného vlnovodu v 50% až 75% délky vlnovodu.

38. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený přítomností druhého filtračního prostředku podél uvedeného dotovaného vlnovodu a uzpůsobeného pro přenášení signálů v uvedeném předem určeném pásmu bez jejich výraznějšího tlumení a pro tlumení spontánní emise v nejméně jednom pásmu vlnových délek přilehlém k uvedenému předem určenému signálovému pásmu.

39. Optický zesilovač podle nároku 38 vyznačený tím, že uvedený druhý filtrační prostředek je umístěn podél uvedeného dotovaného vlnovodu mezi 50% a 75% celkové délky vlnovodu .

40. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený tím, že dotovaný vlnovod je dotované optické vlákno na bázi oxidu

-45křemičitého.

41. Optický telekomunikační systém podle nároku 31 vyznačený tím, že uvedený vzácný zeminový materiál je erbium.

42. Optický zesilovač podle nároku 41 vyznačený tím, že uvedené optické vlákno je dále dotováno hliníkem, germaniem a lanthanem.

43. Optický zesilovač podle nároku 41 vyznačený tím, že uvedené optické vlákno je dále dotováno hliníkem a germaniem.

44. Optický zesilovač podle nároku 41 vyznačený tím, že uvedené filtrační prostředky mají mezní vlnovou délku při -3 dB zahrnutou v rozmezí od 1532 do 1534 nm.

45. Optický zesilovač podle nároku 41 vyznačený tím, že uvedené předem určené pásmo vlnových délek obsahuje pásmo vlnových délek od 1535 do 1560 nm.

46. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený tím, že uvedený filtrační prostředek sestává z části optického vlákna majícího dvě jádra, opticky vzájemně vázaná pro vlnové délky v uvedeném pásmu přilehlém k uvedenému předem určenému pásmu vlnové délky, přičemž jedno z jader je souosé s vláknem a je připojeno na obou koncích k dotovanému vlnovodu a druhé jádro je uloženo mimostředně a je odříznuto na koncích.

47. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený tím, že uvedený filtrační prostředek sestává z interferenčního filtru použitého v odrazu.

48. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený tím,

-46že uvedený filtrační prostředek obsahuje první dichroický vazební člen oddělující záření v uvedeném předem určeném pásmu a uvedeném přilehlém pásmu k první svorce a záření na čerpací vlnové délce ke druhé svorce, filtr připojený k uvedené první svorce a uzpůsobený přenášet signály v uvedeném předem určeném pásmu bez jejich tlumení ve výraznější míře a tlumící spontánní emisi v nejméně jednom pásmu vlnových délek přilehlém k uvedenému předem určenému signálovému pásmu, a druhý dichroický vazební člen kombinující záření z uvedeného filtru se zářením při uvedené čerpací vlnové délce z uvedené druhé svorky.

49. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený tím, že útlum uvedeného filtrační prostředku v uvedeném pásmu vlnových délek, přilehlém k uvedenému předem určenému signálovému pásmu, je nejméně 6 dB.

50. Optický zesilovač podle nároku 49 vyznačený tím, že útlum uvedeného filtračního prostředku v uvedeném pásmu vlnových délek, přilehlém k uvedenému předem určenému signálovému pásmu, je nejméně 10 dB.

51. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený tím, že uvedený diferenciální útlumový prostředek sestává z prvního dichroického vazebního členu, oddělujícího záření v uvedené předem určeném pásmu k první svorce a záření na uvedené čerpací délce ke druhé svorce, tlumicí součásti připojené k uvedené první svorce, způsobilé tlumit uvedené signály v uvedeném předem určeném pásmu, a druhého dichroického vazebního členu kombinujícího záření z uvedené tlumicí součásti se zářením na uvedené čerpací vlnové délce z uvedené druhé svorky.

52. Optický zesilovač podle nároku 51 vyznačený tím, že uvedená tlumicí součást je optické vlákno.

-4753. Optický zesilovač podle nároku 51 vyznačený tím, že mezi uvedenou tlumicí součást a druhý dichroický vazební člen je vložen optický izolátor.

54. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený tím, že uvedený diferenciální útlumový prostředek sestává z vinutí majícího předem určený poloměr zakřivení a sestávajícího z jednoho nebo více závitů optického vlákna.

55. Optický zesilovač podle nároku 40 a 54 vyznačený tím, že uvedené vinutí je vytvořeno z části uvedeného dotovaného optického vlákna.

56. Optický zesilovač podle nároku 31 vyznačený tím, že útlum uvedeného diferenciálního útlumového prostředku v uvedeném předem určeném pásmu vlnových délek je větší, než je útlum na uvedené čerpací vlnové délce o velikost 5±1 dB.

