CZ280565B6 - Širokopásmový optický zesilovač signálu - Google Patents
Širokopásmový optický zesilovač signálu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ280565B6 CZ280565B6 CS91283A CS28391A CZ280565B6 CZ 280565 B6 CZ280565 B6 CZ 280565B6 CS 91283 A CS91283 A CS 91283A CS 28391 A CS28391 A CS 28391A CZ 280565 B6 CZ280565 B6 CZ 280565B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- core
- fiber
- dual
- cores
- wavelength
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 40
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 156
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 47
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 22
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 claims description 18
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 3
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 abstract description 18
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 13
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 13
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 14
- VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N erbium(III) oxide Inorganic materials O=[Er]O[Er]=O VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- -1 rare earth ions Chemical class 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 4
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- ZXGIFJXRQHZCGJ-UHFFFAOYSA-N erbium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Er+3].[Er+3] ZXGIFJXRQHZCGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 2
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06754—Fibre amplifiers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2821—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals
- G02B6/2826—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals using mechanical machining means for shaping of the couplers, e.g. grinding or polishing
- G02B6/283—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals using mechanical machining means for shaping of the couplers, e.g. grinding or polishing couplers being tunable or adjustable
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2821—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals
- G02B6/2835—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals formed or shaped by thermal treatment, e.g. couplers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2821—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals
- G02B6/2835—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals formed or shaped by thermal treatment, e.g. couplers
- G02B2006/2839—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals formed or shaped by thermal treatment, e.g. couplers fabricated from double or twin core fibres
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/02—ASE (amplified spontaneous emission), noise; Reduction thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06729—Peculiar transverse fibre profile
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Řešení se týká optického zesilovaše, určeného zejména pro telekomunikační vedení z optických vláken (1), pracující s přenosovým signálem v předem určeném pásmu vlnové délky. Zesilovač obsahuje aktivní laserové emisní optické vlákno (6), dotované erbiem (Er), mající části s dvou- jádrovými vlákny omezené délky opatřené dvěma jádry (12, 13), z nichž jedno jádro (12) je připojeno k jádrům (16) zbývajících částí aktivního vlákna (6) a s linkovými vlákny (7) vedení, tvořícími vstup a výstup zesilovače. Druhé jádro (13) je opticky spřaženo s prvním jádrem (12) při specifické vlnové délce, rozdílné od vlnové délky přenášeného signálu. Druhé jádro (13) je schopné odstraňovat z prvního jádra (12) spontánní emisní světlo pomocí erbia (Er), které by tvořilo zdroj šumu, čímž je umožňováno zesilování přenášeného signálu v rozsahu vlnových délek v podstatě odpovídajících vlnovým délkám tolerance laserových signálových emitorů (2) tržního typu.ŕ
Description
Širokopásmový optický zesilovač signálu
Oblast techniky
Vynález se týká optických vláken, obsahujících dotující (dopující) látky pro laserovou emisi, způsobilých pro provádění zesilování jimi vysílaného přenášeného signálu a pro eliminování záření, majících nežádoucí vlnovou délku, vytvářených v nich spontánní emisí.
Dosavadní stav techniky
Je známo, že optická vlákna, mající jádro dotované obzvláštními látkami, jako jsou ionty vzácných zemin, se vyznačují stimulovanou emisí, vhodnou pro použití jako laserových zdrojů a jako optických zesilovačů. Taková vlákna mohou totiž být napájena světelným zdrojem při určité vlnové délce, která je schopná uvést atomy dotující látky do excitovaného energetického stavu, neboli čerpacího pásma, ze kterého atomy samy spontánně přecházejí ve velmi krátké době do laserového emisního stavu, v němž zůstávají po relativně delší dobu.
Když prochází vláknem, majícím vysoký počet atomů v excitovaném stavu v emisní úrovni, světelný signál, mající vlnovou délku, odpovídající takovému laserovému emisnímu stavu, signál působí přechod excitovaných atomů na nižší úroveň se světelnou emisí, mající stejnou vlnovou délku jako signál. Vlákno tohoto typu tak může být použito pro získání zesílení optického signálu.
Vychází-li se z excitovaného stavu, přechod atomů nastává také spontánně a působí nahodilou emisi, která tvoří šum pozadí, který se superponuje přes stimulovanou emisi, odpovídající zesílenému signálu.
Světelná emise, vyvolaná zaváděním světelné čerpací energie do dotovaného aktivního vlákna, může nastávat při několika vlnových délkách, typických pro dotující látku, čímž tak vzniká fluorescenční spektrum vlákna.
Pro optická telekomunikační vedení se normálně používá s cílem dosáhnout maximálního zesílení pomocí vlákna výše uvedeného typu a v kombinaci s vysokým poměrem signálu k šumu signál, normálně vytvářený laserovým emitorem s vlnovou délkou, odpovídající vrcholu fluorescenční spektrální křivky vlákna, obsahujícího použitou dotující látku.
Zejména pro zesilování optických telekomunikačních signálů je vhodné používat aktivních vláken s jádrem, dotovaným ionty erbia (Er3+). Fluorescenční spektrum erbia však má v rozsahu zajímavých vlnových délek obzvláště úzký emisní vrchol a proto vyžaduje používat jako zdroj přenášeného signálu laserový emitor, pracující při obzvláštní vlnové délce s omezenou tolerancí, protože mimo toto toleranční pásmo by nebyl přiměřeně zesílen, zatímco by současně vznikla při takové vrcholové vlnové délce silná spontánní emise, vytvářející šum pozadí, který by silně narušil kvalitu přenosu.
-1CZ 280565 B6
Laserové emitory, mající výše uvedené vlastnosti, tj. pracující při emisním vrcholu erbia, se dají naproti tomu jen obtížně a nákladně vyrobit, zatímco běžná průmyslová produkce poskytuje laserové emitory, jako jsou například polovodičové lasery (indium In, gallium Ga, arsen As), mající některé charakteristické vlastnosti, činící je vhodné pro telekomunikace, ale mají poměrně široké tolerance pokud jde o vlnovou délku emise. Pouze omezené množství laserových emitorů takového druhu tak má emisi na výše uvedené vrcholové vlnové délce.
Zatímco u některých aplikací, jako jsou například podmořská telekomunikační vedení, může být přijatelné použití emitorů přenášených signálů, pracujících při obzvláštní hodnotě vlnové délky, získané například pečlivou volbou mezi lasery tržní produkce, tedy použít pouze ty, které mají emisi v rámci určité malé oblasti laserového emisního vrcholu vlákna zesilovače, není takový proces finančně přijatelný pro vedení jiných druhů, jako jsou například městská komunikační vedení, kde je omezení instalačních nákladů obzvláště důležité.
Například vlákno dotované erbiem pro umožnění jeho laserové emise má emisi s vrcholem okolo 1536 nm. V rozmezí ±5 nm od této hodnoty má emise vysokou intenzitu a může být použita pro zesilování signálu ve stejném rozmezí vlnové délky. Tržně vyráběné polovodičové lasery, které mohou být použity pro přenos, jsou však obvykle vyráběny s hodnotami vlnové délky emise v rozmezí od 1520 do 1570 nm.
