CZ23896A3

CZ23896A3 - Bidirectional optical telecommunication system containing bidirectional optical repeater

Info

Publication number: CZ23896A3
Application number: CZ96238A
Authority: CZ
Inventors: Fausto Meli; Alessandro Cavaciuti
Original assignee: Pirelli Cavi Spa
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 1996-08-14
Also published as: NO309788B1; NO960354D0; DE69622050T2; PL312493A1; EP0889562A2; HUP9600175A3; US6018404A; EP0724314B1; ES2132776T3; HU219696B; CN1136247A; EP0889562B1; JPH08265272A; FI960359A; EP0889562A3; FI960359A0; RU2000113800A; ITMI950143A1; PL180013B1; HU9600175D0

Description

Obousměrný optický telekomunikační systém obsahující obousměrný optický zesilovač./ t

I i

Oblast techniky ;

i i

Vynález se týká obousměrného i telekomunikačního systému s optickým vláknem a obousměrného optί ckého-g&sj-lnvače . í

Dosavadní stav techniky

V nedávné minulosti přinesla optická vlákna možnost přenosu informací pomocí optických signálů mezi vzdálenými místy, zejména v oblasti telekomunikací.

Rovněž je známa skutečnost, že optické signály, přenášené po optickém vláknu, jsou podrobeny během jejich přenosu zeslabení, signály je poté zapotřebí zesílit tak, že signál je schopen pokrýt celou potřebnou vzdálenost a dosáhnout přijímací stanice s potřebnou výkonovou hladinou pro správné přijetí přenášených zpráv.

Toto zesíleni může být dosaženo pomocí přídavných zesilovačů, rozmístěných v předem stanovených vzdálenostech podél linky, přičemž zesilovače periodicky zvyšují výkon přenášeného optického signálu.

Za tímto účelem jsou užívány běžné optické zesilovače, kterými je zbytkový signál v optické formě zesílen tak, že není přítomna optoelektronická detekce a jejich elektrooptická regenerace.

Takovéto optické zesilovače jsou založeny na vlastnostech fluorescenčních dopantů, j sou schopné vyvolávat vysokou emisi v pásmu jako je například erbium tak, že pokud správnou luminiscenční energii, dávají vlnovové délky odpovídajícím minimu světelného zeslabení v optických vláknech na bázi křemíku.

Takovéto zesilovače jsou zařízení jednosměrného typu, to znamená, že optický signál má předem stanovený směr pohybu. Tyto jsou popsány například v patentu US 5,204,923 a patentu US 5,210,808 od stejného přihlašovatele. Skutečností je, že optické zesilovače jsou potřebné pro jednotlivé vysoké zesílení hodnot odpovídajícími prvky stejnosměrného typu, přizpůsobenými k daným signálům odrážejícím se ze zesilovačů z nazpět do zesilovačů, například do Rayleighova rozptylu podél linky optických vláken, připojených k zesilovačům.

Výsledkem je to, že obousměrný přenos vyžaduje užití dvou oddělených komunikačních linek, opatřených samostatnými zesilovači, z nichž je každý užit pro komunikaci v jediiom směru. Výsledkem jsou vysoké náklady na toto spojení.

Byly provedeny pokusy k získání obousměrného zesílení pomocí využití jednoho jednosměrného zesilovače vybaveného schopností nabízenou zesilovači s fluoroscenčnim dopantem k zesílení signálů v různých vlnových délkách nezávislým způsobem. Obousměrný zesilovač založený na tomto principu je popsán v článku od S. Seikai nazvaném: Novel Optical Circuit Suitable for Vavelength Division Bidirectional Optical Amplification, zveřejněném v Electronics Letters, Ročník 29, číslo 14. 8. červenec 1993, strany 1268 až 1270. Toto je zařízení, které je umístěno podél přenosového vedení optického vlákna ve kterém jsou dva signály o různých vlnových délkách, šířící se v opačných směrech a které je opatřeno selekčními spojkami vlnových délek a jednotkou jednosměrného zesilovače s vláknem s dopanty, známého typu, propojeny navzájem pomocí úseků pasivního optického vlákna. Obě vlnové délky signálu jsou vnitřní zesílená pásma vlákna s dopanty. Přes selektivní spojky jsou signály s různými vlnovými délkami vpuštěny do různých optických cest přenosu. Dvě optické cesty přenosu splývají pouze v části odpovídající zesilovacímu vláknu, které je vedeno přes dva signály ve stejném směru. Zařízení, které bude podrobněji popsáno dále, vykazuje problémy s nestabilitou v případě vnitřní reflexe v prostoru jedné z vlnových délek šířících se signálů. Tento problém může být odstraněn pouze pomocí dalších filtrů, které mohou být přestavitelné. Výsledkem je velice složitá konstrukce a je potřeba užít zařízení pro nepřetržitou a precisní úpravu uvedených filtrů.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny řešením podle tohoto vynálezu, týkajícího se obousměrného optického zesilovače obsahujícího:

jednotku optického zesílení obsahující alespoň jeden optický izolátor mající zesílené pásmo vlnové délky, dva optické vstupní a výstupní porty pro alespoň dva optické signály mající opačný směr šíření , uvedené signály mají první a druhou vlnovou délku za sebou, přičemž vlnové délky jsou navzájem odděleny a obsahují uvedené zesílené pásmo vlnové délky, dvě první a dvě druhé optické selektivní spojky vlnové délky, mající první propustné pásmo vlnové délky obsahující první vlnovou délku a druhé propustné pásmo vlnové délky obsahuj ící druhou vlnovou délku, přičemž první propustné pásmo vlnové délky a druhé propustné pásmo vlnové délky se navzájem nepřekrývaj ί, jednotka zesílení je připojena mezi dva opačné uzly optického můstkového obvodu k jehož dalším opačným uzlům jsou připojeny vstupní a výstupní porty, v uzlech můstkového obvodu jsou přítomny první a druhé optické selektivní spojky, vyznačující se tím, že první a druhé selektivní spojky jsou umístěny symetricky k zesilovací jednotce a vstupním a výstupním portům daných optických signálů.

Ve výhodném provedení obsahuje zesilovací jednotka alespoň jedno optické vlákno dopované erbiem.

Vlákno obsahuje s výhodou mezi dopanty kysličník hlinitý a germánium, zejména vlákno mezi dopanty obsahuje kysličník hlinitý, germanium a lanthan.

Uvedené propustné pásmo selektivních spojek je s výhodou alespoň 10 nm široké.

V jednotlivých řešeních obsahuje alespoň jedno z propustných pásem alespoň dva signály o různých vlnových délkách.

Ve výhodném provedení mají selektivní spojky vlnových délek výkonostní ukazatel rovný nebo vyšší než 0,5.

Vynález se dále týká obousměrného optického zesilovače obsahuj ícího:

jednotku optického zesílení obsahující alespoň jeden optický izolátor mající zesílené pásmo vlnové délky, dva optické vstupní a výstupní porty pro alespoň dva optické signály mající opačný směr šíření, uvedené signály mají první a druhou vlnovou délku za sebou, přičemž vlnové délky jsou navzájem odděleny, alespoň dvě optické selektivní spojky vlnové délky, mající propustné pásmo vlnové délky obsahuj ící první vlnovou délku a odrazové pásmo vlnové délky obsahující druhou vlnovou délku, přičemž pásma vlnových délek se navzájem nepřekrývají, jednotka zesílení je připojena mezi dva opačné uzly optického můstkového obvodu k jehož dalším opačným uzlům jsou připojeny vstupní a výstupní porty, přičemž můstkový obvod tvoří alespoň jednu zpětnovazební smyčku obsahující zesilovací jednotku a ne více než tři uvedené spojky, vyznačující se tím, že uspořádání uvedených selektivních spojek vlnové délky je takové, že každá ze zpětnovazebních smyček má celkové zeslabení větší než zesílení zesilovače v každé vlnové délce obsažené v zesilovaném pásmu při reflektivitě alespoň 15 dB v jednom z vstupních a výstupních portů, při absenci filtračních prvků.

Ve výhodném provedení tohoto dalšího řešení uvedeného vynálezu se obousměrný optický zesilovač vyznačuje tím, že optický můstkový obvod obsahuje dvě selektivní spojky vlnové délky, mající první propustné pásmo a dvě selektivní spojky vlnové délky, mající druhé propustné pásmo, umístěné v uzlech obvodu samostatně, přičemž spojky jsou umístěny symetricky k zesilovací jednotce.

