CZ93995A3

CZ93995A3 - Method of optical communication and telecommunication system with amplifier for multiplex transmission with division to wavelength

Info

Publication number: CZ93995A3
Application number: CZ95939A
Authority: CZ
Inventors: Fausto Meli; Giacomo Stefano Roba
Original assignee: Pirelli Cavi Spa
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1996-06-12
Also published as: EP0677902B1; ITMI940712A1; US5748364A; ITMI940712A0; CN1084098C; RU95105451A; NO951446D0; PE26096A1; FI951813A; MY130572A; HU216228B; NO951446L; SK49795A3; TW301087B; RU2146853C1; BR9501362A; JPH0846592A; EP0677902A1; KR950035162A; ATE220482T1

Description

Oblast techniky

Uvedený vynález se týká telekomunikačního systému s optickými zesilovači, speciálně přizpůsobenými pro multiplexní přenos s dělením podle vlnové délky (wavelength-division multiplexing transmission - dále jen VDM přenos).

Dosavadní stav techniky

U VDM přenosu se požaduje přenos prostřednictvím několika vzájemně nezávislých kanálů nebo přenos nezávislých signálů po stejné lince, která je tvořena optickým vláknem, v multiplexním provozu v pásmu optických frekvencí; přenosové kanály mohou být číslicové nebo analogové. Kanály je možné snadno rozlišit, protože každý z nich je vázán na specifickou frekvenci.

U tohoto způsobu přenosu musí mít různé kanály v podstatě ekvivalentní kapacitu, to znamená, že žádný kanál nesmí být privilegován vzhledem k ostatním pokud se týká úrovně nebo kvality signálu.

Pokud jsou zapojeny zesilovače, zejména optické zesilovače, musí mít přibližně stejnou odezvu pro všechny přenosové kanály; aby bylo možné použít větší počet kanálů, musí být šířka pásma, ve které zesilovač pracuje poměrně široká.

Optické zesilovače jsou založeny na fyzikálních vlastnostech fluorescenčních příměsí. Zejména se používá erbium, použité j ^ko příměs do jádra optického vlákna; ve skutečnosti erbium excitované čerpanou luminiscenční energií vykazuje vysokou emisi v pásmu vlnových délek, které odpovídají minimálnímu útlumu světeLného signálu v optických vláknech na bázi křemíku.

Když optickým vláknem dotovaným erbiem, kde se erbium udržuje v excitovaném stavu, prochází světelný signál o vlnové délce, která odpovídá takovéto vysoké emisi, signál vyvolává přechod atomů erbia na nižší energetickou úroveň a emisi světla stimulovanou na vlnovou délku samotného signálu - takto se vyvolává zesílení signálu.

V excitovanému stavu se také projeví spontánní přeměna atomů erbia a takto se generují náhodné emise, které vytvářejí šum pozadí překrývající stimulovanou emisi, jež odpovídá zesílenému signálu.

Světelná emise, generovaná přijetím světelné energie čerpané do dotovaného nebo aktivního optického vlákna, se může projevit v několika vlnových délkách, které jsou typické pro použitou příměs; takto dochází v optickém vláknu ke vzniku fluoerescenčního spektra.

Aby se dosáhlo co největšího zesílení signálu v optickém vláknu uvedeného typu a lepšího poměru signál/šum, potřebného pro správný příjem samotného signálu, používá se v telekomunikační technice obvykle signál generovaný laserovým emitorem o vlnové délce, která odpovídá maximu, v uvažovaném pásmu, křivky fluorescenčního spektra ve vlákně s příslušnou použitou příměsí, nebo vrcholu emisní křivky.

Na druhé straně mají optická vlákna dotovaná erbiem emisní spektrum s vrcholem v omezené šířce pásma. Vlastnosti vrcholu spektra se mění v závislosti na použitém skleněném materiálu, který se dotuje erbiem. Ovšem spektrální oblast vykazuje dostatečně vysokou intenzitu ve vlnovém rozsahu blízkém vrcholu, který spadá do vlnového pásma užitečného signálu, takže použití optických zesilovačů pro signály v širokém frekvenčním pásmu se považuje za možné.

Známá optická vlákna dotovaná erbiem ovšem vykazují nepravidelný průběh emisního spektra; tato nerovnoměrnost podmiňuje možnosti dosaženi stejného zesílení v celém zvoleném pásmu.

Aby se dosáhlo dostatečně ploché křivky zesílení, to znamená maximálně možného konstantního zesílení pro různé vlnové délky při eliminaci zdrojů šumu způsobeného spontánní emisí, je možné použít filtrační členy (popsané například v patentových spisech EP 426 422, EP 441 211 a EP 417 414 od stejného přihlašovatele.

V těchto patentech ovšem není popsáno chování zesilovačů při multiplexním dělení podle vlnových délek a ani se nebere v úvahu chování v případě použití několika zesilovačů zapojených v kaskádě.

Profil emisního spektra velmi závisí na příměsech dotovaných do jádra optického vlákna, které zvyšují jeho index lomu, jak je popsáno například v US patentovém spisu 5 282 079, kde je zobrazeno fluorescenční spektrum vlákna dotovaného hliníkem a erbiem. Toto spektrum má méně výrazný vrchol než spektrum vlákna dotovaného erbiem a germániem a vrchol je posunut směrem ke kratším vlnovým délkám (maximum je přibližně na vlnové délce 1532 nm); toto vlákno má číselnou aperturu (NA) 0,15.

Ve sborníku ECOC ’93, ThC, strana 1 až 4, je popsáno vlákno pro optický zesilovač dotované Al a La, které má velmi nízkou citlivost na vodík; popsané vlákno dotované hliníkem má numerickou aperturu 0,16 a vlákno dotované Al společně s La má číselnou aperturu 0,30.

Ve sborníku ECOC '93, TU 4, strana 181 až 184, jsou popsány optické zesilovače s vlákny dotovanými erbiem; jsou zde popsány experimenty prováděné s vLákny, jejichž jádra byla dotována hliníkem, hliníkem/germaniem a lanthanem/hliníkem. Ukazuje se, že nej lepších výsledků se dosáhlo u vláken dotovaných společně

Al/La.

V Electronics Letters, 6 Červen 1991, ročník 27, Číslo 12, strany 1065 až 1067 se poukazuje na to, že optické zesilovače, které používají vlákno dotované erbiem spolu s hliníkem, umožňují dosáhnout větší a více plochý profil zesílení; v článku jsou popsány zesilovače s vlákny dotovanými současně atomy hliníku, germánia a erbia a jejich vlastnosti jsou porovnány se zesilovači, které používají vlákno dotované lanthanem, germániem a erbiem. Konstatuje se zde, že nejrovnoměrnější křivku zesílení vykazují zesilovače první skupiny (Al/Ge/Er).

Ve sborníku ECOC ’91, TuPSl-3, strany 285 až 288, je popsáno vlákno typu AI2O3-SÍO3 dotované Er a La, aby se získal vyšší index lomu a snížilo se formování shluků obsahujících ionty erbia. Fluorescenční a absorbční spektrum vlákna dotovaného Er/La vykázala velkou podobnost se spektry materiálu vlákna A^Oj-SiO^ dotovaného pouze atomy erbia; byla dosažen číselná

IQ 1 apertura (NA) 0,31 při koncentraci erbia 23.10 cm .

Ve sborníku ECOC ’89, Post-Deadline Papers (příspěvky zaslané po uzávěrce), PDA-8, strany 33 až 36, 10 až 14 Září, 1989, je popsán experiment provedený s dvanácti optickými zesilovači zapojenými v kaskádě, které používají vlákno dotované erbiem; byl použit jeden samostatný signál s vlnovou délkou 1,536 mikrometru a ukázalo se, že pro stabilní funkci je třeba regulace vlnové délky s rozlišením 0,01 nm, vzhledem ke skutečnosti, že ukazatel BER (Bit Error Rate = poměr dvojkových chyb) při změně vlnové délky signálu rychle klesá.

US patentový spis 5 117 303 popisuje systém optického přenosu se synchronními optickými zesilovači, který na základě stanovených výpočtů vykazuje v saturovaném stavu vysoký poměr

signál/šum.

Podstata vynálezu

Popsané zesilovače mají optické vlákno dotované erbiem s jádrem AI2O3-SÍO3 a používají filtrační členy; vypočtený výkon se dosáhne při jediné vlnové délce. Zdroj signálu v širokém pásmu vlnových délek, který by nabízel stejný výkon není možné použít.