Je tak zřejmé, že velké množství průmyslově vyráběných laserů tohoto druhu je mimo rozsah, vhodný pro zesilování pomocí erbia a nemůže být proto použito pro vytváření telekomunikačních signálů ve vedeních, opatřených erbiovými zesilovači typu, popsaného výše.
Je však známo, že vlákna, dotovaná erbiem, mají oblast emisního spektra vysoké a v podstatě konstantní intenzity v pásmu vlnových délek, navazujícím za výše uvedeným vrcholem, dostatečně širokém pro zahrnování velké části oblasti emise výše zmíněných zajímavých tržních laserů. Ve vláknu tohoto typu by však byl signál o vlnové délce daleko od maximálního emisního vrcholu zesilován v omezené míře, zatímco spontánní přechody z laserového emisního stavu ve vláknu se dějí v převažující míře s emisí při vrcholové vlnové délce spektra při 1536 nm, vytvářející šum pozadí, který bude dále zesilován při současném šíření po délce vlákna a bude se tak superponovat přes užitečný signál.
Pro použití aktivních vláken, dotovaných erbiem, pro zesilování telekomunikačních signálů, vytvářených polovodičovými laserovými emitory tržního typu, jak bylo popsáno výše, vzniká potřeba filtrace spontánní vrcholové emise erbia po délce aktivního vlákna, takže taková emise při nežádoucí vlnové délce neodvede čerpací energii od zesilování signálu a nebude se superponovat přes něj.
Pro tento účel je možné použít aktivního vlákna, majícího dvě jádra, v jednom z nichž jsou přenášeny signál a čerpací energie, zatímco ve druhém je dotující látka, absorbující světlo. Jestliže dvě jádra jsou opticky vázána při vrcholové vlnové délce
-2CZ 280565 B6 spontánní emise, bude tato emise přenášena do druhého jádra, kde je absorbována, aniž se dále mohla opět superponovat přes přenosovou vlnovou délku (vlnovou délku přenosu, vysílací vlnovou délku) .
Takové aktivní vlákno, popsané v italské patentové přihlášce č. 22654 A/89 stejného přihlašovatele, vykonává účinné filtrační působení nežádoucí vlnové délky, ale v některých aplikacích, kde je vystaveno mechanickým nebo tepelným napětím, a zejména stavu kroucení, může vést ke změně parametrů optické vazby mezi jádry a mění se hodnota vlnové délky, přenášená do druhého absorbujícího jádra.
Vzniká tak problém zajistit, aby bylo k dispozici aktivní optické vlákno pro použití v optických zesilovačích, které mohou být použity v kombinaci s laserovými emitory přenášeného signálu tržního typu, aniž by byla na ně kladena významná kvalitativní omezení, které by mimoto bylo v podstatě necitlivé na deformační napětí a stavy jim udělované během stavby zesilovače, nebo vyskytující se při ukládání a při výkonu funkce zesilovače na lince.
Cílem vynálezu je vytvořit zesilovač s dotovaným optiGkým vláknem, který může poskytnout uspokojivé zesilování v dostatečně širokém rozmezí vlnových délek, aby se tak umožnilo použití tržních laserových emitorů, vylučující spontánní emise při nežádoucí vlnové délce, které tvoří šum pozadí vysoké intenzity vzhledem k přenášenému signálu, a který by udržoval takové vlastnosti stabilní během podmínek provozu.
Podstata vynálezu
Uvedeného cíle je dosaženo širokopásmovým optickým zesilovačem signálu, obzvláště pro telekomunikační vedení z optických vláken, pracujících s přenášeným signálem v předem určeném pásmu vlnové délky, obsahujícím dichroický vazební člen, vhodný pro multiplexování přenášeného signálu a světelné čerpací energie v jediném vystupujícím vlákně, a aktivní optické vlákno, obsahující fluorosecenční dotující látku, připojené k výstupnímu vláknu dichroického vazebního členu a k vláknu telekomunikačního vedení, způsobilé pro přijímání a vysílání zesíleného signálu, jehož podstatou je, že aktivní optické vlákno obsahuje první, části, tvořené každá optickým vláknem se dvěma jádry, z nichž první jádro je opticky spojeno s jádrem zbývajících částí aktivního vlákna, zatímco druhé jádro je přerušeno na koncích, přičemž obě jádra jsou spolu vzájemně opticky vázána v pásmu vlnové délky v oblasti vlnových délek laserové emise prvního jádra, různé od pásma přenášeného signálu.
Ve výhodném provedení obsahuje druhé jádro dvoujádrových prvních částí aktivního optického vlákna dotující látku, mající vysokou světelnou absorpci v oblasti laserové emise dotující látky aktivního vlákna. S výhodou je dotující látka s vysokou světelnou absorpcí druhého jádra tvořena stejnou fluorescenční látkou, jaká je přítomná v aktivním vláknu.
První jádro dvoujádrové první části vlákna může obsahovat fluorescenční dotující látku, nebo alternativně pouze druhé jádro
-3CZ 280565 B6 každé dvoujádrové první části aktivního optického vlákna obsahuje fluorescenční dotující látku.
S výhodou je v každém případě fluorescenční dotující látkou, přítomnou alespoň ve druhých částech aktivního optického vlákna, majících jediné jádro, erbium.
Podle dalšího provedení vynálezu může být dotující látkou, přítomnou ve druhém jádře, látka, mající vysokou světelnou absorpci po celém spektru, zvolená mezi titanem, vanadem, chromém nebo železem, alespoň z části přítomných v jejich stavu nižšího mocenství.
Délka každé dvoujádrové první části vlákna je podle dalšího znaku vynálezu rovná nebo větší než pulzová délka mezi jádry, vázanými ve zvoleném vazebním pásmu mezi jádry.
Pod pojmem pulzová délka (Lg) se zde rozumí, jak bude ještě podrobně vysvětleno v popisu na obr. 7, vzdálenost mezi maximem a minimem sinusoidy, znázorňující opticky výkon v každém z jader dvoujádrové části vlákna. Současně se jedná o délkový rozdíl ve fázi mezi optickým výkonem v jednom jádře a ve druhém jádře. Graficky je pulzová délka (beating length) vyjádřena na obr. 7.
Obsah dotující látky, mající vysokou světelnou absorpci, ve druhém jádře a vazební charakteristiky jader vlákna jsou podle dalšího znaku vynálezu v takovém vzájemném vztahu, aby se ve druhém jádře určila zhášecí délka menší než jedna desetina pulzové délky mezi vázanými jádry.
Pod pojmem zhášecí délka (guenching length) se rozumí délka L vlákna, za níž je světelná energie ve vlákně redukována hodnotou 1/e, jak je podrobněji vysvětleno v popisu.
V obzvláštním provedení vynálezu je druhé jádro bez jakékoli dotující látky, absorbující světlo, a každá dvoujádrová první část vlákna má délku rovnou celému násobku pulzové délky s tolerancí 10 % pulzové délky samotné.
