CZ280817B6 - Telekomunikační linka s optickým vláknem - Google Patents

Telekomunikační linka s optickým vláknem Download PDF

Info

Publication number
CZ280817B6
CZ280817B6 CS911525A CS152591A CZ280817B6 CZ 280817 B6 CZ280817 B6 CZ 280817B6 CS 911525 A CS911525 A CS 911525A CS 152591 A CS152591 A CS 152591A CZ 280817 B6 CZ280817 B6 CZ 280817B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
fiber
optical
reflectance
active
active fiber
Prior art date
Application number
CS911525A
Other languages
English (en)
Inventor
Giorgio Ing. Grasso
Aldo Ing. Righetti
Original Assignee
Pirelli Cavi S.P.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pirelli Cavi S.P.A. filed Critical Pirelli Cavi S.P.A.
Publication of CS152591A3 publication Critical patent/CS152591A3/cs
Publication of CZ280817B6 publication Critical patent/CZ280817B6/cs

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/04Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
    • H03F3/08Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29Repeaters
    • H04B10/291Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
    • H01S3/06754Fibre amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29Repeaters
    • H04B10/291Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • H04B10/2912Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/02ASE (amplified spontaneous emission), noise; Reduction thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

Telekomunikační linka s optickým vláknem obsahuje aktivní optické vlákno (10) a optické zesilovače (5, 6), ve kterých odrazivost směrem k aktivnímu vláknu zesilovače je omezena pod kritickou hodnotu nižší alespoň o 10 dB než je odrazivost způsobená Rayleighovým rozptylem v liniových vláknech. Tato hodnota odrazivosti se získá uspořádáním optických izolátorů (11a, 11b) majících omezenou vnitřní odrazivost před a za zesilovačem (6) a uspořádáním prostředku omezujícího odraz na všech vláknech (12) sbíhajících se k aktivnímu optickému vláknu (10) zesilovače.ŕ