Výsledky s uvedeným vynálezem ukázaly, že určitá kombinace příměsí v jádru aktivního optického vlákna umožňuje vyrobit vlákno s vysokou numerickou aperturou Zároveň s emisním spektrem, jehož vlastnosti umožňuji vytvořit optické zesilovače, které budou, součástí zejména v raultiplexním systému, poskytovat jednotnou odezvu pro různé vlnové délky příslušného rozsahu, a to v případě jednoho samostatného zesilovače i v případě několika zesilovačů zapojených v kaskádě.

Jedna výhoda tohoto vynálezu se týká způsobu optické telekomunikace obsahující tyto kroky:

generování alespoň jednoho optického signálu s předem definovanou vlnovou délkou v určitém vlnovém pásmu, vysílání optického signálu ze zdroje do optického vlákna telekomunikační linky, zesílení uvedeného optického signálu alepoň jedním optickým zesilovačem s aktivním vláknem, a příjem signálu v přijímacím zařízení, pro dosažení potřebné úrovně poměru optického signálu k šumu na straně příjmu signálu, v předem určeném pásmu vlnových délek optického telekomunikačního systému, kde uvedené aktivní vlákno vykazuje emisní křivku s vysokou zónou emise v rozsahu vlnových délek, který zahrnuje předem určené vlnové pásmo. Toto pásmo vykazuje relativní pokles emise vzhledem k sousedním zónám. Vylepšení charakteristiky spočívá ve snížení zmíněného poklesu emisní křivky pomocí vhodného výběru a dávkování příměsí, jimiž se dotuje aktivní vlákno.

Předem určené vlnové pásmo je speciálně definováno v rozsahu 1530 a 1560 nm a přednostně v rozsahu 1525 a 1560 nm.

Potřebný poměr optického signálu k šumu je, měřeno v šířce filtrovaného signálu 0,5 nm, větší než 15 dB.

Při vhodném uspořádání zahrnuje zmíněný systém alespoň dva optické zesilovače s aktivním vláknem zapojené v sérii na komunikační lince s optickým vláknem.

Volba příměsi přidané do vlákna zahrnuje při uvedeném způsobu podle tohoto vynálezu použití fluorescenční příměsi a alespoň ještě jedné příměsi, která zpolupůsobí s hlavní příměsí v mřížce skleněného materiálu aktivního vlákna a snižuje pokles emise na hodnotu nižší než 1 dB vzhledem k emisní hodnotě v alespoň jedné sousední zóně daného pásma; převážně se jako hlavní příměs volí ebrium, ve formě kysličníku, a jako sekundární příměs se volí germánium, hliník a lanthan, ve formě příslušných kysličníků.

Další výhoda tohoto vynálezu se týká způsobu optické telekomunikace obsahujícího tyto kroky:

.generování alespoň jednoho optického signálu s předem ' 'fi nevánou vlnovou délkou v určitém vlnovém pásmu, vysílaní optického signálu ze zdroje do optického vlákna telekomunikační linky, zesílení uvedeného optického signálu alepoň jedním optickým zesilovačem s aktivním vláknem, a příjem signálu v přijímacím zařízení.

Tento způsob je charakterizován tím, že aktivní vlákno alespoň jednoho použitého zesilovače obsahuje hlavní fluorescenční příměs a nejméně jednu další sekundární příměs, která s ní interaguje v matrici skleněného materiálu, a generuje zesílení uvedeného optického signálu s předem určenou vlnovou délkou v optickém zesilovači, měřené vzhledem ke vstupnímu výkonu < - 20 dB. Toto zesílení se liší o méně než 1,6 dB od odpovídajícího zesílení signálu s odlišnou vlnovou délkou daného pásma, při nevyužití filtračních členů.

Z hlediska třetího přínosu je způsob, podle vynálezu, charakterizován poměrem optického signálu k šumu v přijímacím zařízení, měřeným ve vyfiltrované šířce pásma 0,5 nm, s hodnotou větší než 15 dB. Tento poměr je zaručen pro jeden samostatný signál daného pásma i pro dva nebo více signálů s různými vlnovými délkami daného pásma, které vstupují do zesilovače současně, měřeno pro vydělené jednotlivé signály.

Způsob speciálně zahrnuje krok, kdy se zesílení optického signálu provede nejméně dvakrát pomocí příslušných optických zesilovačů s aktivním vláknem zapojených do série na komunikační lince optického vlákna.

Při využití tohoto způsobu telekomunikace obsahuje použitý optický zesilovač aktivní vlákno s jádrem dotovaným erbiem jako hlavní fluorescenční příměsí a dále dotovaným nejméně dvěma dalšími sekundárními příměsemi, které jsou v interakci s hlavním příměsí. Jako sekundární příměs se převážně volí hliník, gemánium a lanthan, nebo jejich oxidy.

Za čtvrté se vynález týká telekomunikačního systému, který obsahuj e:

vysílací stanici, která generuje optické signály v předem definovaném pásmu vlnových délek, přij ímací stanici, optické vlákno, které vytváří komunikační linku mezi přijímací a vysílací stanicí, nejméně dva optické zesilovače s aktivním vláknem zapojené v sérii na komunikační lince.

Všechny prvky telekomunikačního systému jsou funkčně propojeny tak, aby mohly být přenášeny optické signály z vysílací stanice do přijímací stanice. Systém je charakteristický tím, že alespoň jeden optický zesilovač obsahuje křemíkové aktivní optické vlákno s jádrem dotovaným nejméně jednou hlavní fluorescenční příměsí a alespoň jednou sekundární příměsí. Systém zaručuje na příjmu poměr optického signálu k šumu, měřený ve vyfiltrovaném pásmu o šířce 0,5 nm, ne menší než 15 dB. Tento poměr signálu k šumu je zaručen pro jeden samostatný signál z daného vlnového pásma i pro dva nebo více signálů s odlišnou vlnovou délkou, které současně přicházejí na vstup zesilovače, poměr signál/šum měřen pro jednotlivé'vydělené signály.

Hlavní fluorescenční příměsí je zejména erbium ve formě kysličníku a sekundárními dotačními látkami jsou hliník, germánium a lanthan, ve formě příslušných kysličníků.

Předem určené přenosové pásmo je přednostně definováno v rozsahu 1530 a 1560 nm.

Při řešení podle vynálezu se dává přednost zapojení tří optických zesilovačů v sérii, přičemž alespoň jeden z nich má aktivní vlákno s jádrem dotovaným hliníkem, germaniem, lanthanem a erbiem ve formě příslušných kysličníků.

Pátým přínosem telekomunikačního systému je samotné aktivní vlákno optického zesilovače, obsahující:

nejméně jedno křemíkové aktivní vlákno, prostředky čerpání energie pro aktivní vlákno, přizpůsobené pro potřebný optický příkon příslušné vlnovové délky světla, vazební členy mezi aktivním vláknem čerpajícím optickou energii a jedním nebo více přenosovými signály s vlnovými délkami spadajícími do předem daného přenosového pásma. Aktivní optické vlákno má jádro dotované nejméně jednou hlavní fluorescenční příměsí a nejméně jednou sekundární příměsí, jejichž funkční interakce zaručuje maximální rozdíl zesílení mezi dvěma přenosovými signály s odlišnou vlnovou délkou ze stanoveného pásma, měřený při vstupním výkonu < - 20 dB, který je menší než 2,5 dB, bez zapojení filtračních členů na aktivním vláknu.

Přednostně volenou hlavní fluorescenční příměsí, využitou pro uvedený optický zesilovač, je erbium ve formě kysličníku a sekundárně dodávanými látkami jsou hliník, germánium a lanthan, ve formě příslušných kysličníků.

Důležitá je skutečnost, že optický zesilovač s aktivním vláknem vykazuje v předem definovaném 'vlnovém pásmu emisní křivku bez poklesů s hodnotou vyšší než 1 dB vzhledem k emisní hodnotě v alespoň jedné sousední zóně daného pásma. Přednostně by se mělo jednat o hodnoty menší než 0,5 dB.

Předem definované přenosové pásmo se voli mezi 1525 a 1560 nm a přednostně mezi 1530 a 1560 nm.