Vynález se dále týká obousměrného optického zesilovače obsahuj ícího:

jednotku optického zesílení obsahující alespoň jeden optický izolátor mající zesílené pásmo vlnové délky, dva optické vstupní a výstupní porty pro alespoň dva optické signály mající opačný směr šíření, uvedené signály mají první a druhou vlnovou délku za sebou, přičemž vlnové délky jsou navzájem odděleny a obsahují uvedené zesílené pásmo vlnové délky, dvě optické selektivní spojky vlnové délky jednoho typu a dvě optické selektivní spojky vlnové délky druhého typu,

-- mající jednotlivě první propustné pásmo vlnové délky obsahuj ící první vlnovou délku a druhé propustné pásmo vlnové délky obsahující druhou vlnovou délku, přičemž první propustné pásmo vlnové délky a druhé propustné pásmo vlnové délky se navzáj em nepřekrývaj í,

-- mající jednotlivě jedno odrazové pásmo vlnové délky obsahující druhou vlnovou délku a druhé odrazové pásmo vlnové délky obsahující první vlnovou délku,

-- mající každé vlákno společný přístup, jedno přístupové vlákno nesoucí výstupní signály obsahující propustné pásmo vlnové délky a jedno přístupové vlákno nesoucí výstupní signály obsahující odražené pásmo vlnové délky, vyznačující se tím, že první vstupní/výstupní port je propojen s vstupním vláknem první selektivní spojky prvního typu; vlákno nesoucí výstupní signály obsahující propustné pásmo první selektivní spojky prvního typu je propojeno k vláknu nesoucímu výstupní signály obsahující odrazové pásmo první selektivní spojkou druhého typu; vlákno nesoucí výstupní signály obsahující v odrazovém pásmu první prvního typu je připojeno k vláknu nesoucímu obsahující propustné pásmo druhé selektivní selektivní spojky výstupní signály spojky druhého typu, jednosměrná zesilovací jednotka je umístěna mezi vstupním vláknem první selektivní spojky druhého typu a vstupním vláknem druhé selektivní spojky druhého typu tak, že optický izolátor umožňuje průchod radiace ve směru z první selektivní spojky do druhé selektivní spojky druhého typu; vlákno nesoucí výstupní selektivní spojky výstupní signály signály obsahuj ící v propustném pásmu první druhého typu je připojeno k vláknu nesoucímu obsahující odrazové pásmo druhé selektivní spojky prvního typu; vlákno nesoucí výstupní signály obsahující odrazové pásmo druhé selektivní spojky druhého typu je připojeno k vláknu nesoucímu výstupní signály obsahující propustné pásmo druhé selektivní spojky prvního typu; vstupní vlákno druhé selektivní spojky prvního typu je připojeno k druhému vstupnimu/výstupnímu portu.

Podle dalšího nároku se daný vynález týká způsobu obousměrné telekomunikace, obsahujícího:

generování prvního optického signálu a druhého optického signálu v první a druhé vlnových délkách podle pořadí v první a druhé vysílací stanici;

zavedení prvního a druhého signálu do opačných konců optického vlákna telekomunikační linky, podle pořadí;

zesílení prvního a druhého signálu alespoň jednou v optickém zesilovači umístěném na lince;

příjem prvního a druhého signálu postupně v první a druhé přijímací stanici na opačných koncích optického vlákna vzhledem k první a druhé vysílací stanici;

přičemž krok zesílení prvního a druhého signálu je vykonán v jednom optickém zesilovači obsahujícím zesilovací jednotku vlákna obsahující optický izolátor a obsahující:

vysílání všech uvedených signálů alespoň jednou přes první selektivní optickou spojku vlnové délky a odražení všech uvedených signálů alespoň jednou přes druhou selektivní optickou spojku vlnové délky, protiproudem i souproudem zesilovací jednotky, vyznačující se tím, že vysílací a odrážecí kroky zabírají stejnou seqvenci pro všechny uvedené signály.

Přehled obrázků na výkresech

Podrobnější objasnění bude provedeno v následujícím popisu pomocí přiložených výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje schéma zapojení obousměrného přenosového vedení podle tohoto vynálezu;

obr. 2 znázorňuje schéma zapojení spojovací jednotky pro vedení podle tohoto vynálezu;

obr. 3 znázorňuje selektivní reflexní spojku vhodnou pro obousměrné zesilovače a její spektrální přenosovou křivku; obr. 4 znázorňuje spektrální křivky zeslabení přenášených signálů mezi dvojicí přístupových vláken selektivní reflexní spojky prvního typu;

obr. 5 znázorňuje schéma zapojení obousměrného optického zesilovače známého z dosavadního stavu techniky; obr. 6 znázorňuje schéma zapojení obousměrného optického zesilovače zhotoveného přihlašovatelem;

obr. 7 znázorňuje podrobnější schéma zapojení obousměrného optického zesilovače v jednom provedení podle vynálezu; obr. 8 znázorňuje spektrální křivky zeslabení přenášených signálů mezi dvojicí vstupních vláken selektivní reflexní spojky druhého typu;

obr. 9 znázorňuje schéma zapojení přenosového vedení obsahujícího řešení podle vynálezu;

obr. 10 znázorňuje spektrální překrývající signál dvou výstupů obousměrného optického zesilovače v přenosovém vedení znázorněném na obr. 9;

obr. 11 znázorňuje graf měřené bitové chybovosti BER v závislosti na zeslabení mezi zesilovači a přenosovým vedením z obr. 9;

obr. 12 znázorňuje podrobnější schéma zapojení obousměrného optického zesilovače podle druhého provedení vynálezu; obr. 13 znázorňuje graf překrytí měřeného spektra dvou výstupů obousměrného optického zesilovače při absenci optických vstupních signálů;

obr. 14 znázorňuje graf překrytí měřeného spektra dvou výstupů obousměrného optického zesilovače při přítomnosti optických vstupních signálů;

obr. 15 znázorňuje schéma zapojení stejnosměrné zesilovací jednotky, které může být užito v obousměrném zesilovači podle tohoto vynálezu;

obr. 16 znázorňuje schéma zapojení monitorovacího a řídícího systému pro obousměrný optický zesilovač.

Příklady provedení

Jak je vidět na obr. 1, obousměrné telekomunikační optické vedení podle tohoto vynálezu obsahuje dvě stanice A a B, z nichž každá obsahuje příslušné vysílače ΙΑ. 1B a příslušné přijímací stanice 2A. 2B.

Vysílací stanice 1A obsahuje zejména laserový vysílač s první vlnovou délku 7\ (například 1533 nm) a vysílací stanice 1B obsahuje zejména laserový vysílač s vlnovou délkou Ά 2 (například 1556 nm).

Vysílače ΙΑ, 1B jsou vysílače s modulací ve všech směrech nebo přes vnější modulaci podle požadavků vedení, zejména při kontaktu s chromatickou disperzí optických vláken vedení, jejich délkou a předpokládanou rychlostí vysílání.

Výstup všech vysílačů ΙΑ. 1B je umístěn zejména ve vstupu boosteru 3 a později do vstupu spojky 4, která je vybrána mezi jednotlivými vlnovými délkami uvedených laserových vysílačů 1A. 1B.

Výstup selektivní spojky 4, na kterém jsou dvě vlnové délky 7\ 1 a 7) 2 multiplexovány dohromady do stejného vlákna, je připojen k části optického vedení 5. obsahujícího optické vlákno, připojené ke dvěma koncům stanic A a B, každému zvlášt.

Optické vlákno optického vedení 5. je obvykle jednovidové vlákno, buď se skokovou změnou indexu lomu, nebo typu s posunutým rozptylem, většinou začleněné do odpovídajícího optického kabelu a jeho celková délka je několik desítek (nebo stovek) kilometrů mezi jednotlivými zesilovači dokud není požadovaná vzdálenost spojení pokryta.

podle

Podél vedeni 5 j tohoto vynálezu.

e umístěn obousměrný optický zesilovač 6

Ačkoli je v daném popisu uveden jeden optický zesilovač, může být použito několik optických zesilovačů najednou v závislosti na celkové délce optického spojení a výkonu jeho různých částí; například, část vlákna umístěná mezi koncovou stanicí a zesilovačem nebo mezi dvěma následnými zesilovači může být okolo 100 kilometrů dlouhá.

Vysílané optické signály budou generovány zdrojem signálu majícím chopnosti vysílání jako jsou vlnová délka, typ modulace, výkon a navzájem se liší spojením. Vysílací stanice ΙΑ. IB mohou obsahovat vlastní propojovací jednotku, přizpůsobenou k přijetí vnějších optických signálů v originálu a jejich detekci a regeneraci opět s novými vlastnostmi přizpůsobenými vysílacímu systému.

Zejména propojovací jednotky generují příslušné optické pracovní signály mající vlnovou délku , 1\ 2 (tovněž nazývané kvůli jasnosti jako signál a 1>2 signál), přizpůsobené k požadavkům systému, jak bude popsáno dále.

V patentu US 5,267,073 od téhož přihlašovatele, jehož popis je zde uveden pro názornost, jsou popsány propojovací jednotky, které obsahují zejména vysílací adapter, schopný převádět optický vstupní signál do vhodné formy pro přenosové optické vedení a přijímací adapter pro úpravu vysílaného signálu do přijatelné formy pro přijímací jednotku.

Pro užití v systému podle tohoto vynálezu, obsahuje vysílací adapter jako laser generující výstupní signál, laser typu s vnější modulací.

Obr. 2 znázorňuje schéma zapojení propojovací vysílací jednotky typu přizpůsobeného pro užití v tomto vynálezu, ve které jsou kvůli jasnosti optická spojení znázorněna plnou čarou a elektrická spojení, čarou přerušovanou.

Optický signál z vnějšího zdroje 7 je přijímán fotodetektorem (fotodiodou) 8 emitujícím elektrický signál, který je veden do elektronického zesilovače 9..

Elektrický výstupní signál ze zesilovače 9 je veden do řídícího obvodu 10 modulačního zářiče 11 laseru, schopného generovat optické signály v předem vybrané vlnové délce s ohledem na informace o vstupním signálu.

Zároveň může být vstupní obvod 12 se servisními kanály připojen k řídícímu obvodu 10.

Modulační zářič 11 laseru obsahuje laser 13 se spojitým vyzařováním a vnější modulátor 14. například Mach-Zenderova typu, řídící vystupující signál z řídícího obvodu 10.