Description

(57) Anotace:
Zařízení sestává z nejméně Jednoho liniového vlákna (3) a optického zesilovače (6, 6a, 6b. 6c). který obsahuje optické aktivní vlákno (10) a nejméně Jedno optické přívodní vlákno (12), připojené ke zdroji (9) optického čerpacího signálu, kde aktivní vlákno (10) má Jádro dopované fluorescenční látkou. Optický zesilovač (6. 6a, 6b. 6c) Je k liniovému vláknu (3) připojen prostřednictvím vazebního členu. Všechna liniová vlákna (3) 1 přívodní vlákna (12), která Jsou připojena k aktivnímu vláknu (10). mají prostředek pro omezení odrazu. Jehož odrazlvost, posuzováno z čelního konce aktivního vlákna (10), Je nižší alespoň o 10 dB než odrazlvost, odpovídající Rayleighovu rozptylu v liniovém vláknu (3) na přenosové vlnové délce.
i
j
Zařízení pro zesilování světelných signálů v přenosových linkách
Oblast techniky
Vynález se týká zařízení pro zesilování světelných signálů v přenosových linkách, sestávajícího z nejméně jednoho liniového vlákna a optického zesilovače, který obsahuje optické aktivní vlákno a nejméně jedno optické přívodní vlákno, připojené ke zdroji optického čerpacího signálu, kde aktivní vlákno má jádro dopované fluorescenční látkou, přičemž optický zesilovač je k liniovému vláknu připojen prostřednictvím vazebního členu.
Dosavadní stav techniky
Je známo, že optická vlákna, která mají dopované jádro, ve kterém je dopování provedeno použitím zvláštních látek, jako jsou ionty vzácných zemin, mají schopnost stimulované emise a jsou vhodné k použití jako optické zesilovače v telekomunikačních linkách pro civilní telefonní sítě.
Takový druh zesilovačů je popsán v evropské přihlášce číslo 90112920.5 téhož původce.
Jako zesilovače s optickým vláknem, také označované jako zesilovače s aktivním optickým vláknem, jsou míněny zesilovače, ve kterých je přenášený optický signál zesilován jako takový, přičemž si zachovává svoji optickou formu, a to aniž by byla požadována jeho přeměna na jinou formu, například elektronickou, jeho zesílení v této nové formě a opětné převedení do optické formy, a ve kterých zesilovací prvek sestává z kusu optického vlákna výše popsaného typu, které má předem určenou délku a je zapojeno v sérii mezi dvěmi úseky vlákna optické linky a opatřeno odpovídajícím napájecím prostředkem pro napájení optickým čerpacím signálem.
Zesilovače tohoto druhu mají zvláštní výhody při použití v telekomunikačních linkách, neboť dávají vysoké zisky, pokud jsou použity jako liniové zesilovače. Tyto zisky mohou být uvedeny na žádanou hodnotu vhodnou volbou délky aktivního vlákna a/nebo obsahem dopovací látky, nebo mohou být použity jako výkonové zesilovače, a potom mají vysokou účinnost zesílení.
Pro zesilovače jsou zvláště nebezpečné odrazy signálů, které vznikají u konců optického vlákna.
Z japonských patentových spisů 52-155901 a 63-219186 a z publikace Electronics Letters svazek 24, číslo 1, str. 36 až 38, ze 7. 1. 1988, je známo, že u laseru nebo v optickém polovodičovém zesilovači je nebezpečí nestability a vzniku oscilací vlivem odrazů na koncích vlákna zesilovače.
Ve výše uvedené literatuře se uvádí opatření, která spočívají v připojení optického izolátoru k polovodičovému laseru, čímž se zamezí světlu, odraženému spojovacími povrchy mezi liniovými vlákny a těmito přístroji, aby dopadlo na tyto lasery.
-1CZ 280817 B6
V zesilovači s aktivním vláknem nejsou žádné přestupní povrchy mezi liniovými vlákny a zesilovačem, protože liniová vlákna jsou přímo přivařena k atkvinímu vláknu zesilovače. Z tohoto důvodu se obecně neočekávají odrazové jevy.
Bylo však zjištěno, že v zesilovači s aktivním vláknem bez prostředku pro omezení odrazu směrem k aktivnímu vláknu není možné dosáhnout vysokých zisků zesílení vlivem výskytu šumu interferometrického typu jako důsledku mezi přímým signálem a odraženými signály v samotných liniových vláknech a při všech procesech namířených k aktivnímu vláknu. Přítomnost interferometrického šumu má v polovodičovém zesilovači s nízkými zisky a o .malých konstrukčních rozměrech malý význam, zatímco se stává zvláště významnou v zesilovači s aktivním vláknem, schopným dosahovat velmi vysokých zesílení a majícím aktivní vlákno značné délky, např. v rozsahu několika desítek metrů, a to mnohem větší, než koherenční vzdálenost laseru, vyvíjecího signál.
V zesilovači typu s vláknem s aktivním jádrem vzniká problém ochrany aktivního vlákna proti zdroji takového šumu a udržení každé formy odrazu směrem k aktivnímu vláknu pod kritickými hodnotami, aby nebyla ohrožena jakost přenosu při zachování vysokých hodnot velikosti zesílení.
Výše uvedená evropská přihláška 90112920.5 navrhuje zavedení optických izolátorů v zesilovačích s optickým vláknem, přičemž tyto zesilovače by měly odrazivost omezenou pod kritickou hodnotu.
Podstata vynálezu
Úkolem vynálezu je vytvořit zařízeni pro zesilování světelných signálů v přenosových linkách s optickým vláknem, obsahující optické zesilovače s aktivním vláknem, ve kterém jsou zesilovače chráněny proti všem nevýhodám, které vyplývají z odrazů, a to s dalším omezením nedostatků stávajícího stavu techniky.