Použité aktivní vlákno by mělo mít číselnou aperturu větší než 0,15.

Další přínos telekomunikačního systému podle tohoto vynálezu se týká aktivního optického vlákna a · zejména optických telekomunikačních zesilovačů a je charakterizován hodnotou číselné apertury větší než 0,15 a jádrem vlákna dotovaným alespoň jednou hlavní fluorescenční příměsí a nejméně jednou sekundární příměsí, jejichž funkční interakce zaručuje při čerpání světelné energie do samotného vlákna průběh emisní křivky, v předem definovaném vlnovém pásmu, bez poklesů s hodnotou vyšší než 1 dB vzhledem k emisní hodnotě v alespoň jedné sousední zóně daného pásma. Přednostně by se mělo jednat o hodnoty menší než 0,5 dB.

Přednostně volenou hlavní fluorescenční příměsí, použitou v aktivním optickém vláknu, je erbium ve formě kysličníku a sekundárně dodávanými látkami jsou hliník, germánium a lanthan, ve formě příslušných kysličníků.

Při preferovaném složení je obsah lanthanu v jádru vlákna, ve formě kysličníku, větší než 0,1% na mol a přednostně by mělo být dosaženo hodnoty rovné nebo větší než 0,2% na mol.

Obsah germánia v jádru vlákna, ve formě kysličníku, by měl být vyšší než 5% na mol a molární poměr mezi obsahem germánia a obsahem lanthanu, vyjádřené jako kysličníky, spadá do rozmezí 10 až 100, preferovaná hodnota je okolo 50.

Obsah hliníku v jádru vlákna, ve formě kysličníku, by měl být vyšší než 1% na mol a přednostně by se mělo dosáhnout hodnoty větší než 2% na mol.

Obsah erbia v jádru vlákna, ve formě kysličníku, by měl spadat do rozsahu 20 a 5000 ppm na mol a přednostně by se mělo dosáhnout hodnoty mezi 100 až 1000 ppm na mol.

Doporučovaná číselná apertura optického vlákna je vyšší než

0,18.

Přehled obázků na výkresech ·

Podrobnější detaily budou popsány dále pomocí přiloženích výkresů, kde

Na obr. 1 je znázorněno schéma zapojení zesilovače.

Na obr. 2 je znázorněno schéma zapojení zesilovače s filtrem.

Na obr. 3 znázorněno schéma zapojení pro graf pokusného uspořádání pro určení grafů spektrální emise pro různé typy optického vlákna.

Obr. 4 znázorňuje grafy spektrální emise pro různé typy aktivních vláken detektovaných při využití pokusného uspořádání z obr. 5,

Obr. 5 znázorňuje křivky získané zesilovačem znázorněným na obr. 1 pro signály o různé vlnové délce a na dvou různých •hladinách vstupního příkonu s vlákny podle tohoto vynálezu,

Obr. 6 znázorňuje křivky získané zesilovačem znázorněným na obr. 2 pro signály o různé vlnové délce a na třech různých hladinách vstupního příkonu s vlákny podle tohoto vynálezu,

Obr. 7 znázorňuje křivky získané zesilovačem znázorněným na obr. 2 pro signály o různé vlnové délce a na třech různých hladinách vstupního příkonu se známými vlákny,

Na obr. 8 je uveden graf znázorňující pokusný přenos vytvářený několika zesilovači v kaskádě, při několikanásobném výskytu dvou signálů o různé vlnové délce na shodné lince,

Obr. 9 znázorňuje grafy BER (Bit Error Rate - podíl dvojkových chyb) detektované při pokusu podle diagramu z obr. 8, využívajího různé zesilovače,

Na obr. 10 je uveden graf znázorňující pokusný přenos vytvářený několika zesilovači v kaskádě, při několikanásobném výskytu čtyř signálů o různé vlnové délce na shodné lince,

Obr. 11 znázorňuje výkonové hladiny signálu na vstupu prvního zesilovacího stupně podle příkladu z obr. 10, při využití zesilovačů podle vynálezu.

Obr. 12 znázorňuje výkonové hladiny signálu na vstupu druhého zesilovacího stupně podle příkladu z obr. 10,

Obr. 13 znázorňuje výkonové hladiny signálu na vstupu třetího zesilovacího stupně podle příkladu z obr. 10,

Obr, 14 znázorňuje výkonové hladiny signálu na vstupu čtvrtého zesilovacího stupně podle příkladu z obr. 10,

Obr. 15 znázorňuje výkonové hladiny signálu na vstupu předzesilovače podle příkladu odpovídajícímu uspořádání z obr. 10, při využití zesilovačů známého typu.

Obr. 16 znázorňuje signál příkonových hladin vstupu předzesilovače v experimentálním zapojení podle obr. 10, využívajícího zesilovače známých typů.

Příklady provedení vynálezu

Z obr. 1 je zřejmé, že zesilovač je zhotoven pro užití jako linkový zesilovač, tvořený jedním aktivním vláknem i dotovaným příměsí erbia a odpovídajícím laserem 2, propojenými dichroickou spojkou 3, jeden optický izolátor 4 je umístěn proti toku vláknem 1, na cestě směrem zesilovaného signálu, přičemž druhý optický izolátor 5. je umístěn ve stejném směru jako samotné aktivní vlákno.

Bez obtíží avšak nikoli nutně je dichroická spojka 3. umístěna (jak je znázorněno) souhlasně s aktivním vláknem 1 tak, že dodává protiproudou energii k signálu.

Zesilovač dále obsahuje druhé aktivní vlákno 6 dotované erbiem, propojené s odpovídajícím laserem 7 pomocí prvků dichroické spojky 8, propojené rovněž protiproudým čerpáním ve znázorněném příkladu, přičemž další optický izolátor 9 je uložen souhlasně s vláknem 6.

L3

Lasery 2 a 7 jsou lasery typu Quantum Velí a mají následující parametry:

- vlnová délka emisí λ. p ⁼ 980 nm,

- maximální optický výkon na výstupu P_u = 89 mV.

Lasery těchto typů vyrábí například LASERTRON Inc. , 37 North Avenue, Burlington, MA (US).

Dichroické spojky 3, 8. jsou tavné vlákenné spojky tvořené jednomódovými vlákny 980 nm pásmu o vlnové délce 1530 až 1560 nm, s rozmezím <0,2 dB na výstupu optického výkonu závislého na polarizaci.

Dichroické spojky výše uvedeného typu jsou známy a jsou k dostání na trhu a jsou vyráběny například firmami GOULD Inc., Fibre Optic Division, Baymeadow Drive, Gelm Burnie, MD (US) a SIFAM Ltd., Fibre Optic Division, Voodland Road, Torquay, Devon (GB) .

Optické izolátory 4, 5, 9., jsou optickými izolátoty u nichž je polarizační řízení nezávislé na přenášeném signálu polarizace a vykazuje izolaci větší než 35 dB a reflexivitu menší než -50 dB.

Zde užité izolátory jsou MDL 1-15 PIPT-A S/N 1016 modely vyrobené firmou ISOVAVE, 64 Harding Avenue, Dover, New Jersey, US.

Na obr. 2 je znázorněno schéma možného provedení zesilovače ve kterém jsou zabudovány prvky se stejnými vztahovými značkami jako na obr. 1.

V takovémto zesilovači, kde jsou jednotlivé komponenty provedeny jak je popsáno výše je zařazen úzkopásmový filtr 10., který je složen z části optického vlákna mající dvě opticky spojená jádra a předem stanovenou_______ vlnovou délku. Jedno z uvedených jader je koaxiální se spojenými optickými vlákny a další je exentrické a izoluje konce, jak je popsáno v patentových spisech EP 441 211 a EP 417 441 jejichž popis je zde začleněn vzhledem k odkazům.

Tento filtr je o takové velikosti, že spojení vlnové délky (nebo vlnové délky pásma) exentrického jádra odpovídá části emisního spektra zesilovače. Exentrické izolující jádro na koncích umožňuje takto přenos vlnové délky rozptýlené v obvodovém plášti vlákna tak, že není dále znovu spojován v hlavním jádru.

V příkladu je uveden dvoujádrový úzkopásmový filtr 10 s následujícími parametry; pásmo vlnové délky

spojené ve druhém délka filtru	j ádru	BV(-3dB)	8 35	až lOnm mm
Filtr byl	takové	velikosti,	že	měl maximální utlumení
v emisním vrcholu	užitého aktivního	vlákna.