V případě, že fluorescenční dotující látkou aktivního vlákna je erbium, jsou obě jádra spolu opticky vázána mezi 1530 a 1540 nm.
První jádro každé dvoujádrové první části vlákna je podle dalšího znaku vynálezu uspořádáno souose s vnějším povrchem vlákna, ve vzájemném vyřízení s jádry ve zbývajících částech aktivního vlákna a s jádry vláken, ke kterým je zesilovač připojen, přičemž druhé jádro je na svých koncích umístěno proti plášti vláken .
Alespoň první z obou jader dvoujádrové první části vlákna je podle dalšího znaku vynálezu uzpůsobeno pro umožňování jednovidového světelného šíření při přenosové vlnové délce (vlnové délce přenosu, vysílací vlnové délce) a čerpací vlnové délce.
Aktivní vlákno má podle dalšího znaku vynálezu úseky vlákna, obsahující fluorescenční dotující látku, umístěné mezi dvěma po
-4CZ 280565 B6 sobě následujícími dvoujádrovými prvními částmi vlákna, majícími délku ne větší než je délka, odpovídající maximálnímu dosažitelnému zisku 15 dB při vazební vlnové délce mezi jádry dvoujádrové první části vlákna, s výhodou mezi 1 a 5 dB.
Alespoň jeden konec aktivního vlákna je podle dalšího znaku vynálezu tvořen dvoujádrovou první částí vlákna.
Dvoujádrové vláknové části jsou podle dalšího znaku vynálezu mechanicky zakřivítelné do oblouku pro jemné nastavení pásma vazební vlnové délky mezi jádry.
S výhodou je každá dvoujádrové první část vlákna na tuho připevněna k odpovídající podpůrné destičce, v podstatě nedeformovatelné v provozních podmínkách.
Dále může být každá dvoujádrové první část vlákna na tuho připevněna k příslušné podpůrné destičce v podmínkách zakřivení, odpovídajících požadovanému pásmu vazební vlnové délky mezi jádry.
Vynález přináší zesilovač s dotovaným optickým vláknem, který poskytuje uspokojivé zesilování v dostatečně širokém rozmezí vlnových délek při použití tržních laserových emitorů, vylučující spontánní emise materiálu při nežádoucí vlnové délce, které by tvořily šum pozadí vysoké intenzity vzhledem k přenášenému signálu. Takové laserové emitory se ukazují při realizaci vynálezu jako přijatelné i s jejich širokou výrobní tolerancí, přičemž se současně zajišťuje, že vysoký zesilovací výkon je v podstatě konstantní a nezávislý na skutečně emisní hodnotě použitého emitoru signálu. Dosažené vlastnosti jsou přitom stabilní v podmínkách provozu.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 schéma optického zesilovače, používajícího aktivní vlákno, obr. 2 schéma energetických přechodů vláken typu, které může být použito pro zesilovač podle schématu z obr. 1, vhodného pro vytváření stimulované emise (laseru), obr. 3 schéma křivky stimulované emise optického vlákna, vyrobeného z křemíku, dotovaného erbiem Er3+, obr. 4 zvětšený schematický pohled na optický zesilovač podle vynálezu, obr. 5 aktivní vlákno zesilovače v řezu rovinou V-V z obr. 4, obr. 6 graf závislosti konstant světelného šíření v jádrech na vlnové délce, obr. 7 detail části aktivního optického vlákna podle vynálezu, obsahujícího úsek, mající dvě jádra, a znázornění křivky přenosu světelné energie mezi jedním jádrem a druhým jádrem při vazební vlnové délce, obr. 8 detail části optického vlákna podle vynálezu, obsahující úsek dvoujádrové vlákna, majícího délku rovnou pulzové délce a obr. 9 schéma části vlákna zesilovače podle vynálezu s dvoujádrovými částmi s nuceným zakřivením.
Příklady provedení vynálezu
Pro účely zesilování signálu v optických vláknech pro telekomunikace se může běžně používat zesilovačů, využívajících
-5CZ 280565 B6 optických vláken. Struktura takových zesilovačů, je schematicky znázorněna na obr. 1. Na obr. 1 je patrné optické vlákno 1 pro telekomunikace, podél kterého je vysílán vysílací signál, mající vlnovou délku As, vytvářený laserovým emitorem 2 signálu. Takový signál, utlumená po určité časové délce, je veden do dichroického vazebního členu 3, kde je kombinován na jediném vystupujícím vlákně 4 s čerpacím signálem, majícím vlnovou délku vytvářeným čerpacím laserovým emitorem 5. Aktivní vlákno, všeobecně označené jako aktivní optické vlákno 6., připojené k vláknu 4, opouštějícímu vazební člen, tvoří zesilovací prvek signálu, který je tak zaváděn do linkového vlákna 7, aby pokračoval k místu svého určení.
Pro vytvoření aktivního optického vlákna 6 tvořícího zesilovací prvek jednotky, je podle výhodného provedení vynálezu vhodné použít optické vlákno, vytvořené z křemíku, jehož jádro je dotováno roztokem oxidu erbitého Er2O3, který dovoluje výhodné zesilování přenášeného signálu při využití přechodů erbiového laseru.
Jak ukazuje diagram na obr. 2, vztahující se k vláknu, obsahujícímu dotující přísadu uvedeného typu, což symbolicky představuje energetické stavy, které jsou k dispozici pro ion erbia v roztoku v základní hmotě křemíkového jádra, vede zavádění světelné energie, mající čerpací vlnovou délku menší než je vlnová délka As přenášeného signálu (přenosová vlnová délka), do aktivního vlákna k tomu, že určitý počet iontů erbia Er3+, přítomných jako dotující látka ve vlákně, se uvede do excitovaného energetického stavu pásma 8, dále definovaného jako čerpací pásmo, ze kterého ionty spontánně přecházejí na energetickou úroveň 9., tvořící úroveň laserové emise.
V úrovni 9 laserové emise mohou ionty Er3+ erbia zůstávat po srovnatelně dlouhé časové údobí před tím, než jsou vystaveny spontánnímu přechodu do základní úrovně 10.
Jak je známo, zatímco přechod z pásma 8. na úroveň 9 je spojen s emisí tepelného typu, která je rozptýlena vně vlákna (fononová radiace), přechod z úrovně 9 na základní úroveň 10 vytváří světelnou emisi s vlnovou délkou, odpovídající energetické hodnotě laserové emise. Jestliže pak vláknem, obsahujícím velké množství iontů na úrovni laserové emise, prochází signál, mající vlnovou délku, odpovídající takové emisní úrovni, signál působí stimulovaný přechod těchto iontů z emisního stavu do základního stavu před jejich spontánním přechodem s kaskádním efektem, který na výstupu z aktivního vlákna působí emisi silně zesíleného přenášeného signálu.