Výše uvedený úkol je řešen zařízením pro zesilování světelných signálů v přenosových linkách, které sestává z nejméně jednoho liniového vlákna a optického zesilovače, který obsahuje optické aktivní vlákno a nejméně jedno optické přívodní vlákno, připojené ke zdroji optického čerpacího signálu, kde aktivní vlákno má jádro dopované fluorescenční látkou, přičemž optický zesilovač je k liniovému vláknu připojen prostřednictvím vazebního členu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že všechna liniová vlákna i přívodní vlákna, která jsou připojená k aktivnímu vláknu, mají prostředek pro omezení odrazu, jehož odrazivost, posuzováno z čelního konce aktivního vlákna, je nižší alespoň o 10 dB než odrazivost odpovídající Rayleighovu rozptylu v liniovém vláknu na přenosové vlnové délce.
Výhodné provedení vynálezu spočívá v tom, že odrazivost prostředku pro omezení odrazu, posuzováno od čelního konce aktivního vlákna, je nižší alespoň o 15 dB než odrazivost způsobená Rayleighovým rozptylem v liniovém vláknu.
Další výhodné provedení spočívá v tom, že odrazivost prostředku pro omezeni odrazu, posuzováno od čelního konce aktivního
-2CZ 280817 B6 vlákna, má absolutní hodnotu, která je vyšší alespoň o 10 dB, výhodné o 15 dB, než je očekávaný zesilovací zisk.
Jiné výhodné provedení spočívá v tom, že prostředek pro omezení odrazu obsahuje druhý optický izolátor řízení polarizace, který je umístěn za aktivním vláknem.
Výhodně prostředek pro omezení odrazu obsahuje optické izolátory řízení polarizace, které jsou umístěné před a za aktivním optickým vláknem.
Zvláště výhodné jsou optické izolátory necitlivé na polarizaci přenášeného signálu.
Alternativně má každý optický izolátor odrazivost směrem k aktivnímu vláknu na vlnové délce přenášeného signálu nižší o 10 dB, výhodně o 15 dB, než je odrazivost daná Rayleighovým rozptylem v liniovém vláknu.
Jiné výhodné provedení spočívá v tom, že každý optický izolátor má odrazivost směrem k aktivnímu vláknu na vlnové délce přenášeného signálu, jejíž absolutní hodnota je vyšší alespoň o 10 dB, výhodně o 15 dB než je očekávaný zesilovací zisk.
Přednostně je přívodní vlákno na svém konci, připojeném k optickému čerpacímu zdroji, opatřeno prostředkem pro omezení odrazu, který obsahuje protiodrazové povlakové vrstvy a/nebo šikmý řez přenosovým povrchem, resp. povrchy, přičemž odrazivost prostředku pro omezeni odrazu je o 10 dB, výhodně o 15 dB nižší, než odrazivost vyplývající z Rayleighova rozptylu při zahrnutí útlumů, způsobených průchodem přenášeného signálu a odraženého signálu vazebním členem, který je zapojen před aktivním vláknem.
Další výhodné provedení vynálezu spočívá v tom, že odrazivost prostředku pro omezení odrazu je vyšší alespoň o 10 dB, výhodné o 15 dB, než je očekávaný zesilovací zisk.
Dále může být konec přívodního vlákna, připojený k optickému čerpacímu zdroji, vzhledem k rovině kolmé na osu vlákna seříznut pod úhlem 5 až 10°.
Zvláště výhodně je přívodní vlákno připojeno k aktivnímu vláknu přes dichroický vazební člen, přičemž na jednom konci aktivního vlákna je mezi něj a liniové vlákno zapojen druhý optický izolátor a na opačném konci aktivního vlákna je mezi liniové vlákno a dichroický vazební člen, který je zapojen bezprostředně u aktivního vlákna, zapojen první optický izolátor.
Další přednostní provedení spočívá v tom, že přívodní vlákno, připojené k optickému čerpacímu zdroji, je připojeno k aktivnímu vláknu přes dichroický vazební člen, přičemž první optický izolátor je vložen mezi aktivní vlákno a dichroický vazební člen.
Poslední výhodné provedení vynálezu spočívá v tom, že prostředek pro omezení odrazu je tvořen optickým izolátorem, který je v liniovém vláknu zapojen mezi laser a výkonový zesilovač.
-3CZ 280817 B6
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude blíže vysvětlen za pomoci výkresů konkrétních příkladů provedení, na kterých představuje obr. 1 schéma telekomunikační linky s optickým vláknem, která je opatřena liniovými i výkonovými zesilovači, obr. 2 schéma optického zesilovače s aktivním optickým vláknem podle výhodného provedení vynálezu, obr. 3 schéma optického zesilovače s aktivním optickým vláknem podle alternativního provedeni vynálezu a obr. 4 schéma výkonového optického zesilovač s aktivním optickým vláknem.
Příkladem provedením vynálezu
Jak je patrno z obr. 1, obsahuje zařízení, vytvořené v tomto příkladu konkrétního provedení jako telekomunikační linka s optickým vláknem, obecně vysílací stanici 1 a přijímací stanici 2, které jsou navzájem vzdáleny atovky nebo tisíce kilometrů a mezi nimiž je optické liniové vlákno 3_, které má vhodné přenosové charakteristiky. Liniovým vláknem 2 se signál přenáší z vysílací stanice 1 do přijímací stanice 2.