Obvod 15 prověřuje emisní vlnovou délku laseru 13., udržuje ji na konstantní, předem vybrané hodnotě a kompenzuje případné vnější vlivy jako je teplota a podobně.

Propojovací přijímací jednotky stávajícího typu jsou popsány ve výše uvedeném patentu a jsou dostupné u přihlašovatele pod obchodním jménem TXT/E-EM.

Popřípadě mohou být laserové vysílače ΙΑ, 1B. laserové vysílače pracující na vybraných vlnových délkách, využívající lasery DFB 1533 a 1556 nm. V příkladném vysílání popsaném dále, je užit zejména laser DFB 1533 nm, přímo modulovaný 2,5 Gbit/s, spolupracující s přijímačem v koncovém zařízení modelu SDH SLX-1/16, od Philips Nederland BV, Gravenhage (NL) a laser DFB

1556 nm se spojitým vyzařováním od Anritsu Corp., 5-10-27 Minato-ku, Tokio (JP).

Jak je vidět na obr. 1, boostery 3. zvýšuj í hladinu signálů generovaných vysílači ΙΑ. IB na hodnotu postačující k možnosti uvedených signálů pokračovat přes následující část optického vlákna vyskytující se před přijímací stanicí nebo dostupnými zesilovacími prvky, přičemž udržují potřebnou výkonovou hladinu až do konce na požadované přenosové kvalitě.

Nakonec popisu tohoto vynálezu a pro jeho další užití, je booster 3 například zesilovač optického vlákna komerčně dostupného typu, mající následující parametry:

vstupní příkon	-5 až +2 dBm
výstupní výkon	13 dBm
pracovní vlnová délka	1530 až 1560 nm

Vhodným modelem je TPA/E-12, dostupný u přihlašovatele.

Selektivní spojky 4 jsou optické prvky uzpůsobené k převedení dvou optických signálů o různých vlnových délkách do jednoho výstupního vlákna a k oddělení dvou překrývajících se signálů v jednom vstupním vláknu do dvou optických výstupních vláken podle pořadí, v závislosti na příslušných vlnových délkách. Uvedené selektivní spojky jsou zapotřebí pro získání širokého propustného pásma uzpůsobeného pro možnost separace signálů ve dvou směrech, při absenci přeslechů.

Selektivní spojky 21. 22 mohou být s výhodou typu znázorněného schématicky podrobně na obr. 3A. Mají čtyři optická jednotlivá výstupní vlákna (vstupní nebo výstupní porty) 101. 102. 103, 104 a jsou připojena k selektivnímu odrážecímu segmentu 105 v jejich střední části, přičemž odrážející se segment 105 se chová jako prvek s pásmovou propustností při vysílání a pásmo omezující prvek při odrážení; to jest tento segment 105 je schopen propouštět signály mající vlnovou délku v předem daném pásmu a odrážet signály, jejichž vlnové délky jsou mimo tohoto pásma. Vstupní signál do vlákna 101 selektivní spojky o vlnové délce p uvnitř propustného pásma segmentu 105 je veden například bez podstatného zeslabení k vláknu 103 a rovněž Ά signály jsou přenášeny z vlákna 104 do vlákna 102 nebo symetricky z vlákna 103 do vlákna 101 a z vlákna 102 do vlákna 104. Vstupní signál do vlákna 101 o vlnové délce 9) mimo toto pásmo je naopak odražen k vláknu 104 a rovněž tak _r signály z vlákna 102 k vláknu 103 a symetricky z vlákna 104 k vláknu 101 a z vlákna 103 k vláknu 102.

S pomocí obr. 3B bude dále popsáno propustné pásmo selektivního odrazového segmentu 105 nebo, zejména propustné pásmo selektivní spojky, jejíž pásma vlnových délek jsou uzavřena s minimálním zeslabením vlnové délky při vysílání. Při vysílání přes selektivní odrazový segment 105 není zároveň zeslabeni větší než 0,5 dB s ohledem na součet odpovídajících zeslabení. Šířka tohoto pásma je znázorněna na obr. 3B jako -0.5 dB BV.

Stejným způsobem bude dále popsáno propustné pásmo selektivního odrazového segmentu 105 nebo, zejména propustné pásmo selektivní spojky, jejíž pásma vlnových délek jsou uzavřena s minimálním zeslabením vlnové délky při odrazu. Při odrazu přes selektivní odrazový segment 105 není zároveň zeslabení větší než 0,5 dB s ohledem na součet odpovídajících zeslabení.

Selektivní spojky jsou zvoleny tak, že alespoň část jejich propustného pásma a alespoň část jejich odrazového pásma je spojena s zesíleným pásmem obousměrné zesilovací jednotky 6. a jejich vlnové délky Q\ ^a jsou obsaženy jednotlivě v uvedeném propustném pásmu a odrazovém pásmu.

Příkladné provedení je uvedeno se čtyřmi vstupními vlákny, přičemž selektivní spojky přizpůsobené pro výše uvedené využití mohou mít pouze tři vstupní vlákna, čtvrté (označené například 104) zůstane nevyužité.

Mimochodem, pro tento příklad model VD1515AY-A3, vyráběný firmou Nepean, Ontario (CA), jehož zhotovenému pomocí obr. 3A, přičemž je uvedena varianta pouze se třemi vstupními vlákny 101. 102. 103.

je vhodnou selektivní spojkou JDS Fitel lne., Heston Drive, konstrukce odpovídá popisu

Poměrné spektrální křivky zeslabení jsou znázorněny na obr, 4A a obr. 4B.

Křivky znázorňují přinášené zeslabení na různých vlnových délkách, signálu vstupujícího do stanoveného vlákna selektivní spojky během šíření stanoveným výstupním vláknem. Křivka 4A se zejména týká případu šíření signálů mezi vlákny 102 a 103 a znázorňuje podstatné zeslabení (> 20 dB) pro vlnové délky obsažené v pásmu okolo 10 nm vzhledem k 1533 nm a velmi malé zeslabení (okolo 0.5 dB) pro vlnové délky větší než 1543 nm. Křivka 4B. týkající se případu šíření signálů mezi vlákny 101 a 103 je symetrický vzhledem k předchozímu a znázorňuje velmi malé zeslabení (okolo 0.7 dB) pro vlnové délky obsažené v pásmu okolo 10 nm vzhledem k 1533 nm a podstatným zeslabením (> 20 dB) pro vlnové délky větší než 1543 nm.

Pro selektivní spojku stávajícího typu je šířka výše definovaného propustného pásma okolo 10 nm.

Obdobně je toto znázorněno na obr. 3B, kde je uvedeno propustné pásmo selektivní spojky při -20 dB, přičemž pásmo vlnové délky je zeslabeno né více než 20 dB vzhledem k odpovídajícímu minimálnímu zeslabení při přenosu přes selektivní spojku.

Šířka tohoto propustného pásma při -20 dB (-20 dB BV na obr. 3B) je na místě 20 nm pro selektivní spojku stávajícího modelu.

Výkonostní ukazatel (F.O.M.) selektivní spojky, definovaný jako poměr šířky propustného pásma k šířce propustného pásma při

-20 dB je okolo 0,5 u selektivní spojky stávajícího modelu.

Na obr. 5 j e znázorněno schéma zapoj ení známého obousměrného zesilovače vlnové délky, popsaného ve výše citovaném článku Electronics Letters, S. Seikai a kolektiv. Schéma zapojení vychází z obr. 1 přihlášky.

'i

Zařízení obsahuje optickou jednosměrnou zesilovací jednotku EDFA, čtyři selektivní optické spojky vlnové délky VSC1. VSC8. VSC9. VSC2 a dva optické konektory 106. 107.

Zesilovací jednotka EDFA znázorněná na obrázku přihlášky obsahuje dvoustupňové vlákno dopované erbiem s prvním optickým izolátorem umístěným mezi dvěma stupni a druhým optickým izolátorem umístěným na výstupu druhého stupně. Oba jsou v schémě zapojení označeny ISO.

Selektivní optické spojky vlnových délek jsou z dosavadního stavu techniky známy jako typy JDS1535 (VSC1. VSC2) a JDS1550 (VSC8. VSC9).

Podle dosavadních zkušeností není rozdíl mezi těmito dvěma

-typy.

Selektivní spojky VSC mají dva kanály na vlnových délkách A _a ^a b ^v blízkosti 1-533 pm a 1.550 pm.

Zesilovací obvod vytvořený jako součást umístěná mezi konektory 106. 107. je můstkový obvod, ve kterém je s výhodou využita VSC selektivní spojka jejíž vlastností je schopnost propustit dva optické signály přicházející z různých rohů s různými vlnovými délkami přes zesilovací jednotku EDFA v jednom směru.

Popis se týká tohoto jednoduchého uspořádání, využívajícího čtyř komerčně dostupných (navzájem se nelišících) selektivních spojek VSC schopných pracovat v případě zesilovačů se zesílením nižším než 25 dB, zatímco pro zesílení větší než 30 dB se stává obvod nestabilní vzhledem ke ztrátě v selektivních spojkách. V dalším objasnění tohoto problému se popis týká užití další selektivní spojky VSC4 typu JDS1535 na vstupní větvi 1.55 pm smyčky a dvou optických laditelných filtrů TOF1 a TOF2 na vstupních větvích pro redukci náhodných emisních šumů. Pokud jsou uvedené filtry umístěny u selektivních spojek VSC. stává se systém nestabilním při 1.54 pm při přechodu přes propustná pásma selektivní spojky.