Alternativně mají filtry následující hodnoty, které byly užity v uskutečněných příkladech:

útlum na λ S 1530 nm 5 dB nebo útlum na J g 1532 nm 11 d8

Takovýto filtr umožňuje snížit intenzitu zóny specifické vlnové délky v části emisního vrcholu vlákna v řadě k pořízení získání křivky zesilovače co nejvíce konstatntní (nebo fiat) jak je to možné na různých vlnových délkách.

Tento požadavek je částečně důležitý ve VDM telekomunikacích, kde jsou zesilovací podmínky požadovány shodné jak to jen možné pro každý kanál.

Pro užití ve výše popsaných zesilovačích různých typů s aktivními vlákny dotovanými erbiem byly využity součástky a optické podmínky, které jsou soustředěny v následující tabulce 1.

Tabulka 1

Vlákno	Αΐ·2θ3 (mol%)	GeQ^ wt% (mol%)	La wt%	2°3 (mol%)	Ef₂O₃	NA	λο nm
	wt%	wt%	(mol%)
A	4	(2,6)	18	(11,4)	1	(0,2)	0,2	(0.03)	0,219	911
B	1,65	(1,1)	22,5(14,3)	0	(0.0)	0,2	(0.03)	0,19	900
C	4	(2.6)	18	(11,4)	0	(0,0)	0,2	(0.03)	0,20	1025
D	4	(2,6)	0	( o.o)	3,5	(0,7)	0,2	(0.03)	0,19	900

kde, wt% = (průměr) procentní obsah hmotnosti kysličníku v jádru mol% = (průměr) procentní obsah molů kysličníků v jádru NA = číselná apertura (nl^ - n2^)l/^ /(c = přerušení vlnové délky (LP11 přerušení)

Analýza sestavení byla provedena na prototypu (před popisem vlákna) pomocí mikrozkoušky kombinované se skanovacím elektronovým mikroskopem (SEM Hitahci).

Analýza byla vypracována v 1300 zvětšených jednotlivých bodech umístěných podél průměru a navzájem separovaných o 200 pm.

Stav vláken byl zhotoven následující technologií s umístěním ve vakuu, uvnitř sklokřemíkové trubice.

U uvedených optických vláken se dotace germánia do mřížky SÍO2 provádí během procedury syntézy.

Dotace erbia, hliníku a lanthanu do jádra vlákna se prováděla pomocí techniky dotování v roztoku (solution doping technique), kde se vodní roztok chloridů příměsi dostává do kontaktu se syntetickým materiálem jádra optického vlákna, který je ve stavu volných částic, dříve než ztvrdne nebo se přeformuje.

Podrobnější údaje o technice dotování v roztoku je možné najít například v materiálu US patentového spisu číslo 5 282 079, na který je v této zprávě uveden jako odkaz.

Větší hodnota číselné apertury (NA) vlákna A vzhledem k porovnávaným vláknům byla způsobena tím, že při tvorbě jádra optického vlákna byla opomenuta modifikace toku reakční látky dříve připravené pro výrobu vlákna C (Al/Ge/Er), zejména bylo opomenuto uzavření zdroje germánia.

Následná implementace lanthanu a hliníku dotováním v roztoku proto přinesla vyšší index lomu jádra oproti očekávané hodnotě. Kromě toho se dosáhlo neočekávaných výhod z hlediska zesílení a přenosu, které budou popsány dále.

Uvažovaná experimentální konfigurace přijatá pro určení spektrální emise vláken je znázorněna v diagramu na obr. 3. Grafy spektrální emise měřené na aktivních vláknech A, B, C, D jsou znázorněny na obr. 4.

Laserová dioda 11 generující světlo s vlnovou délkou 980 nm byla připojena přes dichroickou spojku 12 k aktivnímu testovanému vláknu 13.; emise vlákna byla detekována pomocí optického spektrálního analyzéru 14.

Laserová dioda 11 má výkon přibližně 60 mV (ve vláknu 13.) . Aktivní vlákno 13 má délku, která odpovídá účinnému zesílení pro přijatý výkon čerpané energie; pro zkoumaná vlákna se stejným obsahem erbia byla tato délka přibližně 11 m.

Pro jiný obsah erbia ve vláknech je možné vhodnou délku určit přijetím kritérií, která jsou lidem pracujícím v oboru dobře známa.

Použitý optický spektrální analyzér byl model TQ8345, který vyrábí firma ADVANTEST CORPORATION, Shinjuku - NS Bldg. 2-4-1 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku Tokyo (JP).

Měření se provádělo při čerpání světelné energie o vlnové délce 980 nm do vlákna a měřilo se spontánní emisní spektrum vlákna.

Dosažené výsledky jsou znázorněny na obr. 4, kde křivka .15. odpovídá vláknu A, křivka 16 odpovídá vláknu B, křivka 17. vláknu C a křivka 18 vláknu D,

Jak ukazují grafy, emisní spektra vláken B, Ca D mají hlavní vrchol o velké intenzitě s maximem okolo 1532,5 nm a následná zóna s vyšší vlnovou délkou až do 1560 až 1565 nm, s vysokou hodnotou emise zahrnuje sekundární velmi široký vrchol.

Srovnání křivek 16 a 17 (vlákna Ba C) ukazuje, že vyšší obsah hliníku ve vláknu zvyšuje úroveň zóny s vysokou emisí; náhrada lanthanu germániem (vlákno D, křivka 18.) umožňuje dosažení ještě vyšší úrovně v rozsahu 1535 až 1560 nm.

Na druhé straně byl u všech vláken B, C, D pozorován pokles v zóně d spektra (zóna lokalizována v intervalu 1535 a 1540 nm), která spadá mezi hlavní vrchol emisní křivky s přilehlou oblastí a sekundární vrchol emise; u tohoto poklesu je hodnota emise nižší nejméně o 2 dB než maximální emisní hodnota v sousedních zónách, to jest hlavní a sekundární vrchol. Toto ukazuje na obrázku reference h pro samotnou křivku 16 . ale je to zřetelně možné pozorovat také pro křivky 17 a 18.

Křivka 15 naopak ukazuje, že za uvedených experimentálních podmínek nevykazuje vlákno A v zóně d žádný významný pokles hodnot spektrální křivky (nebo tam, kde je pokles pozorovatelný, je ve všech případech menší než 0,5 dB).

Také křivka 15 ukazuje, že maximální vrchol emisní křivky vlákna A, který je umístěn okolo hodnoty 1530 nm, se objevuje při nižších vlnových délkách než u vláken B, C, D a že vlákno vykazuje vysokou úroveň emise až k vlnové délce 1520 nm.

Použijeme-li vlákno A, vytvoří se zesilovače se strukturou znázorněnou na obr. 1 a obr. 2.

Na obr. 5 jsou znázorněny křivky zisku signálu s různými vlnovými délkami pro dvě různé úrovně výkonu na vstupu zesilovače z obr. 1, zatímco na obr. 6 jsou znázorněny křivky zesílení zesilovače z obr. 2 pro tři různé úrovně vstupního výkonu.

Křivka 19 na obr. 5 se vztahuje ke vstupnímu výkonu -20 dB, kdežto křivka 20 se vztahuje k hodnotě vstupního výkonu -25 dB zesilovače z obr. 1.

Křivka 21 na obr. 6 se vztahuje k výkonu signálu - 20 dB na vstupu zesilovače z obr. 2, křivka 22 k výkonu vstupního signálu - 25 dB a křivka 23 k výkonu - 30 dB.

Jak je vidět z obrázků, zejména ze srovnání křivek 19 a 21. které odpovídají úrovni výkonu -20 db, což je hladina výkonu obzvláště zajímavá pro oblast telekomunikací, použití optického vlákna s jádrem dotovaným erbiem spolu s hliníkem, germániem a lanthanem poskytuje výrazně plochou křivku dosaženého zesílení, zejména v zóně mezi 1536 a 1540 nm, bez i při zapojení filtračních členů.

Při vstupním výkonu signálu - 20 dB a bez použití filtračního členu byl rozdíl zisku signálů s různými vlnovými délkami menší než 1.6 dB, zatímco při použití filtru byl rozdíl zesílení menší než 0,9 dB.