K překlenutí potřebné celkové vzdálenosti mezi vysílací stanicí 1 a přijímací stanici 2 je jednak nutné vysílat signál dostatečného výkonu, a jednak kompenzovat útlum signálu podél liniového vlákna 3. Z toho důvodu vysílací stanice 1 obsahuje bezprostředně za laserem 4, který vysílá přenášený optický signál, výkonový zesilovač 5, schopný vysílat do liniového vlákna 2 signál vyššího výkonu, než je signál, který může být obvykle vyvíjen laserem 4. Navíc po určité délce liniového vlákna 3, např. po několika stech kilometrech, je uspořádán první liniový optický zesilovač 6a, který je znázorněný na obr. 1 a je uzpůsobený k přivedení přenášeného signálu opět na dostatečně vysokou úroveň. Po ném následují další úseky liniového vlákna 2 a další liniové optické zesilovače 6b, 6c a takto je pokryta celé délka linky.
Všechny zesilovače 5, 6, 6a, 6b, 6c jsou obvykle vytvořeny jako optické, které jsou zvláště výhodné pro uvedená použití, neboť jimi přenášený signál si zachovává optickou formu a tudíž není třeba jeho čtení a přeměna na elektronickou formu, zpracování, zesílení a opětná přeměna na optickou formu pro opětný přenos po telekomunikační lince.
Výše uvedené operace by ve skutečnosti snižovaly přenosovou kapacitu telekomunikační linky, zejména pokud jde o rychlost přenosu, která je podmíněna rychlostí zpracování přenášeného signálu v použitých elektronických přístrojích.
Naproti tomu v optickém zesilovači 6, 6a, 6b, 6c si signál stále zachovává optickou formu a nepodléhá tedy omezení rychlosti přenosu nebo jiným nežádoucím vlivům.
-4CZ 280817 B6
Tyto optické zesilovače 6, 6a, 6b, 6c umožňují dosáhnout zvláště dobrých vlastností telekomunikační linky s ohledem na hospodárnost a účinnost.
Na obr. 2 je schematicky znázorněna konstrukce optického zesilovače 6 s liniovým vláknem 3. Liniové vlákno 3, kterým prochází přenášený signál o vlnové délce A.s, který musí být zesílen, je připojeno k dichroickému vazebnímu členu 7, ve kterém je přenášený signál sloučen v jediném výstupním vláknu 8 s čerpacím signálem o vlnové délce Ag, vyvíjeným zdrojem 9 čerpacího optického signálu, což je laser 4. Aktivní optické vlákno 10, připojené k výstupnímu vláknu 8 dichroického vazebního členu 7, tvoří vlastní zesilovací prvek přenášeného signálu, který je, aby byl přenesen na místo určení, zaveden opět do liniového vlákna 3.
K vytvoření aktivního vlákna 10, tvořícího zesilovací prvek sestavy, je použito optické vlákno na bázi křemíku, jehož jádro je dopováno fluorescenční látkou, která je v přítomnosti optického čerpacího signálu o vlnové délceschopna vyvíjet stimulovanou emisi, která koherentní se signálem na přenosové vlnové délce As, takže výstupní signál je vzhledem ke vstupnímu signálu podstatně zesílen.
Obecné je známo, že v jakémkoli zesilovači je zisk G, závislý na odrazivostech R,, R9, měřených na jeho koncích, dán vztahem:
G(dB) < - 1/2 [R1(dB) + R2(dB], kde odrazivosti R^, R2 jsou definovány vztahem:
R (dB) = 10 ln (Pr/Pt), kde Ρ^ je přenášený výkon a Pr je odražený výkon.
Výše uvedené vztahy v podstatě udávají, že dosaženi vysokých zisků v optickém zesilovači 6 je omezeno odrazovými charakteristikami na koncích samotného optického zesilovače 6, jinými slovy, že k dosažení velkých zisků zesílení je nutné mít vysoké odrazivosti R^, r2.
Opravdu, pokud jedna část světelného signálu, přítomného v optickém zesilovači 6, je odražena zpět k jeho konci, je tato část zesílena, částečně odražena u protilehlého konce a opět zavedena do optického zesilovače 6, přičemž cyklus se několikrát opakuje. Když tyto odrazy a zesílení dosáhnou celkové vysoké hodnoty, je možné dosáhnout oscilačni stav, který znemožňuje správnou činnost optického zesilovače 6 a který pro zamezení vzniku tohoto jevu vyžaduje snížení maximální hodnoty zesílení.
Přídavně k tomuto jevu se přenášený signál sám vrací v optickém zesilovači 6 odrazovými prvky za tímto optickým zesilovačem 6, např. vlastním liniovým vláknem 3, přičemž zmíněný odraz je opět zesílen a dále odražen odrazovými prvky, umístěnými před tímto optickým zesilovačem 6, což způsobuje střety mezi přímými a odraženými signály. To je označováno jako interferometrický šum.
-5CZ 280817 B6
Tento interferometrický šum je zvláště významný v případě optických zesilovačů 6 s aktivním vláknem 10, které mají délku zesilovacího prvku, tzn. vlákna, větší, než je délka, odpovídající koherenční době laseru 4, který signál vyvinul. Za těchto podmínek se ztrácí koherence mezi přímými a odraženými signály, odražený signál je vzhledem k přímému signálu posunut, a má-li dostatečnou intenzitu, působí na jakost přenosu rušivé.
Odrazy, které mohou nastat v optickém zesilovači 6, mohou být jako výsledek známých odrazových jevů způsobeny přítomností stykových povrchů na jeho koncích, avšak i bez přítomnosti těchto povrchů, jako v případě optických zesilovačů 6, u kterých zesilovací prvek sestává z aktivního vlákna 10. přímo přivařeného k dichroickému vazebnímu členu 7 a k liniovému vláknu £, způsobuje rozptyl uvnitř liniového vlákna £ před a za optickým zesilovačem 6 odraz světelné energie, který je známý jako Rayleighův rozptyl.
Bylo zjištěno, že Rayleighův rozptyl, který nastává v celém vláknu, vytváří odrazivost, jejíž hodnoty jsou asi -30 dB.