Dále jsou navrženy selektivní optické spojky mající mnohem složitější konstrukci. Ještě dále se užívá laditelných typů filtrů, které umožňují přesné a plynulé přestavení a proto je užití dalších ověřovacích prvků vytvářejících praktický komplet potřebného uspořádání ještě více obtížné.

Zařízení 6. v obr. 6 znázorňujícím schéma zapojení odpovídá obousměrnému zesilovači zhotovenému podle jednoho možného řešení dle přihlašovatele.

Toto obsahuje jednu jednosměrnou jednotku 20., která bude popsána dále, dvě selektivní optické spojky 21 a 22 vlnové délky, dva optické konektory 106. 107 a úseky 23, 29 pasivního optického vlákna.

Jak je vidět na obr. 6, je konektor 106 připojen k vláknu 101 selektivní spojky 21. Spojení mezi vláknem 102 selektivní spojky 21 a vláknem 102 selektivní spojky 22 je proveden pomocí vlákna 23 a spojení mezi vláknem 104 selektivní spojky 21 a vláknem 104 selektivní spojky 22 je proveden pomocí vlákna 29. Jednosměrná zesilovací jednotka 20 je připojena mezi vlákno 103 selektivní spojky 21 a vlákno 101 selektivní spolky 22 tak, že operační směr uvedené jednotky je v jednom směru jdoucím od selektivní spojky 21 k selektivní spojce 22. Nakonec, konektor 107 je připojen k vláknu 103 selektivní spojky 22.

Jednosměrná zesilovací jednotka 20 je optická zesilovací jednotka, s výhodou typu zesilovače optického vedení, vyznačující se tím, že zesiluje pásmo vlnové délky, uvnitř kterého jsou operační vnlové délky k a A 2 ^v obou směrech obousměrného zesilovače 6. selektovány. Vhodným linkovým zesilovačem je například typ vyráběným přihlašovatelem pod obchodním jménem OLA/E-MV , který bude podrobněji popsán dále.

Selektivní spojky 21,, 22 jsou popsány pomocí obr. 3A.

Selektivní spojky jsou takové, že vybraná alespoň část jejich propustného pásma a alespoň část jejich odrazového pásma je spojena uvnitř zesilovací jednotky v zesílené pásmo a poté je vlnová délka k ^uvnitř uvedeného propusného pásma a vlnová délka A 2 J^e uvnitř odpovídajícího odrazového pásma.

Použité selektivní spojky jsou například modely VD1557AY-4, vyráběné výše uváděnou firmou JDS Fitel. Toto je model podobný výše popsanému modelu VD1515AY-A3, který je samozřejmé proveden se čtyřmi vstupními vlákny 101. 102. 103. 104. Odpovídající spektrální křivky zeslabení mezi vlákny 101 a 104 a mezi vlákny 102 a 103 jsou prakticky shodné s těmi, které jsou uvedeny na obr. 4A, Obdobně jsou spektrální křivky zeslabení mezi vlákny 101 a 103 a mezi vlákny 102 a 104 prakticky shodné s těmi, které jsou uvedeny na obr. 4B. Pro tyto modely selektivních spojek nabývá výkonostní ukazatel (F.O.M) hodnoty okolo 0,5.

Optické konektory 106. 107 mohou být série SPC, vyráběné firmou Seikon Giken, 296-1 Matsuhidai, Matsudo, Chiba (JP).

Jak je vidět z obr. 6, v případě selektivní spojky 21. prochází vstupní signál vlnové délky k do vrstvy vlákna 101 přes selektivní spojku změněn a odchází vláknem 103. Vstup 2 signálu do vlákna 104 je odražen a poslán výstupem k vláknu 101. Vstup k 2 signálu do vlákna 102 je odražen a poslán výstupem k vláknu 103. Zrovna tak v případě selektivní spojky 22. v případě vstupu signálů do vstupního vlákna 101 o vlnové délce k 1 a vlnové délce k 2’ ^1 signál prochází přes selektivní spojku nezměněn a vystupuje z vlákna 103. zatímco signál 9^ ₂ je odražen a poslán k výstupu vlákna 104. vstup Q\ ₂ signálu do vlákna 103 je odražen a poslán k výstupu vlákna 102. 9 ₂ signál z vysílací linie prochází konektorem 107 a protože přenáší dva odrazy (22 a 21) je zesilován v zesilovací jednotce 20 a po projití dvěma dalšími zesilovači (22 a 21) vystupuje přes konektor 106. 9\ | signál z vysílací linie je, místo toho přes konektor 106, vysílán přes selektivní spjku 21. zesílen a poté odeslán přes selektivní spojku 22.

Zařízení je proto schopné najednou zesilovat signály o dvou vlnových délkách v různých směrech.

V každé vysílací části se proto selektivní spojka chová jako filtr s pásmovou propustností (jak je vidět na obr. 4B) a tak způsobuje náhodnou emisi na vlnové délce nacházející se mezi 9) a 9 ₂ šířící se spolu se signály. Naopak, každý odraz selektivní spojky se chová jako filtr omezující pásmo (obr. 4A) a nesnižuje náhodné emise.

Vložením výše popsaného obousměrného zesilovače 6. do schéma optického zapojení odpovídajícího zapojení na obr. 1 ve kterém vysílač 1A pracuje na 1533 nm a vysílač 1B pracuje na 1556 nm při zesílení 26,7 dB v každém vláknu 5. bude výkon v pozicích I, II, III, IV, V, VI znázorněných na obr. 1 různý. Toto je souhrnně uvedeno v následující tabulce 1.

Tabulka 1

Pozice

Výkon (dBm)

II

III

IV

VI

1533 nm + 11

- 15,7 + 7,7 = 1556 nm + 7,7

- 15,7 + 11

Alternativní verze obousměrného optického zesilovače podle tohoto prvního uspořádání je dosaženo modifikací stávajícího uspořádání užitím selektivních spojek 21 ’ . 22’ tak, že jsou selektovány vlnové délky Ολ a ₂ obsažené v odpovídajících odrazech a pásmech propustnosti a procházejí současně v opačném směru šíření signálů Q\ a ₂ tak, že je připojen optický konektor 106 k segmentu vysílací linie, kde vstupuje signál ₂a optický konektor 107 k segmentu vysílací linie, kde vstupuje signál 7)

Jak je uvedeno na obr. 7 obsahuje druhé možné řešení obousměrný zesilovač zhotovený dle přihlašovatele, obsahující dvě selektivní optické spojky 31 a 32, jednosměrnou zesilovací jednotku 20, dva optické konektory 106. 107. optický izolátor 33 a úseky 34, 35 pasivního optického vlákna.

Jak je patrné z obr. 7, je konektor 106 připojen k vláknu 101 selektivní spojky 31. Spojení mezi vláknem 102 selektivní spojky 32 a vláknem 102 selektivní spojky 31 je zajištěno pomocí podélného vlákna 34. které je opatřeno optickým izolátorem 31. přičemž optický izolátor 31 je upraven k směrování záření pouze ve směru ze selektivní spojky 32 do selektivní spojky 31. Spojení mezi vláknem 103 selektivní spojky 31 a vláknem 104 selektivní spojky 32 je provedeno pomocí prvků vlákna 35.. Jednosměrná zesilovací jednotka 20 je tak připojena mezi vláknem 104 selektivní spojky 31 a vláknem 101 selektivní spojky 32 tak, že pracovní směr uvedené jednotky je pouze z selektivní spojky 31 do selektivní spojky 32. Nakonec je konektor 107 připojen k vláknu 103 selektivní spojky 32.

Jednosměrná zesilovací jednotka 20 a optické konektory 106. 107 jsou stejného typu jako ty, které jsou použity v zařízení popsaném s pomocí obr. 6.

Pracovní vlnové délky QV a *V\ ₂ ^v každém směru z obousměrného zesilovače jsou vybrány ze zasíleného pásma jednosměrné zesilovací jednotky 20.

Optický izolátor 33 je typ nezávislý na polarizaci vysílaného signálu, s izolací větší než 35 dB a odrazivostí menší než - 50 dB.

Vhodný izolátor je model DML 1-15 PIPT-A S/N 1016 dodávaný firmou Isowave, 64 Harding Avenue, Dovvr, New Jersey (US).

Selektivní spojky 31 a 32 jsou selektivní spojky odrazového typu, obdobné těm, které jsou popsány s pomocí obr. 3A a jsou tak selektivní, že příslušná propustná pásma jsou umístěna uvnitř zesilovacího pásma jednosměrné zesilovací jednotky 20. Propustná pásma selektivních spojek 31, 32 obsahují příslušné vlnové délky a 7) 2· Propustná pásma selektivních spojek 31. 32 se kromě jiného nepřekrývají. Vlnové délky 7^a ₂ ^se nacházejí uvnitř příslušných odrazových pásem selektivních spojek 32, 31.

Pro selektivní spojku 31 může být využit model VD1515AX-4, přičemž pro selektivní spojku 32 může být využit model VD1557AY-4, oba vyráběné firmou JDS Fitel. Charakteristika druhé, obdobné se selektivní spojkou popsanou v souvislosti se zařízením na obr. 6, byla rovněž popsána. Spektrální charakteristiky, dříve uvedené, jsou znázorněny na obr. 8A a 8B. Zde jsou uvedeny křivky obdobné těm, znázorněným na obr. 4A a 4B s popisem odpovídajícím popisu k těmto obrázkům. Zejména, výkonostní ukazatel (F.O.M.) selektivní spojky v tomto případě má hodnotu okolo 0.5. Na rozdíl od případů znázorněných na obr. 4A a 4B je vlnová délka středu propustného pásma selektivní spojky zrovna tak daleko jako u modelu VD1515AX-4, okolo 1557 nm.