Na obr. 7 jsou znázorněny křivky zisku signálů s různými vlnovými délkami pro tři různé úrovně výkonu na vstupu zesilovače se strukturou znázorněnou na obr. 2, který používá vlákno C (Al/Ge/Er).

Křivka 24 na obr. 7 se vztahuje ke vstupnímu výkonu signálu -20 dB, křivka 25 k vstupnímu výkonu -25 dB a křivka 26 k vstupnímu výkonu -30 dB.

Při vstupním výkonu -20 dB byl rozdíl zesílení mezi signály s různou vlnovou délkou okolo 2,1 dB.

Jak je zřejmé ze srovnání, také vlákno A (Al/Ge/La/Er) použité v zesilovači bez zapojeného filtru dává mnohem plošší křivku než vlákno C (Al/Ge/Er) použité v zesilovači s filtrem.

Bylo provedeno také testování přenosu na dlouhé vzdálenosti s několika zesilovači zapojenými v kaskádě. Byly použity zesilovače znázorněné na obr. 1 a obr. 2, vyrobené z optického vlákna A (Al/Ge/La/Er) nebo vlákna C (Al/Ge/Er). Jednu použitou experimentální konfiguraci ukázuje obr. 8.

Do vlákna 29 byl přes multiplexer 30 přiváděn signál 27 s vlnovou délkou A= 1536 nm a druhý signál 28 s vlnovou délkou = ¹⁵⁵⁶ nm.

Jeden útlumový článek 31 byl umístěn za (ve směru toku signálu) zesilovač 32a: další následující útlumové články se shodnou charakteristikou byly umístěny na linku spolu se čtyřmi zesiLovači 32, 32 ’ , 32 ’ ’ . 32’’’ před přijímací stanici 33.

Před přijímací stanici byl zapojen optický demultiplexer 34 s interferenčním filtrem se šířkou pásma 1 nm při -3 dB, který sloužil pro výběr detekované vlnové délky.

Signály 27. 28 generované příslušnými lasery měly úroveň výkonu 0 dB; celkový výkon přepínaný multiplexerem v optickém vláknu 29 byl 0 dB (jako výsledek vazební ztráty 3 dB) .

Použitý multiplexer 30 byl vazební článek 1x2 (coupler 1x2”), který vyrábí E-TEK DYNAMICS INC., 1885 Lundy Aven, San Jose, CA (US).

Použitý výkonový zeesilovač 32a byl komerčně dodávaný zesilovač s optickým vláknem s následujícími parametry: vstupní výkon od -5 do +2 dB výstupní výkon 13 dB pracovní vlnová délka 1530 až 1560 nm

Výkonový zesilovač byl odpojen od úzkopásmového filtru.

Byl použit model TPA/E-12 dodaný přihlašovatelem. Zesilovač používal aktivní optické vlákno typu C (AL/Ge/Er) dotované erbiem.

Výkonovým zesilovačem se zde míní zesilovač pracující v saturovaném stavu, kde výstupní výkon závisí na výkonu čerpání energie, jak podrobně popisuje patentový spis EP 439 867 uvedený v této zprávě jako odkaz.

Za prvním útlumovým článkem 31 na vstupu zesilovače 32 měl celkový optický výkon hodnotu přibližně -18 dB.

Pro útlumové články 31 byl použit model Va5 dodávaný firmou JDS FITEL INC., 570 Heston Drive, Nepean (Ottawa), Ontario (CA). Každý článek představoval útlum 30 dB, což odpovídá přibližně 100 km optického vlákna.

Zesilovače 32 . 32 ’ . 32 ’ ' a 32 ' ’ ’ byly identické a každý z nich poskytoval zisk přibližné 30 dB pro obě vlnové délky a A 2 P-ři celkovém výstupním výkonu +12 dB.

Signál 27 s vlnovou délkou λ = 1536 nm byl přímo modulovaný signál s přenosovou rychlostí 2,5 Gbit/s, generovaný laserem DFB, který je součástí koncové aparatury SLX-1/16 Model SDH, komerčně dodávané firmou PHILIPS NEDERLAND BV, 2500BV Gravenhage (NL) , která tvoří přijímací stanici 33.

Signál 28 s vlnovou délkou 2 ⁼ 1556 nm byl spojitý signál (CV) generovaný laserem DFB - model MG0948L3 s výkonem 0 dB. Tento laser vyrábí ANRITSU CORPORATION, 5-10-27 Minato, Tokyo (JP). Použitý interferenční filtr 34 byl model TB4500, vyráběný již dříve zmiňovanou firmou JDS FITEL INC.

Příklad 1

V prvním příkladu byly použity zesilovače s optickým vláknem A (Al/Ge/La/Er), jejichž konfigurace je znázorněna na obr. 1. Úzkopásmový filtr 10 byl odpojen.

Příklad 2

V druhém příkladu byly použity zesilovače s optickým vláknem A (Al/Ge/La/Er), jejichž konfigurace je znázorněna na obr. 2. Zesilovače byly vybaveny úzkopásmovým filtrem 10.

Na přijímací stanici se měřila bitová chybovost (BER) při měnícím se průměrném výkonu přijímaného signálu s vlnovou délkou

I (1536 nm).

Výsledky jsou znázorněny v diagramu na obr. 9, kde se křivka 35 vztahuje k příkladu 1 a křivka 36 k příkladu 2.

Jak je vidče z obr. 9, naproti skutečnostem, křivka zesílení jednoduchého zesilovače s vláknem A (Al/Ge/La/Er) opatřeného úzkopásmým fiLtrem, byla v podstatě totožná a stejně příznivá tak, že zesilovač s vláknem A a bez úzkopásmového filtru 10 s rozmístěním v kaskádě se signálem o 1536 nm se objevila penalizace dávající znatelně větší chybu, ovládací výkon byl shodný.

Příklad 3

Druhé příkladné uspořádání je znázorněno na obr. 10. V tomto se testují čtyři signály 37., 38, 39, 40 ve vlnových délkách λ j = 1536 nm, 2 ⁼ J-^56 nm, /1 3 = 1550 nm a^ 4 = 1544 nm kde napájení vlákna 41 je přes multiplexor 42 vlnové délky.

Hladina signálu na vstupu linky byla upravena pomocí preaqualizeru 43.. Po výkonovém zesilovači 44 byly signály vedeny do linky včetně čtyř linkových zesilovačů 45, 45’ , 45 ’ ’ , 45.’ ’ ’ majících příslušné zeslabovače 46 umístěné mezi řadou simulačních jednotlivých délek optického vlákna.

Přijímací stanice zahrnovala předzesilovač 47, optický demultiplexr 48 a přijímač 49.

Signály byly jednotlivě generovány v DFB laseru na 1536 nm, přesně modulovány v 2,5 Gbit/s, včleněném do koncových zařízení tvořících přij ímač 49.. V DEB laseru na 1556 nm plynulého emisního typu, vyráběném ANRITSU. V DFB laseru na 1550 nm plynulého emisního typu, vyráběném ANRITSU. V ECL laseru na proměnné vlnové délce přednastavené na 1544 nm, plynulého emisního typu, model HP81678A, vyráběném firmou Hewlwtt Packard Company, Rockwell, MD (US).

PreaquaLizer 43 obsahoval čtyři polohové děliče 43a. vyrobené JDC, jejich děLení bylo závislé na optickém výkonu jednotlivých kanálů.

Multiplexor 42 byl vybaven prvky 1x4 zeslabovačem, vyrobeným shora zmíněným E-TEK Dynamics.

Výkonový zesilovač 44 byl model TPA/E-13, komerčně dostupný u přihlašovatele a již několikrát popsaný.

Zesilovače 45, 45’, 45’’, 45	’’’ byly	identické s	ostatními
as již provedeným měřením okolo výkonem + 12 dBm.	30 dB,	s celkovým	výstupním
Zesilovače 45 měli uspořádání vlákno A (Al/Ge/La/Er).	znázorněné na obr. 1	a užívali
Zeslabovače 46 prováděly	každé	zeslabení o	30 dB,

odpovídající přibližně 100 km optického vlákna.

Optické zeslabovače byly modely VA5 vyráběnými shora zmíněným JDS Fitel.