Další formy odrazu mohou nastat, jsou-li přenášeny velké světelné výkony, a to vlivem jevu, známého jako Brillouinův rozptyl.
Podle předloženého vynálezu mohou být omezení maximálního zesílení, dosažitelného v liniovém optickém zesilovači 6a, 6b. 6c. vyplývající z výše popsaných odrazových jevu, vyloučena uspořádáním optických izolátorů 11a, lib před a za optickým aktivním vláknem 10. Zejména je jeden optický izolátor 11a umístěn před dichroickým vazebním členem 7, a to bezprostředné za liniovým vláknem £ a druhý optický izolátor 11b je umístěn za aktivním vláknem 10 před dalším úsekem liniového vlákna £.
Optické izolátory 11a, 11b jsou zařízení, uzpůsobená k umožnění jednosměrného průchodu světla. Pro účely předloženého vynálezu je požadováno, aby optické izolátory 11a. 11b byly typu, který je nezávislý na polarizaci přenášeného signálu, aby měly izolační stupeň vyšší než 20 dB a nízkou odrazivost, nižší alespoň o 10 dB, než je hodnota odrazivosti, daná Rayleighovým rozptylem ve vláknu nekonečné délky, a s výhodou nižší o alespoň 15 dB než výše zmíněná hodnota.
Ve skutečnosti bylo zjištěno, že přítomnost optických izolátorů 11a, 11b, které mají výše popsané charakteristiky, zajišťuje, že aktivní prvek optického zesilovače 6, tzn. dopované aktivní vlákno 10., může pracovat za podmínek, které jsou dostatečné vzdáleny od podmínek, při kterých mohou vznikat šumy, vyplývající z odrazů rozličných původů, jak bylo popsáno výše, při zachováni zisků zesílení, obvykle dosažitelných optickými zesilovači 6 s aktivním vláknem 10., které jsou asi 30 dB, přičemž tato hodnota v podstatě odpovídá absolutní hodnotě odrazivosti, dané Rayleighovým rozptylem ve vláknu nekonečné délky.
Pro dosažení vyšších zesílení je nutná odpovídající nízká hodnota odrazivosti, která podle předloženého vynálezu musí ve všech případech mít absolutní hodnotu vyšší alespoň o 10 dB, výhodně alespoň o 15 dB, než očekávaná hodnota zesílení.
-6CZ 280817 B6
Z výše uvedených skutečností plyne, že pro dosažení zisku 40 dB je požadováno, aby odrazivost směrem k aktivnímu vláknu 10 byla pro přenosovou vlnovou délku v každém k němu připojenému vláknu nižší alespoň než -50 dB, s výhodou nižší než -55 dB.
Předepsané charakteristiky odrazivosti optických izolátorů 11a, 11b mohou být dosaženy známými prostředky, jako jsou vícevrstvé povlaky a povrchy, kterými prochází přenášený signál šikmo ke směru jeho postupu a pod. Tyto prostředky jsou obecné známé v oboru a proto nebudou dále detailněji popisovány.
Za účelem vyloučení šumů, vznikajících odrazy, musí mít podle předloženého vynálezu přívodní vlákno 12, které přenáší optický čerpací signál do dichroického vazebního členu 7, a tedy rovněž do opticky aktivního vlákna £0, omezenou odrazivost směrem k optickému aktivnímu vláknu £0. Ve skutečnosti je zlomek světelného výkonu přenosové vlnové délky, který postupuje zpět k dichroickému vazebnímu členu 7, vysílán v přívodním vláknu 12, protože dichroické vazební členy 7, obecné používané pro tento účel ve dvou svázaných větvích, nemají absolutní oddělení mezi oběma vlnovými délkami, pro které jsou navrženy. V důsledku tohoto, nikoli absolutního oddělení, je nezanedbatelný podíl světelného výkonu o přenosové vlnové délce v rozsahu například několik procent přenesen takovouto vazbou do větve dichroického vazebního členu 7, která nese optický čerpací signál.
Jestliže tento zlomek světelného výkonu přenosové vlnové délky je u konce 13 přívodního vlákna 12, kde je připojeno ke zdroji 9 optického čerpacího signálu, odražen, je opět vyslán přes dichroický vazební člen 7 do vnitřku aktivního vlákna £0 a významné přispívá k výše popsaným jevům, způsobujícím interferometr ický šum.
Je proto vyžadováno, aby přívodní vlákno 12 mělo hodnotu odrazivosti nižší o 10 dB, výhodné o 15 dB, než je hodnota, odpovídající Rayleighovu rozptylu v nekonečném vláknu bez dvojnásobku hodnoty útlumu, dané přestupem signálu přenosové vlnové délky ve větvi optického čerpacího signálu dichroického vazebního členu 7.
Jinými slovy je požadováno, aby u konce aktivního optického vlákna £0, připojeného k výstupnímu vláknu 8, byla odrazivost jakéhokoli k němu připojeného vlákna celkově nižší alespoň o 10 dB, výhodné o 15 dB, než odrazivost, odpovídající Rayleighovu rozptylu v nekonečném vláknu, nebo jejíž absolutní hodnota je vyšší než očekávané zesílení. Podobné musí být omezena odrazivost na druhém konci aktivního vlákna 10.
Předepsané charakteristiky odrazivosti přívodního vlákna 12 mohou být dosaženy například vícevrstvými povlaky nebo šikmými povrchy. Zejména šikmý řez konce 13 přívodního vlákna £2, připojeného ke zdroji 9 optického čerpacího signálu, pod úhlem výhodně v rozsahu od 5 do 10° zajišťuje odrazivost nižší než -15 dB, která sečtena s útlumy vlivem průchodu dichroickým vazebním členem 7 o hodnotě například pro každý průchod asi -20 dB dává celkovou odrazivost, hodnoceno z konce optického aktivního vlákna 10, o hodnotě -55 dB, nižší asi o 15 dB, než je odrazivost přibližně -30 dB, daná Rayleighovým rozptylem.