V nepřítomnosti přenášeného signálu vyvolává spontánní přechod laserových emisních stavů, které jsou v odděleném počtu, typickém pro každou látku, světelnou účinnost s vrcholy při různých frekvencích, odpovídajících úrovním, které jsou k dispozici. Konkrétné má, jak je znázorněno na obr. 3, vlákno typu Si/Al nebo Si/Ge, dotované erbiem Er3+, vhodné pro použití v optických zesilovačích, emisní vrchol s vysokou intenzitou při vlnové délce 1536 nm, zatímco při větších vlnových délkách než okolo 1560 nm
-6CZ 280565 B6 je oblast, ve které má emise stále vysokou intenzitu, ale menší než ve vrcholové oblasti.
V přítomnosti světelného signálu, zaváděného do vlákna při vlnové délce, odpovídající emisnímu vrcholu erbia Re3+ při 1536 nm, dochází k velmi silnému zesílení signálu, zatímco šum pozadí, vyplývající ze spontánní emise erbia, zůstává omezený, a toto činí vlákno vhodné pro použití v optickém zesilovači pro signál takové vlnové délky.
Pro vytváření signálu jsou na trhu dostupné a běžně používané lasery polovodičového typu (indium In, gallium Ga, arsen As), které mají typické emisní pásmo od 1,52 do 1,57 μπι. To znamená, že jejich výrobní technologie není schopná pro všechny vyrobené prvky zaručit emisi přenášeného signálu při konkrétní frekvenční hodnotě, odpovídající emisnímu vrcholu vlákna, dotovaného erbiem, používaného jako zesilovače, přičemž se naopak získává vysoké procento dílů se signálem v sekcích emisní křivky vlákna v blízkosti výše uvedeného emisního vrcholu.
Signál, vytvářený takovými laserovými emitory, by nebyl schopen zesílení s dostatečným ziskem v optickém zesilovači, dotovanem erbiem Er typu, popsaného výše, protože cerpaci energie, zaváděná do aktivního vlákna, by vyla z větší části využita pro zesilování šumu pozadí, který je vytvářen uvnitř aktivního vlákna samotného zesilovače při spontánní emisi erbia při vlnové délce okolo 1536 nm.
Aby se tedy mohly používat laserové emitory výše uvedeného typu, při jejich akceptování v rozsahu jejich výrobních tolerancí, dostatečně širokém pro to, aby se jejich použití stalo nenákladným, v kombinaci se zesilovači, používajícími vláken, dotovaných erbiem, tj. obecně řečeno pro umožnění použití obzvláštních typů laserových signálových emitorů v kombinaci s fluorescenčními dotujícími látkami, majícími vysoký šum pozadí vzhledem ke spontánním přechodům z laserového stavu, navrhuje vynález použití aktivního optického vlákna 6 podle obr. 4, které obsahuje první části 11 vlákna, mající dvě jádra 12 a 13, uzavřená ve stejném vnějším plášti 14., prostřídané druhými částmi 15 s jedním jádrem 16.
V každé dvou jádrové první části 11 vlákna je první jádro 12 připojeno k jádru 16 přilehlých jednojádrových druhých částí 15 vlákna, a na koncích aktivního vlákna k vláknu 4., opouštějícímu dichroický vazební člen 3. a k linkovému vláknu 7, a toto jádro tak vede přenášený signál. Druhé jádro 13., nebo-li sekundární jádro, je přerušeno na obou koncích každé dvoujádrové první části 11 vlákna a nemá další spoje.
Obě jádra 12 a 13 dvoujádrové první části 11 vlákna jsou vytvořena tak, že odpovídající konstanty β^, β2 světelného šíření ve vlákně, jejichž křivky proměn jsou znázorněny na obr. 6, jsou takové, že zajišťují optickou vazbu mezi oběma jádry 12 a 13 při vlnové délce maximálního emisního vrcholu fluorescenční dotující přísady, konkrétně 1536 nm pro erbium, a v rozmezí mezi A a A 2' jehož amplituda je určena sklonem křivek β^ a β2 v oblasti
-7CZ 280565 B6 jejich průsečíku a v podstatě odpovídá, jak ukazuje obr. 3, amplitudě samotného emisního vrcholu, vytvářejícího šum pozadí.
Jako příklad je možno uvést, že přednostní oblasti vazby mezi jádry 12. a 13., v případě kdy je použito jako dotující látky v jádru 16 erbia, může být od = 1530 nm do A2 = 1540 nm.
To znamená, že světlo, mající vlnovou délku okolo 1536 nm, které se šíří v jádře 12 spolu s přenášeným a které v podstatě tvoří šum pozadí vzhledem ke spontánní emisi erbia, je periodicky přenášeno z jádra 12 do jádra 13 podle známých zákonů optické vazby, popsaných například na str. 84 a 90 časopisu Journal of The Optical Society of America, A/Vol. 2, č. 1, leden 1985.
Jak je znázorněno na obr. 7, světelná energie při vlnové délce optické vazby mezi dvěma jádry je rozdělována mezi jádry podle v podstatě sinusovité křivky, dosahující 100 % v jednom z jader v jednom bodě vlákna a ve vzdálenosti Lg, označované jako pulzové délka, 100 % v druhém z jader, zatímco v obecném úseku vlákna je světelný výkon rozdělen mezi jeho oběma jádry.
Přenášený signál má v jádře 12 naproti tomu vlnovou délku As odlišnou od té, při které dochází k vazbě jader 12 a 13., například rovnou 1550 nm, a zůstává tak omezen na jádro 12 bez přenášení do jádra 13. Stejně tak má čerpací světlo, přenášené do jádra 16 dichroickým vazebním členem 2 například při vlnové délce
980 nebo 540 nm, konstanty šíření, kterými je v dvoujádrové první části 11 vlákna jeho přechod do jádra 13 vyloučen a v němž je tak zajištěna nepřítomnost čerpací energie.
Jádro 13 s výhodou obsahuje dotující látku, kromě dotující látky, která určuje jeho požadovaný profil indexu lomu, která je tvořena materiálem, majícím vysokou světelnou absorpci po celém spektru, nebo alespoň v emisním vrcholu dotující látky jádra 16 zdroje šumu, jak byl výše popsán, zejména na vrcholu okolo 1536 nm v případě použití erbia jako dotující látky laseru.
Látky, vhodné pro tento účel mají vysokou světelnou absorpci po celém spektru, jsou například popsány v evropské patentové přihlášce č. 88304182.4 a obsahují zejména prvky s proměnlivým mocenstvím, jako je titan, vanad, chrom a železno, v jejich nižším mocenství (Ti111, V111, Cr111 a Fe11).