Předzesilovač 47 byl komerčně dostupný optický předzesilovač mající následující parametry:

zesílení		22	dB
faktor šumu		< 4,5	dB
výstupní výkon	od - 26	do -11	dB
pracovní vlnová	délka 1530	až 1560	nm
Byl užit	model A	RPA/E-	F,	komerčně	dostupný
u přihlašovatele	, zesilovač	využíval		aktivní	vlákno typu

C (Al/Ge/Er).

Pomocí předzesilovače je zamýšleno umožnění zesilovačem velikosti pro příjem signálu majícího velmi nízkou intenzitu (například -50 dBm) a zesilování před umístěním do přijímacího zařízení do docílení výkonové hladiny odpovídající citlivosti zařízení.

Optický demuLtiplexer 48 obsahuje Fabry-Perot filtr pro ladění vlnových délek, mající široké pásmo 0,8 nm v -3 dB, spolupracíjícím s předzesilovačem 47.

Pro přenášení v příkladech je Fabry-Perotuv filtr laděn ve vlnové délce = /1 1536 nm (označené jako kritická vlnová délka) pomoci řídícího kmitočtu generovaného ve vysílači 37.

Přijímač 49 obsahuje SHD aparaturu, model SLX-1/16, komerčně dostupný, od PHILIPS Nederland BV, 2500BV, Gravenhage, (NL) .

Obr. 11 až 15 ukazují postupné stavy na cestě signálu, zejména na vstupu zesilovače 45, zesilovače 45 ’ , zesilovače 45 ’ ’ a zesilovače 45 ’ ’ ’ a na vstupu předzesilovače 47.

Předběžný vyrovnávač (pre-equalizer) 43 používá maximální počáteční útlum mezi různými kanály přibližně 7 dB, jak je znázorněno na obr. 11; toto předběžné vyrovnávání má za cíl kompenzovat vlivy saturace signálu s kratšími vlnovými délkami v kaskádě zesilovačů.

Předběžná vyrovnávání se prováděla takovým způsobem, že bylo možné vyrovnat poměry signál / šum (S/N) na výstupu přezesilovače 47 .

U dalších následujících stupňů zesílení je možné pozorovat pokles křivky zesílení v oblasti s kratšími vlnovými délkami, způsobený výše popsaným saturačním jevem, zatímco poměr optického signálu k šumu (S/N) zůstává pro všechny kanály vysoký (S/N > 15 dB pro vlnovou délku vymezenou intervalem 4,7. - 0,5 nm) až po výstup předzesilovače 47.

V odpovídajícím příkladu provedení, ve kterém byly použity zesilovače, znázorněné v grafu na obr. 2, s aktivním vláknem typu C a úzkopásmovým filtrem, byl zjištěn podstatný pokles výkonu signálu pro vlnové délky 1536 nm a 1544 nm a silná nevyváženost poměrů optického signálu k šumu (S/N) mezi různými kanály. Tyto výsledky jsou zřetelně vidět na grafickém znázornění na obr. 16, který ukazuje výkony různých kanálů na vstupu předzesilovače; ještě větší pokles se ukazuje pro kanál, který pracuje s vlnovou délkou 1540 nm.

V tomto případě by předběžné vyrovnání umožnilo odstranit nerovnováhu mezi různými kanály (některé se zde ukázaly být velmi znevýhodněné vzhledem k ostatním, zejména ty mezi vlnovými délkami 1535 a 1540 nm); ale při provedení takového vyrovnání úrovní by nemohl být ve všech případech udržen přijatelný poměr signál / šum (S/N) pro všechny signály z určeného vlnového pásma; aby mohly být předem korigovány všechny kanály na stejnou úroveň, musel by se použít velmi vysoký počáteční útlum pro většinu privilegovaných kanálů = ( 1550 nm a 1556 nm), což by vedlo ke snížení poměru signálu k šumu (S/N) na velmi nízkou hodnotu (8 až 10 dB) a tedy k znemožnění správného příjmu samotných signálů.

Lepší výsledky dosažené ve srovnání s použitím zesilovačů s úzkopásmovým filtrem a vláknem Al/Ge/Er je možné přisuzovat skutečnosti, že optické vlákno A má emisní křivku prakticky bez poklesů nebo významnějšho lokálního minima a zejména nemá minimum ve vlnovém rozsahu sousedícím s vrcholem emisní křivky, to jest v zóně 1535 až 1540 nm.

Ve skutečnosti se ukazuje, že v případě současného vstupu několika signálů s různými vlnovými délkami do vlákna vede výskyt poklesu nebo lokálního minima v emisní křivce (pozorovatelný ve spektru porovnávaných vláken) k menšímu zesílení signálu v oblasti poklesu než u signálů s vlnovou délkou spadající do sousedních zón.

Větší zesílení signálu s vlnovými délkami sousedních zón odčerpává v souladu s výše uvedenou intrepretací energii pro samotný signál, který se saturuje na nízké výstupní hodnotě (to znamená, že úroveň signálu po zesílení již nezávisí na vstupní hodnotě, ale pouze na výkonu energie čerpané ve vlákně); tím narůstá úroveň diference mezi různými signály.

V případě kaskádního zapojení zesilovačů a při přenosech VDM, účinek tohoto jevu narůstá na každém stupni a je zřejmě odpovědný za detekovanou nestejnoměrnost odezvy, kterou není možné kompenzovat předběžným vyrovnáním nebo podobným popsaným postupem.

Ukázalo se, že výše popsaný jev působí na signály v místě poklesu emisní křivky díky vyššímu zesílení signálu s vlnovými délkami v sousedních zónách, zatímco se neobjevuje (alespoň ne ve stejné míře) u signálů s vlnovou délkou umístěnou na hranicích užitečného pásma, i když absolutní emisní hodnota pro takové vlnové délky může být stejná nebo nižší než emisní hodnota v místě uvedeného poklesu.

V souladu s řešením podle tohoto vynálezu, může dotace lanthanu do optického vlákna Al/Ce/Er neočekávaně umožnit ž

eliminaci takových lokálních minim emise, i když se to nemohlo na základě dostupných údajů o vláknech Al/La/Er a Al/Ge/Er předpokládat.

Ve skutečnosti obě optická vlákna Al/La/Er a AL/Ge/Er vykazují významný pokles emisní křivky v zóně 1535 až 1540 nm a znalost chování takových známých optických vláken by byla vyloučila odlišné příznivé chování vlákna Al/Ge/La/Er. Navíc by takové vlákno bylo umožnilo přenos zesíleného signálu s multiplexním dělením podle vlnových délek.

Neočekávaně se v souladu s dalším a ještě důležitějším faktorem zjistilo, že při výskytu vrcholu v zóně vysoké emise byla přítomnost popsaného poklesu emisní křivky v sousedství vrcholu, nebo ve všech případech funkčního (negativního vztahu) k sousedním zónám, odpovědná za nedostatečnou hodnotu poměru signál / šum pro signály z oblasti poklesu a že aktivní vlákno vnitřně schopné takový pokles eliminovat nebo snížit by mohlo problém řešit umožněním VDM přenosu za použití jednoho nebo více zesilovačů.

Výsledky řešení podle tohoto vynálezu ukazují, že aktivní vlákno s příměsemi, které vyvolají emisní křivku s poměrně vysokou hodnotou v určitém pásmu vlnových délek a v podstatě bez lokálních poklesů uvnitř zóny daného pásma, které by měly negativní funkční vztah ke zbývajícím zónám tohoto pásma (vztah, který by generoval podstatnou diferenci zesílení pro telekomunikační signály různých vlnových délek multiplexně vysílaných v samotném vláknu), umožňuje vytvořit zesilovače speciálně přizpůsobené pro použití na telekomunikační lince. Taková linka s multiplexně dělenými signály podle různých vlnových délek zahrnuje nejméně dva optické zesilovače zapojené v sérii. Toto řešení nabízí vysokou výkonnost.

Jinou výhodou řešení podle tohoto vynálezu je, že zajištění potřebného poměru signálu k šumu (S/N) v přenosovém systému, který popisuje tento vynález, může být dosaženo nejen pomocí filtrů nebo přizpůsobením přenosového pásma omezené šířky (vyloučení zón vlnové délky s nepříznivou charakteristikou), ale také vhodným výběrem příměsi implantované do jádra aktivního vlákna zesilovače, který poskytne emisní křivku v dostatečně širokém pásmu (rozšířenou na oblast 1525 až 1560 nm, nebo alespoň 1530 až 1560 nm) , kde nevzniká nepříznivé zesílení signálu v jedné nebo více dílčích zón, i když se v daném pásmu objevuje vrchol emise.