-7CZ 280817 B6
Odrazivé jevy v přívodním vláknu 12 by také mohly být vyloučeny umístěním prvního optického izolátoru 11a za dichroický vazební člen 7 bezprostředně' před aktivním vláknem 10, jak je znázorněno na obr. 3. Toto řešení, které umožňuje použití protiodrazového opatření na konci přívodního vlákna 12, může být provedeno v případě, když ztráta čerpacího výkonu, která nastává při vynechání izolátoru, nepůsobí rušivě na dobrou činnost optického zesilovače 6.
V případě výkonových zesilovačů 5 zapojených přímo za přenosovým laserem 4, které jsou napájeny vstupní signálem o vysoké úrovni, vyšší než tzv. saturační úroveň, nad kterou výkon přenášeného signálu, přicházejícího ze zesilovače, závisí pouze na přiváděném čerpacím výkonu, a který vysílá vysoký světelný výkon, např. vyšší než 4 dBm, může přídavně k výše popsaným jevům díky odrazu vlivem Brillouinova rozptylu vzniknout šumový jev, při kterém světelný výkon, vyslaný do liniového vlákna 3, vystupujícího z optického zesilovače 6, vybudí vibrace v atomech vlákna, které zvyšují vyvíjení odraženého signálu na vlnové délce o něco kratší než vlnová délka přímého signálu.
Tento odražený signál může způsobit střet s přímým přenosovým signálem, takže vznikne šum, zhoršující jakost přenosu a přičítající se k dříve popsaným jevům.
V telekomunikační lince, znázorněné na obr. 1, je ve vysílací sestavě 14 uspořádán bezprostředné za laserem 4 další optický izolátor 15., přičemž tento další optický izolátor 15 chrání laser 4 před odrazy, které by jej mohly poškodit. Podle vynálezu výkonový zesilovač 5, který je zapojen do vysílací sestavy 14., je tedy nezávislý na přítomnosti prvního optického izolátoru 11a na jeho vstupu, jak je znázorněno na obr. 4, protože funkce vyloučení odrazů směrem k aktivnímu vláknu 10 výkonového zesilovače 5 může být v tomto případě prováděna již existujícím dalším optickým izolátorem 15. Ostatní části výkonového zesilovače 5, znázorněného na obr. 4, jsou podobné, pokud jde o grafické znázornění, částem, popsaným pro liniové zesilovače 6 a proto byly opatřeny stejnými vztahovými značkami.
Jako příklad byla sestrojena telekomunikační linka podle schématu, znázorněného na obr. 1. Jako laser 4 přenášeného signálu byl použit přímo modulovaný DFB laser tradičního typu, který má emisní vlnovou délku 1 535 nm. Přijímací stanice 2 sestávala z přijímače pin/HEMT známého typu, za kterým následovaly neznázornéné širokopásmové zesilovače.
Liniové vlákno 3. sestávalo z vláken s nízkým útlumem a posunutou disperzí a majících nulovou disperzi těsně u použité přenosové vlnové délky. Celková délka linky byla 300 km s útlumem 60 dB.
Telekomunikační linka obsahovala dva liniové optické zesilovače 6 a výkonový zesilovač 5. Tyto zesilovače 5, 6 byly vytvořeny jako zesilovače s aktivním vláknem 10 na bázi křemíku, dopovaným germaniem a erbiem. Zdroj 9 optického čerpacího signálu byl miniaturizovaný Nd-YAG laser se zdvojeným kmitočetem a čerpaný diodou. Liniové optické zesilovače 6, 6a, 6b měly konstrukci,
-8CZ 280817 B6 která je znázorněna na obr. 2, výkonový zesilovač 5 měl konstrukci podle obr. 4.
Liniové optické zesilovače 6, 6a, 6b měly každý celkový zisk 20 dB. Výkonový zesilovač 5 měl saturační výkon 9 dBm a vstupní výkon 0 dBm.
Optické izolátory 11a, 11b byly izolátory s řízením polarizace typu, nezávislého na polarizaci přenášeného signálu a měly izolaci větší než 35 dB a odrazivost nižší než -50 dB. Izolátory tohoto druhu jsou na trhu dosažitelné a proto jejich provedení není dále detailněji popisováno.
Konec 13 přívodního vlákna 12, připojený ke zdroji 9 optického čerpacího signálu, byl seříznut v úhlu 5°.
Přenos, docílený tímto uspořádáním, měl přijímaný výkon -20 dB a šum odpovídající -40 dBm.
Pro srovnání byl uskutečněn přenos s použitím stejného zkušebního uspořádání, jak bylo popsáno výše, ve kterém byly použity na trhu dostupné optické izolátory 11a, 11b, mající odrazivost -30 dB, odpovídající odrazivosti vlivem Rayleighova rozptylu ve vláknu a uzpůsobené k zamezení vzniku oscilaci za přítomnosti zisku až do 30 dB. Za těchto podmínek, ačkoli nebyly přítomny žádné oscilace, byl zjištěn šum, mající intenzitu -30 dB, který je dostatečný k zamezení správného příjmu přenášeného signálu a je pokládán za následek interferometrického šumu, vyplývající z Rayleighova rozptylu a z Brillouinova rozptylu v zesilovačích 5, 6 s aktivním vláknem 10.
Dichroické vazební členy 7 jsou schematicky znázorněny na obr. 2 jako členy se stavenými vlákny, jejichž užití je zvláště výhodné pro vytvoření zesilovačů 5, 6 s aktivním vláknem 10. Nicméně je rovněž možno užít jiného typu dichroických vazebních členů, například typu, používaného v mikrooptice. Pro vazební členy 7 je požadována, zvláště jsou-li typu se stavenými vlákny, odrazivost nižší o alespoň 10 dB, než odrazivost, daná Rayleighovým rozptylem, nebo o absolutní hodnotě vyšší než zisk zesílení, pro který je zesilovač 5, 6 uvažován.