Mezi látkami, majícími vysokou světelnou absorpci při určité vlnové délce, tj. při vlnové délce emisního vrcholu dotující látky jádra 16 jednojádrové druhé části 15 zesilujícího aktivního vlákna, kterou je třeba eliminovat, je obzvláště výhodné používat stejnou dotující látku výše uvedeného aktivního jádra. Fluorescenční látka, opatřená dostatečným množstvím čerpací energie, vykazuje určitou emisi při obzvláštní vlnové délce, zatímco stejná látka, když není opatřena čerpací energií, pohlcuje světlo při stejné vlnové délce, při které docházelo k emisi v přítomnosti čerpání. Zejména v přítomnosti jádra 16 dotovaného erbiem, může být také druhé jádro 13 dvoujádrové první části 11 vlákna výhodně dotováno erbiem. Jelikož absorbční křivka erbia je podobná jeho fluorescenci, nebo laserové emisní křivce, znázorněné na obr. 3,
-8CZ 280565 B6 vzniká tímto způsobem při stimulovaném emisním vrcholu při 1536 nm podobný absorbční vrchol při stejné vlnové délce.
Fluorescence při vazební vlnové délce mezi jádry, tj. při 1536 nm, která byla přenesena do jádra 13, tak není přenášena zase zpátky do jádra 12., v němž je veden přenášený signál, protože uvnitř jádra 13 může být v podstatě dokonalý útlum zavedeného světla, které je absorbováno přítomnou dotující látkou.
Emise při nežádoucí vlnové délce, přítomné v jádře 16 jednojádrové druhé části 15, tak může být zaváděna do dvoujádrové první části 11 vlákna před tím, než začne mít nadměrnou intenzitu a v níž může být extrahována z jádra 12 a rozptylována v jádře 13, takže se neodejme čerpací energie ze zesilování přenášeného signálu, zaváděného jádrem 12 do jádra 16 následující druhé části 15 zesilovacího aktivního vlákna a nedojde k superponování přes samotný signál.
Pro tento účel je podle vynálezu zapotřebí, aby úsek F jednojádrové druhé části 15 zesilovacího vlákna, předcházející dvoujádrovou první část 11 vlákna, jak je znázorněno na obr. 4, byl omezené délky, aby se zabránilo nadměrného vzrůstu šumu pozadí. Taková délka závisí na charakteristických vlastnostech vlákna samotného a zejména na jeho zisku. V zesilovači podle vynálezu se předpokládá, že délka úseku F bude taková, aby určila maximální zisk menší než 15 dB as výhodou v rozmezí od 1 do 5 dB při vazební vlnové délce mezi jádry zejména 1536 nm.
Jádro 12 dvoujádrové první části 11 vlákna může být bez fluorescenční dotující přísady, takže celý zisk zesilování se svěří druhým částem 15 vlákna, nebo může obsahovat stejnou dotující látku, jako je jádro 16 druhých částí 15 aktivního vlákna.
Délka La dvoujádrové části vlákna je sama větší než pulzová délka LB, uvedená výše. Kromě toho je obsah dotující látky s vysokou světelnou absorpcí v ní přítomný takový, že určuje zhášecí délku jádra 13 vlákna, která je menší o alespoň jeden velikostní řád než fázová vlnová délka Lg : L < 1/10 Lg (jak je známo ze zákona šíření optického výkonu v tlumivém prostředí P = PQe - L, kde α je součinitel, závisející na tlumicích vlastnostech vlákna a v podstatě na množství tlumicí dotující látky v něm přítomné, přičemž po délce L vlákna je světelná energie ve vlákně redukována faktorem 1/e). S výhodou jsou vlastnosti jádra 13 takové, že mají zhášecí délku L menší o dva velikostní řády, než je pulzová délka Lg.
Jádro 13 může být také bez jakékoli tlumicí dotující látky. V tomto případě musí být, jak je znázorněno na obr. 8, dvoujádrová druhá část 11 vlákna vytvořena s délkou La = Lg, takže na konci druhého jádra 13 je světelný výkon při vlnové délce, která má být vyloučena, zcela předáván v samotném jádře 13, takže ve spojení s jednojádrovou druhou částí 15 vlákna je rozptýlen v plášti samotné druhé části 15 vlákna.
-9CZ 280565 B6
Takové řešení je vhodné, protože je možné vyloučit vkládání dalších dotujících látek do dvoujádrového vlákna kromě těch, které určují jeho profil indexu lomu, ale naproti tomu vyžaduje v řezu na míru a ve spojení první části 11 vlákna ke zbývajícímu aktivnímu vláknu plusovou nebo minusovou toleranci vzhledem k hodnotě pulzové vlnové délky Lg nikoliv větší než 10 % Lg, aby se tak zajistila v samotném spojení zásadní nepřítomnost šumové vlnové délky v jádře 12.
V případě, kdy se taková tolerance dá dosáhnout v praxi jen obtížně, jako při pulzových délkách Lg pod několika centimetry, je proto výhodné používat útlumových látek v jádře 13 , jak bylo popsáno výše.
Určení velikosti dvoujádrových prvních částí 11 vlákna se dosahuje tak, aby konstanty šíření v obou jádrech vedly k vazbě v pásmu vystředěném okolo vlnové délky vrcholové emise (například 1536 nm), ale nevyhnutelné výrobní tolerance mohou vést k odchylkám od požadované hodnoty.
Aby se potom dosáhlo jemného nastavení vazební vlnové délky podle vynálezu, budou dvoujádrové první části 11 vlákna zakřiveny do tvaru oblouku, čímž se zavedou do vlákna vnitřní napětí, která budou měnit jejich parametry šíření světla a budou řídit hodnotu vazební vlnové délky spolu s tím, jak se zavedené zakřivení mění, až se dosáhne souladu s hodnotou požadované vlnové délky. Pro udržování takových tvarů jsou tak dvoujádrové první části 11 vlákna připojeny k příslušným podpůrným destičkám 17, jak ukazuje obr. 9, například pomocí lepidla, za účelem stabilního udržení jejich tvaru.
Jednojádrová druhá část 15 vlákna, ležící mezi dvoujádrovými prvními částmi 11 vlákna, může být umístěna podle požadavků uvnitř pláště, obklopujícího zesilovač, například vinutím do závitů, aniž by toto mělo jakýkoli účinek na chování zesilovače z hlediska oddělování vlnové délky, tvořící šum, přičemž dvoujádrové části vlákna jsou pevně drženy v nuceném zakřiveném tvaru, jaký je pro ně nejvhodnější, jak bylo popsáno výše, a chráněna proti dalším napětím.
Za účelem vysílání přenášeného signálu na linkové vlákno ]_, tvořící následující část vedení za zesilovačem, bez šumu je s výhodou poslední část aktivního optického vlákna 6. zesilovače ve směru, sledovaném přenášeným signálem, tvořena dvoujádrovou první částí 11 vlákna. Pro vedení, která mají být používána dvousměrně, jsou oba konce aktivních vláken tvořena dvoujádrovými prvními částmi 11 vlákna.