57. Optický telekomunikační systém obsahující vysílací prostředek generující nejméně dva optické signály s rozdílnými vlnovými délkami zahrnutými v předem určeném pásmu vlnových délek, přijímací prostředek, optické vláknové vedení pro spojení mezi uvedeným vysílacím prostředkem a přijímacím prostředkem, aktivní vlnovodový optický zesilovač uložený podél uvedeného vedení, funkčně vzájemně spojené pro přenášení uvedených optických signálů z uvedeného vysílacího prostředku do uvedeného přijímacího prostředku, vyznačený tím, že uvedený aktivní vlnovodový optický zesilovač obsahuje první optický vlnovod dotovaný vzácným zeminovým materiálem, napájený přes vazební prostředek nebo prostředky čerpacím zářením při čerpací vlnové délce z prvního čerpacího zdroje a signály z uvedeného optického vláknového vedení, diferenciální útlumový prostředek, umístěný v předem určené poloze podél uvedeného prvního dotovaného vlnovodu, způsobilý vyvolávat útlum na každé z uvedených vlnových délek signálu, větší o danou velikost, než je útlum působený na uve-48dené čerpací vlnové délce, filtrační prostředek umístěný v uvedené předem určené poloze podél uvedeného prvního dotovaného vlnovodu a se spektrální útlumovou křivkou přizpůsobenou pro přenášení, bez jeho výraznějšího tlumení, záření s vlnovými délkami zahrnutými v řadě vzájemně se nepřekrývajících intervalů, z nichž každý zahrnuje pouze jeden z uvedených optických signálů, a pro tlumení spontánní emise na vlnových délkách vně uvedených intervalů hodnotou vyšší než je předem určené minimum, druhý optický vlnovod dotovaný vzácným zeminovým materiálem, napájený přes vazební prostředek nebo prostředky čerpacím zářením při čerpací vlnové délce z uvedeného druhého čerpacího zdroje a signály z uvedeného prvního optického vlnovodu dotovaného vzácným zeminovým materiálem, přičemž uvedená předem určená poloha, uvedená daná útlumová velikost diferenciálního útlumového prostředku a uvedené předem určené útlumové minimum filtračního prostředku jsou zvoleny v takovém funkčním vztahu vůči sobě navzájem, že výchylky výkonu v jednom ze signálů vedených do zesilovače v rozsahu 20 dB vyvolávají výchylky výstupního výkonu v rozsahu ne větším než 3 dB.

58. Optický telekomunikační systém podle nároku 57 vyznačený tím, že výchylky výkonu v jednom ze signálů vedených do zesilovače v rozsahu 20 dB vyvolávají výchylky výstupního výkonu, zahrnuté v rozsahu ne větším než 2 dB.

59. Optický telekomunikační systém podle nároku 57 vyznačený tím, že uvedená daná útlumová velikost diferenciálního útlumového prostředku je 5 dB ± 1 dB.

60. Optický telekomunikační systém podle nároku 57 vyznačený tím, že uvedený filtrační prostředek zahrnuje filtr s rozloženým Braggovým odrazem.

61. Způsob přenosu optických signálů na optickém komunikačním vedení, obsahujícím kaskádové optické zesilovače

-49s aktivním optickým vláknem, při kterém se zavádějí nejméně dva optické signály s rozdílnými vlnovými délkami do uvedeného optického komunikačního vedení, čerpací záření se vede do do každého z uvedených optických zesilovačů s aktivním optickým vláknem, vyznačený tím, že se filtruje alespoň část spontánní emise v první předem určené poloze podél aktivního vlákna nejméně jednoho z uvedených optických zesilovačů, uvedené optické signály se tlumí vzhledem k uvedenému čerpacímu záření v druhé předem určené poloze podél aktivního vlákna uvedeného nejméně jednoho optického zesilovače, hodnotou větší než je daná velikost, přičemž uvedená první a druhá předem určená poloha a uvedená daná útlumová velikost jsou operativně zvoleny tak, že výchylka výkonu v jednom ze signálů přiváděných do uvedeného zesilovače v rozsahu 20 dB vyvolává výchylku výkonu uvedeného signálu na výstupu uvedeného zesilovače v rozsahu ne větším než 3 dB.

62. Způsob přenosu optických signálů podle nároku 61 vyznačený tím, že uvedená první předem určená poloha se shoduje s uvedenou druhou předem určenou polohou.

63. Způsob přenosu optických signálů podle nároku 61 vyznačený tím, že uvedené filtrování alespoň části spontánní emise zahrnuje odstraňování spontánní emise v pásmech zahrnutých mezi každou dvojicí přilehlých vlnových délek uvedených komunikačních signálů.