Claims (14)

PATENTOVÉ NÁROKY
1. Zařízení pro zesilováni světelných signálů v přenosových linkách, sestávající z nejméně jednoho liniového vlákna (3). a optického zesilovače (6, 6a, 6b, 6c), který obsahuje optické aktivní vlákno (10) a nejméně jedno optické přívodní vlákno (12), připojené ke zdroji (9) optického čerpacího signálu, kde aktivní vlákno (10) má jádro dopované fluorescenční látkou, přičemž optický zesilovač (6, 6a, 6b, 6c) je k liniovému vláknu (3) připojen prostřednictvím vazebního členu, vyznačující se tím, že všechna liniová vlákna (3) i přívodní vlákna (12), která jsou připojená k aktivnímu vláknu (10), mají prostředek pro omezení odrazu,, jehož odrazivost, posuzováno z čelního konce aktivního vlákna (10), je nižší alespoň o 10 dB než odrazivost, odpovídající Rayleighovu rozptylu v liniovém vláknu (3) na přenosové vlnové délce.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že odrazivost prostředku pro omezeni odrazu, posuzováno od čelního konce aktivního vlákna (10), je nižší alespoň o 15 dB než odrazivost, způsobená Rayleighovým rozptylem v liniovém vláknu (3).
3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že odrazivost prostředku pro omezení odrazu, posuzováno od čelního konce aktivního vlákna (10), má absolutní hodnotu, která je vyšší alespoň o 10 dB, výhodné o 15 dB, než je očekávaný zesilovací zisk.
4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředek pro omezení odrazu obsahuje druhý optický izolátor (11b) řízení polarizace, který je umístěn za aktivním vláknem (10).
5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředek pro omezení odrazu obsahuje optické izolátory (11a, 11b) řízení polarizace, které jsou umístěné před a za optickým aktivním vláknem (10).
6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že optické izolátory (11a, 11b) jsou necitlivé na polarizaci přenášeného signálu.
7. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že každý optický izolátor (11a, 11b), má odrazivost směrem k aktivnímu vláknu (10) na vlnové délce přenášeného signálu nižší o 10 dB, výhodné o 15 dB, než je odrazivost, daná Rayleighovým rozptylem v liniovém vláknu (3).
8. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že každý optický izolátor (11a, 11b) má odrazivost směrem k aktivnímu vláknu (10) na vlnové délce přenášeného signálu, jejíž absolutní hodnota je vyšší alespoň o 10 dB, výhodně o 15 dB, než je očekávaný zesilovací zisk.
-10CZ 280817 B6
9. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že přívodní vlákno (12) je na svém konci (13), připojeném k optickému čerpacímu zdroji (9), opatřeno prostředkem pro omezení odrazu, který obsahuje protiodrazové povlakové vrstvy a/nebo šikmý řez přenosovým povrchem, resp. povrchy, přičemž odrazivost prostředku pro omezení odrazu je o 10 dB, výhodně o 15 dB nižší než odrazivost, vyplývající z Rayleighova rozptylu při zahrnutí útlumů, způsobených průchodem přenášeného signálu a odraženého signálu vazebním členem (7), který je zapojen před aktivním vláknem (10).
10. Zařízeni podle nároku 9, vyznačující se tím, že odrazivost prostředku pro omezení odrazu je vyšší alespoň o 10 dB, výhodně o 15 dB, než je očekávaný zesilovací zisk.
11. Zářízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že konec (13) přívodního vlákna (12), připojený k optickému čerpacímu zdroji (9), je vzhledem k rovině kolmé na osu vlákna seříznut pod úhlem 5 až 10°.
12. Zářízeni podle nároku 9, vyznačující se tím, že přívodní vlákno (12) je připojeno k aktivnímu vláknu (10) přes dichroický vazební člen (7), přičemž na jednom konci aktivního vlákna (10) je mezi něj a liniové vlákno (3) zapojen druhý optický izolátor (11b) a na opačném konci aktivního vlákna (10) je mezi liniové vlákno (3) a dichroický vazební člen (7), který je zapojen bezprostředné u aktivního vlákna (10), zapojen první optický izolátor (11a).
13. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že přívodní vlákno (12), připojené k optickému čerpacímu zdroji (9), je připojeno k aktivnímu vláknu (10) přes dichroický vazební člen (7), přičemž první optický izolátor (11a) je vložen mezi aktivní vlákno (10) a dichroický vazební člen (7).
14. Zařízení podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že prostředek pro omezení odrazu je tvořen dalším optickým izolátorem (15), který je v liniovém vláknu (3) zapojen mezi laser (4) a výkonový zesilovač (5).
CS911525A 1990-05-25 1991-05-22 Telekomunikační linka s optickým vláknem CZ280817B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT02043490A IT1248821B (it) 1990-05-25 1990-05-25 Linea di telecomunicazione a fibre ottiche con amplificatori ottici a fibra attiva con ridotte riflessioni