Vlákno podle vynálezu tak vykonává filtrační působení na světlo, vedené uvnitř vlákna při oddělování a absorbování fotonů při 1536 nm, které jsou vytvářeny spontánním přechodem z úrovně laserové emise iontů erbia Er3+, čímž je tak bráněno takovým fotonům, postupujícím po dlouhém úseku aktivního jádra v přítomnosti čerpací energie, aby působily další přechody při takové vlnové délce, a je v podstatě dovolováno, aby se v jádře 12 šířily pouze přenosová vlnová délka a čerpací vlnová délka. Čerpací
-10CZ 280565 B6 vlnová délka As potom může být zvolena po celém rozmezí, v němž má erbium významnou hodnotu laserové emise, například mezi hodnotami A2 a Λ3/ vyznačenými na obr. 3 (příkladně odpovídajícími přibližně 1540-1560 nm). Tím je umožňována velká volnost výběru laserového emitoru přenášeného signálu pro účely zesilování, aniž by se zde objevovaly rozdíly v chování, přičemž emitory signálů mají různé vlnové délky, obsažené v dostatečně širokém pásmu pro přijímání většiny obchodní produkce polovodičových laserů (na bázi india, gallia a arsenu). Současně dovoluje toto řešení v úsecích, majících zmenšenou délku dvoujádrové části vlákna, přesné nastavení vazební vlnové délky a dovoluje jim být v zásadě necitlivé na mechanické namáhání.
Jak ukazuje obr. 5, má dvoujádrová první část 11 vlákna s výhodou jádro 12., použité pro vedení optického signálu, umístěné souose uvnitř pláště 14 vlákna, zatímco druhé jádro 13 ie uspořádáno v excentrické poloze.
Jak je znázorněno na obr. 4, 7 a 8, může být spojení mezi dvoujádrovými prvními částmi 11 aktivního optického vlákna 6, jedno jádrovými druhými částmi 15 vlákna a vlákny 4 a 7., vytvořeno tradičním způsobem, bez obzvláštních opatření tím, že se konce vláken samotných umístí proti sobě tradičními spojovacími prostředky, které vykonávají vzájemné vyřízení mezi vlákny kontrolováním jejich vnějších povrchů, kde odpovídá správné vyřízení jádra 12 dvoujádrové části aktivního vlákna v axiální poloze jádrům jednojádrových částí, bez jakýchkoli podstatných spojových ztrát. Jádro 12, které je v excentrické poloze, nemusí být připojeno k druhým jádrům a tak zůstává přerušené na koncích každé dvoujádrové první části vlákna 11, aniž by vyžadovalo jakékoli další operace.
S výhodou je jádro 12 za účelem dosažení nejvyšší zesilovací účinnosti jednovidové jak při signálové vlnové délce, tak i při čerpací vlnové délce a jádro 13 je také jednovidové při alespoň
Jako příklad byl zkonstruován zesilovač podle schématu z obr. 1, obsahující aktivní optické vlákno 6. typu Si/Al, dotované erbiem Er3+, opatřené dvoujádrovými částmi, přičemž hmotností obsah oxidu erbitého Er2O3 v jednojádrových částech vlákna byl 40 ppm. V každé dvoujádrové první části 11 vlákna mělo jádro 12 a jádro 13 poloměr a = 3,1 μιη, číselnou aperturu NA = 0,105, index lomu ηχ = 1,462, oddělení obou jader 12 a 13, udané na obr. 5, bylo d = 3,5 μιη, a jádro 12 bylo koaxiální s vnějším průměrem vlákna. Každá první část 11 vlákna měla délku La = 100 mm a sousedila s délkou F zesilovacího vlákna 5 m. Jádro 12 každé dvoujádrové první části 11 vlákna neobsahovalo žádné erbium, zatímco jádro 13 mělo obsah oxidu erbitého Er2O3 2 500 ppm. Aktivní jádro mělo celkovou délku 30 m.
Jako čerpací laserový emitor 5 byl použit laser s argonovými ionty, pracující při 528 nm, s výkonem 150 mW, zatímco jako laserový emitor 2. signálu byl použit běžný polovodičový laser (indium
-11CZ 280565 B6
In, gallium Ga, arsen As) mající výkon 1 mW, jehož emisní vlnová délka byla změřená při 1550 nm. Za zesilovačem se získal při výše uvedeném experimentálním uspořádání zisk 20dB na vstupním signálu, tlumeném na hodnotu 0,5 W.
Útlum vstupního signálu zesilovače, vhodný pro simulování skutečného stavu při použití zesilovače na lince, byl dosažen pomocí proměnlivého tlumiče. V nepřítomnosti signálu byla naměřena úroveň spontánní emise za zesilovačem o hodnotě 10 W. Taková emise, která tvoří šum pozadí, nepředstavuje výrazný šum pro signál, který je zesilován na mnohem vyšší úrovně (okolo 250 W).
Pro srovnání byl stejný vysílací laserový emitor 2., popsaný výše, použit v kombinaci se zesilovačem, majícím konstrukci totožnou s předchozím příkladem ale při použití jednojádrového aktivního optického vlákna 6., typu se skokovou změnou indexu lomu na bázi Al/Si, dotovaného erbiem Er3+ a obsahujícího hmotově 40 ppm erbia Er3+ v jádře, přičemž aktivní vlákno mělo délku 30 m. Takový zesilovač s přenášeným signálem při vlnové délce 1560 nm vykazoval zisk menší než 15 dB s úrovní spontánní emise, srovnatelnou s úrovní výstupního signálu.
Jak je možné vidět z udaných příkladů, jednojádrový zesilovač vykazoval zmenšený zisk v přítomnosti signálu při 1560 nm, zatímco také zaváděl šum o takové velikosti, že se stalo obtížným přijímat samotný signál, čímž se ukázal jako nepoužitelný pro praktické použití. Naproti tomu zesilovač podle vynálezu, používající aktivní vlákno, opatřené dvoujádrovými částmi se dvěma jádry, vázanými spolu při vlnové délce, odpovídající emisnímu vrcholu šumu pozadí, se ukázal být sám schopný zajistit se stejným signálem při 1560 nm vysoký zesilovací zisk spolu se zanedbatelným zavedeným šumem.
Použití zesilovačů podle vynálezu v telekomunikacích tak dovoluje, aby se takové vedení stalo vhodné pro přenos signálů, vytvářených laserovými emitory běžného tržního typu, které se ukazují jako přijatelné i s jejich širokou výrobní tolerancí a současně se zajišťuje, že vysoký zesilovací výkon je v podstatě konstantní a nezávislý na skutečné emisní hodnotě použitého emitoru signálu.
Je možno zařadit řadu obměn, aniž by se opustil rozsah vynálezu z hlediska jeho obecných charakteristických znaků.
Claims (19)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Širokopásmový optický zesilovač signálu, obzvláště pro teleko- munikační vedení z optických vláken, pracujících s přenášeným signálem v předem určeném pásmu vlnové délky, obsahující dichroický vazební člen, vhodný pro multiplexování přenášeného signálu a světelné čerpací energie v jediném vystupujícím vlákně, a aktivní optické vlákno, obsahující fluorescenční dotující látku, připojené k výstupnímu vláknu dichroického vazebního členu a k vláknu telekomunikačního vedení, způsobilé pro přijímání a vysílání zesíleného signálu, vyznačený tím, že aktivní optické vlákno (6) obsahuje první části (11), tvořené každá optickým vláknem se dvěma jádry (12, 13), z nichž první jádro (12) je opticky spojeno s jádrem (16) zbývajících částí aktivního optického vlákna (6), zatímco druhé jádro (13) je přerušeno na koncích, přičemž obě jádra (12, 13) jsou spolu vzájemně opticky vázána v pásmu vlnové délky v oblasti vlnových délek laserové emise prvního jádra (12) a různé od pásma přenášeného signálu.