Jak je vidět na obr. 7, v případě selektivní spojky 31. jeden signál s vlnovou délkou j uvnitř pásma selektivní spojky 31 vstupující do vstupního vlákna 101 je odražen selektivní spojkou 31 a odchází vláknem 104. Jeden signál s vlnovou délkou uvnitř pásma selektivní spojky 32 (a tím mimo pásmo selektivní spojky 31) vstupující do vlákna 103 je vysílán a poslán mimo vláknem 101. Jeden vstupní signál do vlákna 102 o vlnové délce ₂ je vysílán a poslán mimo vláknem 104.

V případě selektivní spojky 32 při vstupních signálech na vstupním vláknu 101 s vlnovými délkami Q\ a \ ₂ ’ 'h 1 ^sigⁿál prochází nezměněn přes selektivní spojku 32 a vystupuje z vlákna 103. přičemž ΗΊ 2 signál je odražen a poslán mimo vláknem 104. Vstupní signál do vlákna 103 s vlnovou délkou Q\ ₂ je odražen a poslán mimo vláknem 102.

Signál ₂ z vysílací linie přes konektor 107 je takto podroben odrazu 32 a vysílání, je zesílen v zesilovací jednotce 20 a opět je veden k odrazu 32 a vysílání 31. před tím než vystoupí konektorem 106. Signál Ql z vysílací linie přes konektor 106 je odražen selektivní spojkou 31. zesílen a poté vysílán přes selektivní spojku 32 ke konektoru 107.

V tomto případě je zařízení schopné najednou zesilovat signály o dvou vlnových délkách v různém směru.

Selektivní spojky se takto chovají v každém pásmu jako filtry s pásmovou propustností jak je vidět na obr. 4B a obr. 8B, přičemž vytvářejí přirozenou emisi na vlnovách délkách nacházejících se mezi Q\. a ₂ šířících se dohromady se signály. Na rozdíl od všech odrazů, se selektivní spojky chovají jako filtry omezující pásmo (obr. 4A a obr. 8A) a nesnižují přirozenou emisi.

V každém směru šíření je proto alespoň jedna část pro prvek zeslabení přirozené emise.

Dále, optický izolátor zastavuje přirozenou emisi, šířící se z vlákna 102 selektivní spojky 31 do vlákna 102 selektivní spojky 32 která může být rovněž přidána po odrazu k výstupnímu signálu ₂ ^z vlákna 103 samotné selektivní spojky ke konektoru 107.

Výše popsané zařízení bylo odzkoušeno ve spojení se s pomocí obr znázorněno na 1, přiděleny simulační a vysílací linií typu shodného s typem popsaným 1. Přizpůsobené zkušební schéma uspořádání je obr. 9 (kde byly prvkům odpovídajícím těm z obr. shodné vztahové značky). Schéma obsahovalo dvě koncové stanice A a B, tři obousměrné zesilovače 6 a čtyři přestavitelné zeslabovače 5’.

Podle tohoto vynálezu jsou s výhodou užity tři obousměrné zesilovače 6 v zapojení znázorněném schematicky na obr. 9. Zároveň byly užity čtyři přestavitelné zeslabovače 5’ simulující zeslabení v části pasivního optického vlákna. Použité zeslabovače 5’ byly modely VA5 vyráběné firmou JDS Fitel a během prvního pokusu byly tyto nastaveny tak, aby každý vykazoval zeslabení 27 dB.

Výkony signálů směřujících ve dvou směrech o vlnových délkách 1533 nm a 1556 nm měřených postupně na vstupech II a III zesilovače 6. umístěného uprostřed vzdálenosti byly -14 dBm.

Obr. 10 popisuje spektrum výstupních signálů z obousměrného zesilovače. Znázorněný graf byl získán překrytím zjištěných spekter postupně v pozicích II a III, pomocí optického spektrálního alalyzátoru modelu MS9030A (mainframe - hlavní snímek) a MS9701B (optická jednotka), vyráběné výše uvedenou firmou Anritsu Corp.

Poměr signál/šum měřený v pásmu 0,5 nm byl 24,2 dB pro signál 1533 nm a 28 dB pro signál 1556 nm.

Další pokus byl prováděn beze změny zeslabení přestavitelných zeslabovačů 5’ beze změny všech dalších parametrů. Pro jednu sérii zeslabovacích hodnot byla měřena bitová chybovost BER přenosové linky pro 1533 nm signál modulovaný na 2.5 Gbit/s. Výsledky jsou znázorněny na obr. 11, kde je měřená bitová chybovost BER na y-nové ose uvedená v závislosti na zeslabení (v dB) mezi každou dvojicí obousměrných zesilovačů následovně: pokud bude zřejmé, že hodnota zeslabení je nižší než 27 dB, je hodnota měřené bitové chybovosti menší než ΙΟ“¹².

Alternativní verze obousměrného optického zesilovače podle tohoto uváděného druhého uspořádání je dosažena modifikací uvedeného uspořádání užitím selektivních spojek 31’ , 32' tak selektované, že vlnové délky2>jsou obsaženy v odpovídajících propustných pásmech a vlnové délky 2 jsou obsaženy v odpovídajících odrazových pásmech a v navzájem obrácených směrech šíření signálů ₄ a 2> které jsou propojeny optickým konektorem 106 se segmentem přenosové linky z kterého vychází signál 2 ^a optickým konektorem 107 se segmentem přenosové linky z kterého vychází signál Q\ .

V souladu s obr. 12 obsahuje třetí schéma zapojení obousměrného zesilovače, zkoušeného přihlašovatelem, čtyři selektivní optické spojky 121. 122. 123. 124. jednu jednosměrnou zesilovací jednotku 20, dva optické konektory 106. 107 a části 125. 126. 127. 128 pasivního optického vlákna. Jednotlivé prvky jsou navzájem pospojovány pomocí optického zapojení do můstku.

pomoci 121 a

Jak je vidět na obr. 12, je konektor 106 připojen k vláknu 103 selektivní spojky 121. Spojení mezi vláknem 101 selektivní spojky 121 a vláknem 102 selektivní spojky 122 je provedeno vlákna 125. Spojení mezi vláknem 102 selektivní spojky vláknem 101 selektivní spojky 124 je provedeno pomocí vlákna 128. Jednosměrná zesilovací jednotka 20 je umístěna mezi vláknem 103 selektivní spojky 122 a vláknem 103 selektivní spojky 124 takovým způsobem, že pracovní směr uvedené zesilovací je jednou od selektivní spojky 122 k selektivní Spojení mezi vláknem 101 selektivní spojky 122 a vláknem 102 selektivní spojky 123 je provedeno pomocí vlákna 126. Spojení mezi vláknem 102 selektivní spojky 124 a vláknem 101 selektivní spojky 123 je provedeno pomocí vlákna 127. Konečně, konektor 107 je připojen k vláknu 103 selektivní spojky 123 .

jednotky 20 spojce 124.

Jednosměrná zesilovací jednotka 20 a optické konektory 106. 107 jsou stejného typu jako ty použité v zařízení popsaném pomocí obr. 6 a obr. 7.

Pracovní vlnové délky i ^a 2 ^v každém směru z obousměrného zesilovače jsou vybrány ze zasíleného pásma jednosměrné zesilovací jednotky 20.

Selektivní spojky 121. 122. 123. 124 jsou selketivní spojky odrazového typu jak je popsán s pomocí obr. 3A v provedení se třemi vstupními vlákny 101. 102 a 103. Spojky jsou selektovány tak, že alespoň část příslušného propustného pásma a alespoň část příslušného odrazového pásma jsou propojeny v zesilovacím pásmu stejnosměrné zesilovací jednotky 20. Spojky 121 a 113 jsou pokud možno navzájem ekvivalentní a spojky 122 a 124 jsou pokud možno navzájem ekvivalentní. Propustné pásmo selektivních spojek 121. 123 obsahuje vlnovou délku . Propustné pásmo selektivních spojek 122. 124 obsahuje vlnovou délku 2· Propustná pásma selektivních spojek 121. 123 dále nevytvářejí překrytí s propustným pásmem selektivních spojek 122. 124. Vlnová délka 7 1 je obsažena v odrazovém pásmu selektivních spojek 122. 124 a vlnová délka Ύ 2 je obsažena v odrazovém pásmu selektivních spojek 121. 123.

Jak je patrné z obrázku, jsou spojky, které si vzájemně odpovídají, rozmístěny v optickém zapojení do můstku, ve kterém se nacházejí, symetricky vzhledem ke dvoum směrům šíření signálů: selektivní spojky 122 a 124 zaujímají vertikální směr v optickém můstku, do kterého jsou dvě koncové části jednosměrné zesilovací jednotky 20 připojeny. Selektivní spojky 121 a 123 zaujímají vertikální polohu v optickém můstku do kterého jsou zapojeny konektory pro spojení s vysílacími liniemi.