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS152591A3 CS152591A3 (en) 1992-02-19
CZ280817B6 true CZ280817B6 (cs) 1996-04-17

Family

ID=11166891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS911525A CZ280817B6 (cs) 1990-05-25 1991-05-22 Telekomunikační linka s optickým vláknem

Country Status (20)

Country Link
EP (1) EP0458256A1 (cs)
JP (1) JPH07107041A (cs)
KR (1) KR100192229B1 (cs)
CN (1) CN1032029C (cs)
AU (1) AU644869B2 (cs)
BR (1) BR9102259A (cs)
CZ (1) CZ280817B6 (cs)
FI (1) FI912525A7 (cs)
HU (1) HU217495B (cs)
IE (1) IE911781A1 (cs)
IT (1) IT1248821B (cs)
MY (1) MY106157A (cs)
NO (1) NO912000L (cs)
NZ (1) NZ238157A (cs)
PE (1) PE26891A1 (cs)
PL (1) PL168016B1 (cs)
PT (1) PT97751B (cs)
RU (1) RU2105419C1 (cs)
SK (1) SK278796B6 (cs)
TW (1) TW218039B (cs)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4222208A1 (de) * 1992-07-07 1994-01-13 Sel Alcatel Ag Optisches Nachrichtenübertragungssystem mit optischem Filter zum Schutz vor Riesenimpulsen
DE69637562D1 (de) 1995-03-20 2008-07-24 Fujitsu Ltd Verfahren und Vorrichtung zur optischen Signalverarbeitung
JP4574920B2 (ja) * 1999-07-08 2010-11-04 アルカテル−ルーセント レーリー散乱によって生じるラマン増幅の制限を越えるためのアイソレータの使用
RU2249838C2 (ru) * 2002-04-08 2005-04-10 Открытое акционерное общество Пермская научно-производственная приборостроительная компания Способ изготовления устройства устранения обратноотраженного луча для волоконно-оптического гироскопа
CN110702239B (zh) * 2019-10-28 2020-12-18 电子科技大学 一种无限散射单光子探测光时域反射测量方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4546476A (en) * 1982-12-10 1985-10-08 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Fiber optic amplifier
GB2220789B (en) * 1988-07-15 1992-08-26 Stc Plc Low coherence optical source

Also Published As

Publication number Publication date
TW218039B (cs) 1993-12-21
IE911781A1 (en) 1991-12-04
AU644869B2 (en) 1993-12-23
RU2105419C1 (ru) 1998-02-20
KR100192229B1 (ko) 1999-06-15
PL168016B1 (pl) 1995-12-30
FI912525A0 (fi) 1991-05-24
FI912525L (fi) 1991-11-26
PT97751B (pt) 1998-12-31
IT1248821B (it) 1995-01-30
PT97751A (pt) 1993-06-30
CN1032029C (zh) 1996-06-12
HUT60579A (en) 1992-09-28
SK278796B6 (sk) 1998-03-04
PL290378A1 (en) 1992-01-13
EP0458256A1 (en) 1991-11-27
PE26891A1 (es) 1991-09-09
KR910021006A (ko) 1991-12-20
HU217495B (hu) 2000-02-28
JPH07107041A (ja) 1995-04-21
BR9102259A (pt) 1992-01-14
NO912000D0 (no) 1991-05-24
AU7703891A (en) 1991-11-28
FI912525A7 (fi) 1991-11-26
CN1057721A (zh) 1992-01-08
NO912000L (no) 1991-11-26
IT9020434A1 (it) 1991-11-25
CS152591A3 (en) 1992-02-19
HU911617D0 (en) 1991-11-28
IT9020434A0 (cs) 1990-05-25
MY106157A (en) 1995-03-31
NZ238157A (en) 1993-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0789432B1 (en) Low noise optical fiber raman amplifier and communication system comprising such an amplifier
CA2093259C (en) Frequency dependent optical isolator
US5815308A (en) Bidirectional optical amplifier
KR950009326B1 (ko) 펌핑 전력반사기능을 지니는 저잡음용 광증폭기
JPH04506593A (ja) 光通信ネットワーク
US5210808A (en) Unit for amplifying light signals in optical fiber transmission lines
US6330117B1 (en) Optical isolator module and optical amplifier using the same
CZ280817B6 (cs) Telekomunikační linka s optickým vláknem
US20040208503A1 (en) Systems and methods for detecting faults in optical communication systems
Khaleghi et al. Increasing repeater span in high-speed bidirectional WDM transmission systems using a new bidirectional EDFA configuration
CN107196180A (zh) 级联远程光放大系统
US5204923A (en) Unit for amplifying light signals in optical fiber transmission lines
Yoshinaga et al. Influence of reflected light on erbium-doped fiber amplifiers for optical AM video signal transmission systems
USRE35697E (en) Unit for amplifying light signals in optical fiber transmission lines
JP2862145B2 (ja) 双方向光増幅器
CA2042987C (en) Unit for amplifying light signals in optical fiber transmission lines
JP3077705B2 (ja) 光ファイバ増幅器
CN207009889U (zh) 级联远程光放大系统
JP2732746B2 (ja) 光増幅器の入出力光パワーのモニタ方法
EP0409012B1 (en) Unit for amplifying light signals in optical fiber transmission lines
KR19980067576A (ko) 광섬유 반사체를 이용한 광섬유증폭기
HK1000979B (en) Unit for amplifying light signals in optical fiber transmission lines
JPH06188499A (ja) 広スペクトル幅光源
JPH02297027A (ja) 光受信器

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: 20010522