- 2. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 1, vyznačený tím, že druhé jádro (13) dvoujádrových prvních částí (11) aktivního optického vlákna (6) obsahuje dotující látku, mající vysokou světelnou absorpci v oblasti laserové emise dotující látky aktivního vlákna.
- 3. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 2, vyznačený tím, že dotující látka s vysokou světelnou absorpcí druhého jádra je tvořena stejnou fluorescenční látkou, jaká je přítomná v aktivním optickém vláknu (6).
- 4. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 1, vyznačený tím, že první jádro (12) každé dvoujádrové první části (11) vlákna obsahuje fluorescenční dotující látku.
- 5. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 1, vy- značený tím, že pouze druhé jádro (13) každé dvoujádrové první části (11) aktivního optického vlákna (6) obsahuje fluorescenční dotující látku.
- 6. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 1, vyznačený tím, že fluorescenční dotující látka, přítomná alespoň ve druhých částech (15) aktivního optického vlákna (6), majících jediné jádro, je erbium.
- 7. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 2, vyznačený tím, že dotující látka, přítomná ve druhém jádře (13), je látka, mající vysokou světelnou absorpci po celém spektru, zvolená mezi titanem, vanadem, chromém nebo železem, alespoň z části přítomná v jejím stavu nižšího mocenství.
- 8. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 1, vyznačený tím, že délka (LA) každé dvoujádrové první části (11) vlákna je rovná nebo větší než pulzová délka (LB)-13CZ 280565 B6 mezi jádry (12, 13), vázanými ve zvoleném vazebnímu pásmu mezi jádry.
- 9. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 1, vyznačený tím, že obsah dotující látky, mající vysokou světelnou absorpci, ve druhém jádře (13) a vazební charakteristiky jader (12, 13) vlákna jsou v takovém vzájemném vztahu, aby se ve druhém jádře určila zhášecí délka menší než desetina pulzové délky mezi vázanými jádry.
- 10. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 8, vyznačený tím, že druhé jádro (13) je bez jakékoli dotující látky, absorbující světlo, a každá dvoujádrová první části (11) vlákna má délku (LA) rovnou celému násobku pulzové délky (Lb) s tolerancí 10 % pulzové délky samotné.
- 11. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 6, vyznačený tím, že obě jádra jsou spolu opticky vázána mezi 1530 a 1540 nm.
- 12. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 1, vyznačený tím, že první jádro (12) každé dvoujádrové první části (11) vlákna je uspořádáno souose s vnějším povrchem vlákna, ve vzájemném vyřízení s jádry (16) ve zbývajících částech aktivního optického vlákna (6) a s jádry vláken (7), ke kterým je zesilovač připojen, přičemž druhé jádro (13) je na svých koncích umístěno proti plášti jednojádrových druhých částí (15).
- 13. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 1, vyznačený tím, že alespoň první (12) z obou jader dvoujádrové části (11) vlákna je uzpůsobeno pro umožňování jednovidového světelného šíření při přenosové vlnové délce a čerpací vlnové délce.
- 14. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 1, vyznačený tím, že aktivní optické vlákno má úseky vlákna, obsahující fluorescenční dotující látku, umístěné mezi dvěma po sobě následujícími dvoujádrovými prvními částmi (11) vlákna, majícími délku (F) ne větší než je délka, odpovídající maximálnímu dosažitelnému zisku 15 dB při vazební vlnové délce mezi jádry dvoujádrové první části (11) vlákna.
- 15. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 14, vyznačený tím, že úseky vlákna, obsahující fluorescenční dotující látku, umístěné mezi dvěma po sobě následujícími dvoujádrovými prvními částmi (11) vlákna, mají délku (F) ne větší než je délka, odpovídající zisku 1 až 5 dB při vazební vlnové délce mezi jádry dvoujádrové první části (11) vlákna .
- 16. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 1, vyznačený tím, že alespoň jeden konec aktivního optického vlákna (6) je tvořen dvoujádrovou první částí (11) vlákna.-14CZ 280565 B6
- 17. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 1, vyznačený tím, že dvoujádrové první části (11) vlákna jsou mechanicky zakřivítelné do oblouku pro jemné nastavení pásma vazební vlnové délky mezi jádry.
- 18. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 1, vyznačený tím, že každá dvoujádrová první část (11) vlákna je na tuho připevněna k odpovídající podpůrné destičce (17), v podstatě nedeformovatelné v provozních podmínkách.
- 19. Širokopásmový optický zesilovač signálu podle nároku 17 nebo 18, vyznačený tím, že každá dvoujádrová první část (11) vlákna je na tuho připevněna k příslušné podpůrné destičce (17) v podmínkách zakřivení, odpovídajících požadovanému pásmu vazební vlnové délky mezi jádry.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT01928090A IT1237970B (it) | 1990-02-07 | 1990-02-07 | Amplificatore ottico a fibra attiva,con porzioni a doppio nucleo,a larga banda di lunghezza d'onda di segnale |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS9100283A2 CS9100283A2 (en) | 1991-09-15 |
| CZ280565B6 true CZ280565B6 (cs) | 1996-02-14 |
Family
ID=11156365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS91283A CZ280565B6 (cs) | 1990-02-07 | 1991-02-06 | Širokopásmový optický zesilovač signálu |
Country Status (29)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0441211B1 (cs) |
| JP (2) | JP3045550B2 (cs) |
| KR (1) | KR0179024B1 (cs) |
| CN (1) | CN1023348C (cs) |
| AR (1) | AR246642A1 (cs) |
| AT (1) | ATE113419T1 (cs) |
| AU (1) | AU646238B2 (cs) |
| BR (1) | BR9100626A (cs) |
| CA (1) | CA2035804C (cs) |
| CZ (1) | CZ280565B6 (cs) |
| DE (1) | DE69104738T2 (cs) |
| DK (1) | DK0441211T3 (cs) |
| ES (1) | ES2065555T3 (cs) |
| FI (1) | FI104293B1 (cs) |
| HK (1) | HK100195A (cs) |
| HU (1) | HU212954B (cs) |
| IE (1) | IE66727B1 (cs) |
| IT (1) | IT1237970B (cs) |
| LT (1) | LT3572B (cs) |
| LV (1) | LV10984B (cs) |
| MY (1) | MY106104A (cs) |
| NO (1) | NO303956B1 (cs) |
| NZ (1) | NZ237031A (cs) |