Funkčními vztahy se v této souvislosti míní to, jak bylo dříve vysvětleno, že přítomnost vyšší emise v zónách sousedících s oblastí poklesu emise a zejména v oblasti vrcholu a přítomnost signálu v těchto sousedních zónách způsobí horší zesílení (znevýhodnění) signálu s vlnovými délkami odpovídajícími zmíněnému poklesu.

Emisní křivka (nebo spektrum) s poměrně vysokou hodnotou emise v určeném vlnovém pásmu má ten význam, že v daném pásmu •vlnových délek, především v rozsahu 1525 až 1560 nm, vykazuje vlákno, čerpající energii, emisní hodnoty, které přesahují intenzitu emise mimo toto pásmo, přizpůsobené pro požadované zesílení signálu; tato zóna je určena dvěma krajními hodnotami, ve kterých je emise o 3 dB nižší než spadajících do určeného intervalu v prakticky konstantní zóně intervalu. Ve pásmo odpovídá oblasti vlnových délek, ve dosáhnout užitečného zesílení.

v oblasti vlnových délek nebo pásma, přednostně skutečnosti takové kterém je možné

Vrchol emisní křivky je zde popsán jako emise v oblasti vlnových délek, kde je intenzita emise výrazně vyšší než v zónách spektra mimo tento rozsah, takže se pro vlnové délky uvnitř a vně tohoto rozsahu projevuje odlišné chování signálů procházejících vláknem.

Významný rozdíl zesílení zde znamená diferenci větší než 2 dB - například mezi zesílením pro nej příznivější vlnovou délku a zesílením pro méně příznivou vlnovou délku v určeném pásmu (při vstupním výkonu, který se rovná nebo je menší než - 20 dBm).

Lokálním poklesem emisní křivky se zde míní pásmo vlnových délek uvnitř daného pásma, ve kterém se nachází sekundární minimum emise s nižší hodnotou, než je hodnota emise v hraničním bodě daného pásma, nebo s hodnotou nižší o předem určenou intenzitu, než jsou maximální hodnoty emise v přilehlých oblastech (zejména hlavní emisní vrchol erbia v oblasti kratších vlnových délek, než jsou vlnové déLky odpovídající poklesu emise, a sekundární vrchol emise v ob Las ti delších vlnových délek);

z výsledku měření vyplývá, že hodnoty předem určeného poklesu, které jsou větší než 0,5 dB, a zejména hodnoty vyšší než 1 dB, mají pozorovatelný účinek.

Ukázalo se také, že použití úzkopásmového filtru u zesilovače zapojeného na lince v kaskádě s několika dalšími zesilovači umožňuje omezení intenzity hlavního vrcholu emisní křivky a generování v podstatě ploché křivky zesílení pro jednotlivé zesilovače, ale neumožňuje potlačení výše popsaného j evu.

Úzkopásmóvý filtr zřejmě v konfiguraci několika zesilovačů zapojených v kaskádě vytváří útlumový článek v zóně krátkých vlnových délek, na něž je nastaven. Tento účinek se nevyhnutelně rozšiřuje na zónu poklesu emisní křivky; takový účinek útlumu se přidává k účinku výše popsanému fenoménu saturace a působí další zhoršení úrovně signálu s vlnovou délkou spadající do takové oblasti poklesu nebo do lokálního minima.

Použití ekvivalentního filtru přizpůsobeného pro útlum nebo jiné omezení emise hlavního vrcholu, jaké je například popsáno v patentovém spisu EP 426 222, nevede . k významným diferencím ve výkonu.

Podle výsledků tohoto vynálezu by měl obsah lanthanu v jádru vlákna být vyšší než 0,1% na mol a obsah germánia vyšší než 5% na mol, poměr Ge/La by se přitom měl udržovat okolo hodnoty 50 a za všech okolností mezi 10 a 100.

Přítomnost lanthanu v jádru optického vlákna umožňuje implementaci většího množství germania a hliníku, takže se dosáhne vysoké hodnoty číselné apertury (vyšší než 0,18 a pokud možno alespoň 0,2), která přináší důležité výhody v podobě zvýšení účinnosti zesílení a rovnoměrnější odezvy v celé pásmu.

Přítomnost lanthanu dále umožňuje zvýšit obsah erbia ve vlákně, aniž vzroste jev shlukování částic; obsah erbia by měl dosahovat hodnot mezi 20 a 5000 ppm, nebo přednostně mezi 100 a 1000 ppm.

Optická vlákna popsaná podrobně v souvislosti se zesilovači zapojenými na přenosové lince mohou být v souladu s výsledky tohoto vynálezu, vhodně použita také v předzesilovači, to jest v zesilovači konstruovaném pro příjem signálu s velmi nízkou intenzitou (například -50 dB) a jeho zesílení před odesláním na přijímací zařízení.

Dále můžeme konstatovat, že zatímco byly popsány zesilovače se dvěma optickými stavy, které používají dvě následné a oddělené dávky energie čerpané do aktivního vlákna, v souladu s výsledky tohoto vynálezu je možné vytvořit také jednostavové zesilovače, například podle postupu konstrukce, který je znázorněn na diagramech patentů, již dříve uváděných, EP 426 222 a EP 439 867. Dále je možné použít společně zesilovače odlišného typu, například jedno-stavové a dvou-stavové zesilovače, zapojené v jedné sestavě.

Kromě toho je možné pro speciální účely ve dvou-stavových zesilovačích pro jeden stav použít jedno samotné vlákno podle tohoto vynálezu.

Na druhé straně osoba s dobrými zkušenostmi v daném oboru, která bere v úvahu výše uvedené poznatky, bude schopna rozpoznat specifické provozní podmínky a určit specifický obsah příměsí přizpůsobený pro konkrétní aplikaci tak, aby se dosáhlo stanovených výsledků odezvy.

V rámci poznatků vyplývajících z této přihlášky vynálezu

3L muže být zkušený pracovník při přípravě vláken s hlavní příměsí (v oblasti telekomunikačních přenosů přednostně erbium), která vykazuje fluorescenci v požadovaném rozsahu vlnových délek, v kombinaci se sekundárními látkami, které s hlavní příměsí interagují, schopen určit specifické látky nebo jejich kombinace a příslušné dávky tak, aby získal různé variace emisní křivky vlákna, které budou odpovídat požadovanému výkonu zesilovačů a signálních systémů (lasery, optické gyroskopy a podobně a také sestavy přenosových, telekomunikačních a měřících systémů, do nichž jsou tyto funkční prvky začleněny), a požadované parametry z hlediska poměru signálu k šumu v určeném pásmu.

Ve specifické oblasti, která je předmětem zvláštního zájmu přihlašovatele, se výzkum omezil na erbium jako hlavní fluorescenční příměs a na Ge, Al, La dodávané do vlákna ve formě kysličníků jako sekundární příměsy, protože výsledky tohoto řešení jsou dostatečné pro řešení stanovených technických problémů.

Poznatky, které poskytují výsledky uvedené v této přihlášce vynálezu, budou využity kvalifikovanými odborníky při řešení jejich vlastních problémů, které mohou mít podobný nebo odlišný charakter vzhledem k zde popsané problematice, za předpokladu, že mají stejné technické zázemí. Výsledky popsané v této přihlášce vynálezu mohou být využity při výzkumu různých specifických příměsí a jejich dávkování, při uvádění do praxe a využití stejných funkčních vztahů mezi výsledky a použitými prostředky.