Pokud se týká selektivních spojek 121. 123 může být použit například model VD1515AY-A3, pokud se týká slektivních spojek

122. 124 může být použit například model VD1515AX-A3, obě vyráběné firmou JDS Fitel. Model VD1515AY-A3 byl již popsán a jeho spektrální charakteristiky jsou znázorněny na obr. 4A a obr. 4B. Model VD1515AX-A3 se poněkud liší od modelu 1515AX-4, již popsaného v souvislosti s druhým uspořádáním optického zesilovače zhotoveného přihlašovatelem v množství vstupních vláken. Odpovídající spektrální charakteristiky jsou znázorněny na obr. 8A a obr. 8B. Oba z uvedených modelů mají hodnotu výkonostního ukazatele (F.O.M) okolo 0.5.

V souladu s obr. 12, v případě selektivní spojky 121. vstupní signál o vlnové délce v rozsahu pásma selektivní spojky vstupující do vlákna 103 je přenášen do vlákna 101. vstupní signál do vlákna 102 o vlnové délce 2 J^e odražen k vláknu 103 .

V případě selektivní spojky 122. vstupní signál vstupního vlákna 102 o vlnové délce , překračující pásmo selektivní spojky je odražen k vláknu 103: vstupní signál do vlákna 101 o vlnové délce 2 J^e vysílán k vláknu 103.

V případě selektivní spojky 123. vstupní signál vstupního vlákna 101 o vlnové délce Q\ -£, uvnitř pásma selektivní spojky je vysílán k vláknu 103: vstupní signál do vlákna 103 o vlnové délce ~ř\ 2 J ^e odražen k vláknu 102.

V případě selektivní spojky 124. vstupní signál vstupního vlákna 103 o vlnové délce 'λ překračující pásmo selektivní spojky je odražen k vláknu 102: vstupní signál do vlákna 103 o vlnové délce ú 2 J^e odražen k vláknu 101.

Signál 1 z přenosové linky je přes konektor 106 přenášen selektivní spojkou 121. odrážen selektivní spojkou 122, zesilován stejnosměrnou zesilovací jednotkou 20., poté odrážen selektivní spojkou 124 a přenášen ke konektoru 107 přes selektivní spojku

123.

Signál 2 ^z přenosové linky je přes konektor 197 odrážen selektivní spojkou 123. přenášen selektivní spojkou 122, zesilován stejnosměrnou zesilovací jednotkou 20, poté přenášen selektivní spojkou 124 a odrážen ke konektoru 106 přes selektivní spojku 121.

Signály obou vlnových délek jsou sloučeny v obousměrném zesilovači vždy do dvou vysílání a do dvou odrazů. Během každého odrazu a každého vysílání vzniká malé zeslabení (okolo 0.5 dB případně 0.7 dB, v závislosti na použitých součástech), toto odpovídá počtu průchodů přes selektivní spojky zajišťující obdobnou odpověď do zesilovače ve všech směrech šíření.

Selektivní spojky se proto chovají v každém průchodu při přenosu jako filtry s propustným pásmem, jak je vidět na obr. 4B a obr. 8B, přičemž vytvářejí spontánní emisi ve vlnových délkách nacházejících se mezi θ' 1 ^a 2 šířících se dohromady se signály. Místo toho se selektivní spojky chovají jako pásmoomezující filtry, jak je vidět na obr. 4A a obr. 8A, přičemž zmenšují spontánní emisi.

Z tohoto důvodu je výhodné symetrické uspořádání selektivních spojek vzhledem ke dvoum směrům šíření, v každém směru šíření průchodu záření pro prvky zeslabující spontánní emisi zabírající prostor alespoň dvakrát.

Uvedená konfigurace obousměrného zesilovače je zejména stabilní a je zproštěna oscilací vlnových délek odlišných od potřebného signálu bez potřeby použití dalších přídavných filtrů. Zejména je stabilní s ohledem na možnosti výskytu částečného zpětného odrazu vyzařovaného optickými konektory 106. 107.

Výše popsaný zesilovač je zejména vhodný v případě užití přenosové linky s optickým vláknem, kde je zesilovač propojen s linií vlákna pomocí prvků optických konektorů, přičemž optické konektory mohou být typu, který během přenosu většího výkonu signálů jím procházejících zajišťuje optickou kontinuitu samotných signálů. Za shodných podmínek odráží zpět malou část uvedených signálů (například v případě nedokonalého klíčování během špatného umísťování dvou vláken zakončených uvnitř uvedených konektorů).

Výše popsané zařízení bylo zkoušeno se zmenšeným výkonem . vstupního signálu, pod -28 dB na kanál, při měřeném odpovídajícím zesílení, dále pro určrení maximálního zesílení při nesplněných · podmínkách zesilovače. Hodnoty zesílení malého signálu, které byly získány na základě takovéhoto měření byly okolo 32 dB.

V jednom příkladu provedeni byl zesilovač testován při ponechání otevřených optických konektorů 106 a 107 tak, že tyto nebyly propojeny s přenosouvou linkou. Při těchto podmínkách měly konektory uvedeného typu zpětné odrazy vyzařování ze zesilovače se zeslabením 14 dB.

Na obr. 13 jsou znázorněny spektrální křivky signálů vystupujících z vlákna 103 selektivní spojky 121 a vlákna 103 selektivní spojky 123. zajištěné selektivními spojkami vlnových délek stejného typu jako byl popsán výše, umístěnými samostatně podél vlákna (neznázorněno na obr. 12), separujícími příslušná vysílaná pásma k optickému spektrálnímu analyzéru, výše popsaného typu.

Pokus byl proveden při celkové absenci náznaku nestability.

Dá se konstatovat, že je tu možnost zpětných smyček obsahujících zesilovací jednotku takto vytvořených pro střední vlnové délky mezi propustnými pásmy dvou typů selektivních spojek, během kompletní separace pásem pomocí spojek navzájem a současně odrazů ke konektorům. V každém případě obsahují alespoň dva průchody přes prvky (selektivní spojky) zeslabující uvedené vlnové délky alespoň o 20 dB. Při těchto podmínkách i za přítomnosti velmi vysoké reflexe na konektorech, jsou podmínky vyžadující oscilace daleko od začátku dosažení.

Dá se konstatovat, že při použití selektivních spojek, má každý zesilovač při zesílení 40 dB nepatrné oscilační problémy zrovna tak jako když jsou užity konektory s vysokou odrazivostí.

Výše popsané zařízení bylo rovněž začleněno do druhého příkladu provedení ve spojení simulujícím přenosovou linku shodného typu jako byl popsán s pomocí obr. 1. Použitá pokusná konfigurace byly shodná s konfigurací popsanou s pomocí obr. 9 a odkaz je proveden k tomuto popisu.

Použité zesilovače 6 byly tři obousměrné zesilovače podle tohoto vynálezu, v konfiguraci popsané s pomocí zapojení, znázorněného na obr. 12.

Zeslabovač 5 byl přizpůsoben tak, že způsobil zeslabení vždy 27 dB.

Výkon signálů, šířících se ve dvou směrech na vlnových délkách 1535 nm a 1555 nm, měřený na jednotlivých vstupech I a III zesilovače 6 umístěného uprostřed vzdálenosti, byly na každém -13 dBm.

Na obr. 14 jsou znázorněný spektrální křivky výstupních signálů z obousměrného zesilovače; graf byl získán proložením spektra získaného v pozicích II a III jednotlivě, pomocí analyzéru optického spektra, popsaného výše.

Poměr signál/šum měřený v pásmu 0,5 nm byl okolo 26,7 dB pro signál 1535 nm a okolo 25,5 dB pro signál 1555 nm.

Alternativní verze obousměrného optického zesilovače podle uvedené třetí konfigurace je získána modifikací stávající konfigurace pomocí užití selektivních spojek 121’, 122’. 123’ a 124’ tak selektovaných, že propustné pásmo selektivních spojek 122 ’ , 124' obsahuje vlnovou délku 'h Propustné pásmo selektivních spojek 121’. 123’ obsahuje vlnovou délku £·

Propustné pásmo selektivních spojek 121’, 123’ dále nevykazuje překrytí s propustným pásmem selektivních spojek 122’, 124 ’ . Vlnová délka L je obsažena v odrazovém pásmu selektivních spojek 121’, 123 a vlnová délka 'T ₂ J^e obsažena v odrazovém pásmu selektivních spojek 122’. 124 * a simultánním převrácením směru šíření signálů 'Τ' a ₂ (lak. že je připojena optická spojka 106 k přenosové lince segmentem ze kterého signál ₂ přichází a optická spojka 107 k přenosové lince segmentem ze kterého signál T) 2 přichází) .

Obousměrné zesilovače a obousměrné telekomunikační systémy podle tohoto vynálezu až dosud popsané jsou přizpůsobené k vysílání signálů majících různou vlnovou délku v různých směrech.

Stejná zařízení a systémy mohou být samozřejmě využita pro obousměrné zesílení signálů přenášených podle VDM (multiplex s dělením podle vlnové délky) techniky tak, že jsou vhodně kódováné signály v různých vlnových délkách přenášeny v různých směrech.

V tomto případě je nutné pro užité selektivní spojky selektovat takovým způsobem, že příslušná propustná pásma mají šířku odpovídající spojení dvou skupin vlnových délek přenášených signálů v každém směru.

Dále, hodnota výkonostního ukazatele (F.O.M.) selektivních spojek může podstatně zvýšit schopnost selektivních spojek oddělovat signály do dvou skupin vlnových délek, zejména s hodnotou větší než 0.5.

Dále, k popsaným selektivním odrazovým spojkám popsaným pomocí obr. 3A. Uvedený vynález může být proveden s využitím selktivních spojek vlnové délky jiného typu, jejichž provedení zajišťuje dostatečnou separaci mezi užitými vlnovými délkami a takto dostatečnou vysokou hodnotu výkonostního ukazatele (F.O.M.).