| PL (1) | PL165200B1 (cs) |
| PT (1) | PT96683B (cs) |
| RU (1) | RU2063105C1 (cs) |
| SK (1) | SK278932B6 (cs) |
| TW (1) | TW198100B (cs) |
| UA (1) | UA25931A1 (cs) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2265751B (en) * | 1992-03-23 | 1995-12-20 | Univ Southampton | Optical amplifier with automatic self adjusting gain spectrum |
| IT1270032B (it) * | 1994-04-14 | 1997-04-28 | Pirelli Cavi Spa | Sistema di telecomunicazione amplificata a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda |
| IT1273676B (it) * | 1994-07-25 | 1997-07-09 | Pirelli Cavi Spa | Sistema di telecomunicazione amplificata a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda,con potenza di ricezione equalizzata |
| PE41196A1 (es) * | 1994-07-25 | 1996-12-17 | Pirelli Cavi Spa | Sistema de telecomunicacion amplificado para transmisiones en multiplex por division de longitud de onda, capaz de limitar las variaciones en la potencia de salida |
| DE19740743C1 (de) * | 1997-09-16 | 1999-01-21 | Siemens Ag | Optischer Verstärker für Gewinnregelung |
| JP2001094304A (ja) | 1999-09-17 | 2001-04-06 | Tdk Corp | 誘電体フィルタ及びその製造方法 |
| RU2153228C1 (ru) * | 1999-10-12 | 2000-07-20 | Военный университет связи | Автоматическое устройство обхода для волоконно-оптических сетей связи |
| FR2822313B1 (fr) * | 2001-03-16 | 2003-07-25 | Highwave Optical Tech | Composant optique a base de fibre bi-coeur avec entrees/sorties en fibres mono-coeur |
| CN1325991C (zh) * | 2003-11-14 | 2007-07-11 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 双芯双包层光纤二波长光放大装置 |
| EP1942083A1 (en) * | 2006-12-07 | 2008-07-09 | Datwyler Fiber Optics S.A. | Method and apparatus for fabricating a preform for an active optical fiber, active optical fiber and amplifier |
| KR102428755B1 (ko) * | 2017-11-24 | 2022-08-02 | 엘지디스플레이 주식회사 | 파장 변환이 가능한 광섬유 및 이를 사용하는 백라이트 유닛 |
| DE102019114974A1 (de) * | 2019-06-04 | 2020-12-10 | Friedrich-Schiller-Universität Jena | Lichtwellenleiter |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4315666A (en) * | 1979-03-19 | 1982-02-16 | Hicks Jr John W | Coupled communications fibers |
| US4546476A (en) * | 1982-12-10 | 1985-10-08 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Fiber optic amplifier |
| DE197943T1 (de) * | 1984-10-01 | 1987-02-05 | Polaroid Corp., Cambridge, Mass. | Verst(gamma)rker frr optischen wellenleiter und laser. |
| US4883335A (en) * | 1986-01-06 | 1989-11-28 | American Telephone And Telegraph Company | Single-mode optical fiber tap |
| US5087108A (en) | 1989-08-11 | 1992-02-11 | Societa' Cavi Pirelli S.P.A. | Double-core active-fiber optical amplifier having a wide-band signal wavelength |
-
1990
- 1990-02-07 IT IT01928090A patent/IT1237970B/it active IP Right Grant
- 1990-12-18 IE IE457090A patent/IE66727B1/en not_active IP Right Cessation
-
1991
- 1991-01-07 MY MYPI91000013A patent/MY106104A/en unknown
- 1991-01-28 DK DK91101039.5T patent/DK0441211T3/da active
- 1991-01-28 ES ES91101039T patent/ES2065555T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1991-01-28 DE DE69104738T patent/DE69104738T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-01-28 EP EP91101039A patent/EP0441211B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-01-28 AT AT91101039T patent/ATE113419T1/de not_active IP Right Cessation
- 1991-02-02 TW TW080100841A patent/TW198100B/zh active
- 1991-02-05 PL PL91288961A patent/PL165200B1/pl unknown
- 1991-02-05 AU AU70808/91A patent/AU646238B2/en not_active Ceased
- 1991-02-05 NZ NZ237031A patent/NZ237031A/en unknown
- 1991-02-05 CN CN91100697A patent/CN1023348C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1991-02-05 AR AR91318988A patent/AR246642A1/es active
- 1991-02-06 HU HU91401A patent/HU212954B/hu not_active IP Right Cessation
- 1991-02-06 CZ CS91283A patent/CZ280565B6/cs not_active IP Right Cessation
- 1991-02-06 RU SU4894477/09A patent/RU2063105C1/ru not_active IP Right Cessation
- 1991-02-06 CA CA002035804A patent/CA2035804C/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-02-06 UA UA4894477A patent/UA25931A1/uk unknown
- 1991-02-06 NO NO910461A patent/NO303956B1/no not_active IP Right Cessation
- 1991-02-06 FI FI910573A patent/FI104293B1/fi active
- 1991-02-06 SK SK283-91A patent/SK278932B6/sk unknown
- 1991-02-06 PT PT96683A patent/PT96683B/pt not_active IP Right Cessation
- 1991-02-07 BR BR919100626A patent/BR9100626A/pt not_active IP Right Cessation
- 1991-02-07 KR KR1019910002083A patent/KR0179024B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1991-02-07 JP JP3016322A patent/JP3045550B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-06-30 LV LVP-93-830A patent/LV10984B/lv unknown
- 1993-12-15 LT LTIP1607A patent/LT3572B/lt not_active IP Right Cessation
-
1995
- 1995-06-22 HK HK100195A patent/HK100195A/en not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-04-27 JP JP12066199A patent/JP3240302B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5067789A (en) | Fiber optic coupling filter and amplifier | |
| US7649914B2 (en) | Optical fibre laser | |
| JP2708278B2 (ja) | エルビウム−ドープファイバ増幅器 | |
| US7046432B2 (en) | Optical fiber coupling arrangement | |
| USRE38298E1 (en) | Double-core active fiber optical amplifier having a wide-band signal wavelength | |
| CZ280356B6 (cs) | Optický zesilovač | |
| US20080267227A1 (en) | Gain-clamped optical amplifier using double-clad fiber | |
| CZ280565B6 (cs) | Širokopásmový optický zesilovač signálu | |
| US5218665A (en) | Double core, active fiber optical amplifier having a wide band signal wavelength | |
| JPH05299733A (ja) | 希土類元素添加マルチコアファイバ及びそれを用いた光増幅器 | |
| JP2884919B2 (ja) | 希土類元素添加マルチコアファイバ型カプラ | |
| JPH09265021A (ja) | マルチコアファイバ、これを用いた光増幅器、この光増幅器を用いた光増幅中継装置及び光増幅分配装置 | |
| JP2001358388A (ja) | 光ファイバ、光ファイバアンプ及びファイバレーザー | |
| JPH06224497A (ja) | 光増幅器 | |
| JPH0537047A (ja) | 光能動素子 | |
| WO1997033460A2 (en) | Multicore fiber optic amplifier |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| IF00 | In force as of 2000-06-30 in czech republic | ||
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20020206 |