Podrobněji, jak je vidět na obr. 15, je znázorněna jednosměrná zesilovací jednotka 20 zhotovená pro užití v obousměrném optickém zesilovači obsahujícím jedno aktivní vlákno 24 dopované erbiem a odpovídající vakuový laser 25. propojené přes dichroickou spojku 26. Jeden optický izolátor 27 vstupu vlákna 24 zesilovače proti proudu směru k zesílení, přičemž druhý optický izolátor 28 je je umístěn na šíření signálu umístěn na výstupu zesilovače.

V alternativním provedení může být zesilovač dvoustupňový zesilovač. V tomto případě tento dále obsahuje druhé aktivní vlákno dopované erbiem. propojené s příslušnou komorou laseru přes dichroickou spojku. Mezi dvěmi stupni je příhodně umístěn další optický izolátor je přítomen.

Ve výše popsaném výhodném provedení byl užit vákuový laser 25 s výhodou laser Quantum Velí typu, mající následující vlastnosti:

emisní vlnová délka G) ρ ^{= nm} maximální optický výstupní výkon p_u = 65 mV

Lasery výše uvedeného typu jsou vyráběny například firmou Lasertron lne., 37 North Avenue, Burlington, MA (US).

V tomto případě je dichroická spojka 26 spojka s tavným vláknem, tvořená jednovidovými vlákny pro pásma vlnových délek 980 nm a 1530 až 1560 nm, se změnou optického výstupního výkonu <0.2 dB, závislého na polarizaci.

Dichroické spojky tohoto typu jsou známy a komerčně vyráběny například firmou Gould lne., Fibre Optic Division, Baymeadow Drive, Glem Burnie, MD (US) a firmou Sifam Ltd., Fibre Optic Division, Voodland Road, Torquay, Devon (GB).

Optické izolátory 27 a 28 jsou optické izolátory typu nezávislého na polarizaci vysílaného signálu s izolací větší než dB a odrazivost! menší než - 50 dB. Vhodným izolátorem je model MDLI-15PIPT-A S/N 1016 dodávaný firmou Isowave.

Výše popsaný linkový zesilovač má zesílení okolo 25 dB při běžných pracovních podmínkách (vstupní signál s -23 dBm výkonem v každém směru, odpovídající celkovému -20 dBm). Výsledný optický výstupní signál při saturovaných podmínkách je okolo 11 dB.

Ve výhodném provedení je v linkovém zesilovači výše popsaného typu použito aktivní vlákno dopované erbiem, jak je detailně popsáno v italské patentové přihlášce číslo M194A 000712 z 14. dubna 1994 od stejného přihlašovatele, která je uvedena v odkazech a jejiž obsah je dále sumarizován.

Složení a optické vlastnosti použitého vlákna jsou přehledně uvedeny v následuj ící tabulce 2.

Tabulka 2

Vlákno Al₂0₂ GeO₂ La₂03 Er₂0j NA _c wt% (mol%) wt% (mol%) wt% (mol%) wt% (mol%) nm

A 4 (2,6) 18 (11,4) 1 (0,2) 0,2 (0,03) 0,219 911 kde, wt = (průměr) hmotnostní procenta kyslíku v jádře mol% = (průměr) molová procenta kyslíku v jádře

NA = číselná apertura (nl^ - n2^)^/2 _c = mezní vlnová délka (LP11 mezní)

Analýza složení byla provedena na polotovarech (před natočením vláken) pomocí mikroanalýzy kombinované se skanovacím elektronovým mikroskopem (SEM Hitachi). Analýzy byly provedeny při 1300 násobném zvětšení v samostatných bodech rozmístěných podél průměru a vzdálených navzájem o 200 um.

Uvedené vlákno bylo vyrobeno pomocí techniky pokovení ve vakuu v křemenné trubici.

Včlenění germania jako dopantu do matrice S1O2 jádra vlákna je provedeno během syntézi.

Včlenění erbia, hliníku a lanthanu do jádra vlákna bylo provedeno technikou dopování v roztoku, při které je vodný roztok chloridových dopantů uveden do kontaktu se syntézovaným materiálem jádra vlákna, přičemž je tak ponechán dokud nedojde k přetvoření polotovaru.

Podrobnější informace o technice dopování v roztoku mohou být získány například v patentovém spisu US 5,282,079, který je zde uveden v odkazech.

Ve výše uvedených příkladech bylo aktivní vlákno 24 dlouhé okolo 12 m.

Zatímco jsou nej lepší výsledky dosaženy při využití výše popsaného vlákna, čistotou je dosaženo různých vlnových délek. V experimentálním provedení přihlašovatele se zesilovači užívajícími vlákna Typu Al/Ge vykazující znázorněné možné výsledky.

Pro zajištění funkčnosti zesilovací jednotky a provádění požadovaných činností a spolehlivostí signálů, obsahuje obvykle zesilovací jednotka na vstupu jednu směrovou spojku 150 s výhodou s poměrem rozdělení 95/5 k výstupu, která přenáší 5% vstupního výkonu je posláno k příslušné fotodiodě 151. Na výstupu zesilovací jednotky je dále umístěna druhá směrová spojka 152, s výhodou s poměrem rozdělení 99/1, s vláknem nesoucím 1% signálu, propojená s příslušnou fotodiodou 153.

Vhodnými směrovými spojkami jsou spojky s tavným vláknem, dodávané například firmou E-Tek Dynamics lne., 1885 Lundy Ave., San Jose, CA (US).

Elektrické výstupy fotodiod 151 a 153 jsou spojeny s elektronickou řídící jednotkou, která není znázorněna.

Tato konfigurace je schopná zajistit funkčnost zesilovací jednotky při zajištění požadované spolehlivosti zařízení. Jakkoli, pokud je užito výše popsané obousměrné uspořádání, nenabízí oddělenou informaci na signálu šířícím se ve dvou směrech.

Za účelem umožnění simultánní změny optického vstupního a výstupního výkonu do a ze zesilovače ve dvou směrech, se užívá uspořádání znázorněné na obr. 16.

Jak je vidět na uvedeném obr. 16, obousměrný zesilovač 6, dříve popsaného typu, obsahuje optickou zesilovací jednotku postrádající zkušební zařízení, jak je znázorněno v bloku 154 na obr. 15. Obousměrný zesilovač 6 je umístěn mezi dvě směrové spojky 155 a 156. obvykle s poměrem separace 92/8. Výstupy spojek nesoucí nejmenší optický výkon (2%) jsou propojeny k odpovídajícími zkušebními fotodiodami 157. 158. 159. 160.

Vhodnými směrovými spojkami jsou spojky s tavným vláknem, vyráběné výše uvedenou firmou E-Tek Dynamics, například.

Jak je znázorněno ve schémě zapojení na obr. 16, mají směrové spojky čtyři vstupní/výstupní porty, umístěné symetricky tak, že signál Ύ vlnové délky (šířící se na obrázku z leva do prava) vstupuje do spojky 155. je rozdělen poměrným dílem mezi výstupní port připojený k zesilovači 6 (98%) a výstupní port připojený k fotodiodě 158 (2%). Obdobně signál 9^2 vlnové délky (šířící se na obrázku z prava do leva) vstupuje do spojky 156. je rozdělen poměrným dílem mezi výstupní port připojený k lince (98%) a výstupní port připojený k fotodiodě 159 (2%) .

Toto umožňuje měřit hodnotu optického výkonu vlnové délky signálu 9i vstupující do zesilovače na fotodiodě 158 a hodnotu optického výkonu vlnové délky signálu vystupující ze zesilovače na fotodiodě 159. Tímto jsou získány kompletní informace o činnosti šíření v kanálu z prava do leva. Shodným způsobem, na fotodiodách 160 a 157 je měřen příslušný vstupní obrázku z leva do prava.

Poměr rozdělení každé směrové spojky má shodné hodnoty v obou směrech, připadající souměrně ke spojkám. Uvedené hodnoty jsou vybrány tak, aby byl přidělen dostatečný výkon z přenosové linky k fotodiodám 158. 160 detekujícím relativně nízký výkon vstupující do zesilovače v každém směru, kromě penálizovaného výstupního výkonu ze zesilovače (vysoký celkový výkon schopný výstupu ze zesilovače, je v podstatě rozdělen na malé frakce za sebou tak, že fotodiody 157. 159 mohou dosáhnout dostatečný výkon k vlastní činnosti).

Když pro kanály s protisměrným šířením vlnových délek a 'T 2 ^v blízkosti 1533 a 1556 nm selektivní spojky vlnové délky s propustným pásmem okolo 10 nm šíře je užito, je žádoucí pro výše uvedené selektivní spojky mít úroveň výkonostního ukazatele (F.O.M.) okolo 0.5.

Při šířce propustného pásma -0.5 dB větší než 10 nm, bude požadována pro selektivní spojky odpovídající vysoká úroveň výkonostního ukazatele (F.O.M.).

Jednou vlastností řešení podle tohoto vynálezu je zjištění, že zesilovač s obousměrným optickým vláknem výše uvedeného typu pro dva nebo více protisměrně se šířící kanály s oddělenými vlnovými délkami může být zhotoven bez nestability nebo kmitání, pomocí užití zesilovací jednotky obsahující optický izolátor v můstkovém zapojení, obsahujícím dvě selektivní spojky vlnových délek mající první propustné pásmo a dvě selektivní spojky vlnových délek mající propustné pásmo, kde jsou selektivní spojky umístěny symetricky k zesilovači.

Ve výhodném provedení je možné rovněž řešení podle tohoto vynálezu využít v přenosové lince obsahující několik kanálů pro každý přenosový směr, v takovém provedení kde kanály pro každý směr jsou obsažené v propustném pásmu selektivních spojek s požadovanou separací mezi uvedenými kanály.

Podstatou řešení podle tohoto vynálezu je proto, zjištění skutečnosti, že může být zesilovačem obousměrného typu zabráněno vzniku oscilací. Rovněž při přítomnosti vysokého stupně zesílení zesilovací jednotky popsané v této přihlášce a v přítomnosti lakalizovaných odrazů v jednotlivých pozicích optického obvodu. Například při použití optických konektorů s relativně velkou odrazivostí, kde užité selktivní konektory mají takové uspořádání, že pro všechny vlnové délky nejsou vytvářeny smyčky, které obsahuje zesilovací jednotka s celkovým zeslabením menším nebo rovným maximálnímu stupni zesilovače nebo zesilovací jednotky v něm obsažené.

Toto může být jednotlivých prvků v signál, šířící se v v selektivních optických uspořádáním že každý a přenosy zejména dosaženo takovým obvodu optického zesilovače, jednom směru spojuje odrazy spoj kách ve stej né řadě.

Claims

P A T E jí T i Q. V É i N-Á RbO K 7Ý i I ' s ? ! S, r í

Lj_ ___;

1. Obousměrný optický zesilovač obsahující:

jednotku optického zesílení obsahující alespoň jeden optický izolátor mající zesílené pásmo vlnové délky, dva optické vstupní a výstupní porty pro alespoň dva optické signály mající opačný směr šíření, uvedené signály mají první a druhou vlnovou délku za sebou, přičemž vlnové délky jsou navzájem odděleny a obsahují uvedené zesílené pásmo vlnové délky, dvě první a dvě druhé optické selektivní spojky vlnové délky, mající první propustné pásmo vlnové délky obsahující první vlnovou délku a druhé propustné pásmo vlnové délky obsahující druhou vlnovou délku, přičemž první propustné pásmo vlnové délky a druhé propustné pásmo vlnové délky se navzájem nepřekrývaj ί, jednotka zesílení je připojena mezi dva opačné uzly optického můstkového obvodu k jehož dalším opačným uzlům jsou připojeny vstupní a výstupní porty, v uzlech můstkového obvodu jsou přítomny první a druhé optické selektivní spojky, vyznačující se tím, že první a druhé selektivní spojky jsou umístěny symetricky k zesilovací jednotce a vstupním a výstupním portům daných optických signálů.
2. Obousměrný optický zesilovač podle nároku 1, vyznačující se tím, že zesilovací jednotka obsahuje alespoň jedno optické vlákno dopované erbiem.
3. Obousměrný opticky zesilovač podle nároku 2, vyznačující se tím, že vlákno obsahuje mezi dopanty kysličník hlinitý a germánium.
4. Obousměrný optický zesilovač podle nároku 3, vyznačující se tím, že vlákno obsahuje mezi dopanty kysličník hlinitý, germánium a lanthan.
5.

Obousměrný optický zesilovač podle nároku 2, vyznaču jící se tím, že uvedené propustné pásmo selektivních spojek je alespoň 10 nm široké.
6. Obousměrný optický zesilovač podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jedno z propustných pásem obsahuje alespoň dva signály o různých vlnových délkách.
7. Obousměrný optický zesilovač podle nároku 1, vyznačující se tí m, že selektivní spojky vlnových délek mají výkonostní ukazatel rovný nebo vyšší než 0,5.
8. Obousměrný optický zesilovač obsahující:

jednotku optického zesílení obsahující alespoň jeden optický izolátor mající zesílené pásmo vlnové délky, dva optické vstupní a výstupní porty pro alespoň dva optické signály mající opačný směr šíření, uvedené signály mají první a druhou vlnovou délku za sebou, přičemž vlnové délky jsou navzájem odděleny, alespoň dvě optické selektivní spojky vlnové délky, mající propustné pásmo vlnové délky obsahující první vlnovou délku a odrazové pásmo vlnové délky obsahující druhou vlnovou délku, přičemž pásma vlnových délek se navzájem nepřekrývají, jednotka zesílení je připojena mezi dva opačné uzly optického můstkového obvodu k jehož dalším opačným uzlům jsou připojeny vstupní a výstupní porty, přičemž můstkový obvod tvoří alespoň jednu zpětnovazební smyčku obsahující zesilovací jednotku a ne více než tři uvedené spojky, vyznačující se tím, že uspořádání uvedených selektivních spojek vlnové délky je takové, že každá ze zpětnovazebních smyček má celkové zeslabení větší než zesílení zesilovače v každé vlnové délce obsažené v zesilovaném pásmu při reflektivitě alespoň 15 dB v jednom z vstupních a výstupních portů, při absenci filtračních prvků.
9. Obousměrný optický zesilovač podle nároku 8, vyznačuj í c í s e t í m, že optický můstkový obvod obsahuje dvě selektivní spojky vlnové délky, mající první propustné pásmo a dvě selektivní spojky vlnové délky, mající druhé propustné pásmo, umístěné v uzlech obvodu samostatně, přičemž spojky jsou umístěny symetricky k zesilovací jednotce.
10. Obousměrný optický zesilovač obsahující:

jednotku (20) optického zesílení obsahující alespoň jeden optický izolátor mající zesílené pásmo vlnové délky, dva optické vstupní a výstupní porty (106, 107) pro alespoň dva optické signály mající opačný směr šíření, uvedené signály mají první a druhou vlnovou délku za sebou, přičemž vlnové délky jsou navzájem odděleny a obsahují uvedené zesílené pásmo vlnové délky, dvě optické selektivní spojky (121, 123) vlnové délky jednoho typu a dvě optické selektivní spojky (122, 124) vlnové délky druhého typu,

-- mající jednotlivě první propustné pásmo vlnové délky obsahující první vlnovou délku a druhé propustné pásmo vlnové délky obsahující druhou vlnovou délku, přičemž první propustné pásmo vlnové délky a druhé propustné pásmo vlnové délky se navzáj em nepřekrývaj i,

-- mající jednotlivě jedno odrazové pásmo vlnové délky obsahující druhou vlnovou délku a druhé odrazové pásmo vlnové délky obsahující první vlnovou délku,

-- mající každé vlákno (103) společný přístup, jedno přístupové vlákno (101) nesoucí výstupní signály obsahující propustné pásmo vlnové délky a jedno přístupové vlákno (102) nesoucí výstupní signály obsahující odražené pásmo vlnové délky, vyznačující se tím, že první vstupní/výstupní port (106) je propojen s vstupním vláknem (103) první selektivní spojky (121) prvního typu; vlákno (101) nesoucí výstupní signály obsahující propustné pásmo první selektivní spojky (121) prvního typu je propojeno k vláknu (102) nesoucímu výstupní signály obsahující odrazové pásmo první selektivní spojkou (122) druhého typu; vlákno (102) nesoucí výstupní signály obsahující v odrazovém pásmu první selektivní spojky (121) prvního typu je připojeno k vláknu (101) nesoucímu výstupní signály obsahující propustné pásmo druhé selektivní spojky druhého typu, jednosměrná zesilovací jednotka (20) je umístěna mezi vstupním vláknem (103) první selektivní spojky (122) druhého typu a vstupním vláknem (103) druhé selektivní spojky (124) druhého typu tak, že optický izolátor umožňuje průchod radiace ve směru z první selektivní spojky (122) do druhé selektivní spojky (124) druhého typu; vlákno (101) nesoucí výstupní signály obsahující v propustném pásmu první selektivní spojky (122) druhého typu je připojeno k vláknu (102) nesoucímu výstupní signály obsahující odrazové pásmo druhé selektivní spojky (123) prvního typu; vlákno (102) nesoucí výstupní signály obsahující odrazové pásmo druhé selektivní spojky (124) druhého typu je připojeno k vláknu (101) nesoucímu výstupní signály obsahující propustné pásmo druhé selektivní spojky (123) prvního typu; vstupní vlákno (103) druhé selektivní spojky (123) prvního typu je připojeno k druhému vstupnimu/výstupnímu portu.
11. Způsob obousměrné telekomunikace, obsahující:

generování prvního optického signálu a druhého optického signálu v první a druhé vlnových délkách podle pořadí v první a druhé vysílací stanici;

zavedení prvního a druhého signálu do opačných konců optického vlákna telekomunikační linky, podle pořadí;

zesílení prvního a druhého signálu alespoň jednou v optickém zesilovači umístěném na lince;

příjem prvního a druhého signálu postupně v první a druhé přijímací stanici na opačných koncích optického vlákna vzhledem k první a druhé vysílací stanici;

přičemž krok zesílení prvního a druhého signálu je vykonán v jednom optickém zesilovači obsahujícím zesilovací jednotku vlákna obsahující optický izolátor a obsahující:

vysílání všech uvedených signálů alespoň jednou přes první selektivní optickou spojku vlnové délky a odražení všech uvedených signálů alespoň jednou přes druhou selektivní optickou spojku vlnové délky, protiproudem i souproudem zesilovací jednotky, vyznačující se tím, že vysílací a odrážecí kroky zabírají stejnou seqvenci pro všechny uvedené signály.