Pracovník znalý tuto oblast techniky není oprávněn vynechat jednotlivé přísady nebo skupiny přísad k dokončení jejich kombinace dohromady i když jsou dodány samostatně. Tyto dávají nedostatečné výsledky v systému majícím požadavky na poměr signálu ku šumu, protože jejich kombinace schopná poskytnout lepší výsledky, vyplývá a je zřejmá z popisu tohoto vynálezu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob optické telekomunikace obsahující tyto kroky: generování alespoň jednoho optického signálu s předem definovanou vlnovou délkou v určitém vlnovém pásmu, vysílání optického signálu ze zdroje do optického vlákna telekomunikační linky, zesílení uvedeného optického signálu alepoň jedním optickým zesilovačem s aktivním vláknem, a příjem signálu v přijímacím zařízení, pro dosaženi potřebné úrovně poměru optického signálu k šumu na straně příjmu signálu, v předem určeném pásmu vlnových délek optického telekomunikačního systému, vyznačující se t i m, že uvedené aktivní vlákno vykazuje emisní křivku s vysokou zónou emise v rozsahu vlnových délek, který zahrnuje předem určené vlnové pásmo, které vykazuje relativní pokles emise vzhledem k sousedním zónám, přičemž vylepšení charakteristiky spočívá ve snížení zmíněného poklesu emisní křivky pomocí vhodného výběru a dávkování příměsí, jimiž se dotuje aktivní vlákno.
2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že předem určené vlnové pásmo je definováno v rozsahu 1530 až 1560 nm.
3. Způsob podle nároku 2,vyznačuj ící se tím, že předem určené vlnové pásmo je definováno v rozsahu 1525 až 1560 nm.
4. Způsob podle nároku 1, vyznačuj ící že potřebný poměr optického signálu k šumu je, filtrovaného signálu 0,5 nm, větší než 15 dB.

se tim, měřeno v šířce
5. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že při vhodném uspořádání zahrnuje zmíněný systém alespoň dva optické zesilovače s aktivním vláknem zapojené v sérii na komunikační lince s optickým vláknem.
6. Způsob podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že volba příměsi přidané do vlákna zahrnuje při uvedeném způsobu podle tohoto vynálezu použiti fluorescenční příměsi a alespoň ještě jedné příměsi, která interaguje s hlavni příměsí v mřížce skleněného materiálu aktivního vlákna a snižuje pokles emise na hodnotu nižší než 1 dB vzhledem k emisní hodnotě v alespoň jedné sousední zóně daného pásma.
7. Způsob podle nároku 6,vyznačuj ící se tím, že jako hlavní příměs přidaná do vlákna se volí ebrium (ve formě kysličníku) a alespoň dvě sekundární příměsi vzájemně působící s hlavní příměsí v jádru aktivního vlákna.
8. Způsob podle nároku 7,vyznačující se tím, že jako hlavní příměs přidaná do vlákna se volí erbium a jako sekundární příměsi vzájemně působící s hlavní příměsí v jádru aktivního vlákna se volí germánium, hliník a lanthan, ve formě příslušných kysličníků.
9. Způsob optické telekomunikace podle kteréhokoli z výše uvedených nároků obsahující tyto kroky:

generování alespoň jednoho optického signálu s předem definovanou vlnovou délkou v určitém vlnovém pásmu, vysílání optického signálu ze zdroje do optického vlákna telekomunikační linky, zesílení uvedeného optického signálu alepoň jedním optickým zesilovačem s aktivním vláknem, a příjem signálu v přijímacím zařízení, vyznačující se tím, že aktivní vlákno alespoň jednoho použitého zesilovače obsahuje hlavní fluorescenční příměs a nejméně jednu další sekundární příměs, která s ní vzájemně působí v matrici skleněného materiálu aktivního vlákna, a generuje zesílení uvedeného optického signálu s předem určenou vlnovou délkou v optickém zesilovači, měřené vzhledem ke vstupnímu výkonu < - 20 dB, zesílení se liší o méně než 1,6 dB od odpovídajícího zesílení signálu s odlišnou vlnovou délkou daného pásma, při nevyužití filtračních členů.
10. Způsob optické telekomunikace podle kteréhokoli z výše uvedených nároků obsahující tyto kroky:

generování alespoň jednoho optického signálu § předem definovanou vlnovou délkou v určitém vlnovém pásmu, vysílání optického signálu ze zdroje do optického vlákna telekomunikační linky, zesílení uvedeného optického signálu alepoň jedním optickým zesilovačem s aktivním vláknem, a příjem signálu v přijímacím zařízení, vyznačující se tím, že jádro křemíkového aktivního vlákna alespoň jednoho použitého zesilovače obsahuje hlavní fluorescenční příměs a nejméně jednu další sekundární příměs, která s ní vzájemně působí tak, že poměr optického šumu ku signálu v přijímači, měřeným ve vyfiltrované šířce pásma 0,5 nm, není menší než 15 dB pro signály o vlnové délce v daném pásmu.
11. Způsob optické telekomunikace podle nároku 10, vyznačující se tím, že poměr optického signálu k šumu v přijímači, měřený ve vyfiltrované šířce pásma 0,5 nm, s hodnotou větší než 15 dB, je zaručen pro alespoň dva signály s různými vlnovými délkami daného pásma, které vstupuji do zesilovače současně, měřeno pro vydělené jednotlivé signály.
12. Způsob optické telekomunikace podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že se provádí krok, kdy se zesílení optického signálu provede nejméně dvakrát pomocí příslušných optických zesilovačů s aktivním vláknem zapojených do série na komunikační lince optického vlákna.
13. Způsob optické telekomunikace podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tim, že vlnová délka daného pásma je v rozsahu od 1530 do 1560 nm.
14. Způsob optické telekomunikace podle nároku 13, vyznačující se tím, že vlnová délka daného pásma je v rozsahu od 1525 do 1560 nm.
15. Způsob optické telekomunikace podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že optický zesilovač obsahuje aktivní vlákno s jádrem dotovaným fluorescenční příměsí a dále dotovaným sekundárními příměsemi, které jsou ve s hlavní příměsí.

erbiem jako hlavní nejméně dvěma dalšími vzájemné součinnosti
16. Způsob optické vyznačuj ící které jsou ve vzájemné volí hliník, gemánium a telekomunikace podle nároku 15, se tím, že jako sekundární příměsi, součinnosti s hlavní příměsí se převážně lanthan, nebo jejich oxidy.
17. Telekomunikační systém obsahující:

vysílací stanici, která generuje optické signály v předem definovaném pásmu vlnových délek, přijímací stanici, optické vlákno, které vytváří komunikační linku mezi přijímací a vysílací stanicí, nejméně dva optické zesilovače s aktivním vláknem zapojené v sérii na komunikační lince, přičemž všechny prvky telekomunikačního systému jsou funkčně propojeny tak, aby mohly být přenášeny optické signály z vysílací stanice do přijímací stanice, vyznačující se tím, že alespoň jeden optický zesilovač obsahuje křemíkové aktivní optické vlákno s jádrem dotovaným nejméně jednou hlavní fluorescenční příměsí a alespoň jednou sekundární příměsí, přičemž jejich operativní propojení zaručuje na příjmu poměr optického signálu k šumu, měřený ve vyfiltrovaném pásmu o šířce

0,5 nm, ne menší než 15 dB pro signály o vlnové délce v daném pásmu.
18. Telekomunikační systém podle nároku 17, vyznačují c í se tím, že poměr optického signálu ku šumu v přijí mači, měřeno ve vyfiltrovaném pásmu o šířce 0,5 nm není menší než 15 dB pro dva signály s odlišnou vlnovou délkou v daném pásmu, které současně přicházejí na vstup zesilovače, pro jednotlivé signály.
19. Telekomunikační systém podle nároku 17, vyznačují cí se tím, že hlavní fluorescenční přísadou je erbium v podobě jeho kysličníků.
20. Telekomunikační systém podle nároku 17, vyznačuj í c í se t í m, že sekundárními přísadami jsou hliník, germánium a lanthan, ve formě příslušných kysličníků.
21. Telekomunikační systém podle nároku 17, vyznačují cí se tím, že předem určené přenosové pásmo je definováno v rozsahu 1530 a 1560 nm.
22. Telekomunikační systém podle nároku 17, vyznačuj í cí se tím, že jsou zapojeny nejméně tří optické zesilovače v sérii na lince.
23. Telekomunikační systém podle nároku 22, vyznačuj ίο í se tím, že alespoň jeden ze sériově zapojených optických zesilovačů má aktivní vlákno s jádrem dotovaným hliníkem, germaniem, lanthanem a erbiem ve formě příslušných kysličníků.
24. Telekomunikační systém podle kteréhokoli z nároků 17 až 23 s aktivním vláknem optického zesilovače, obsahujícím:

nejméně jedno křemíkové aktivní vlákno, prostředky čerpání energie pro aktivní vlákno, přizpůsobené pro potřebný optický příkon příslušné vlnovové délky světla, vazební členy mezi aktivním vláknem čerpajícím optickou energii a jedním nebo více přenosovými signály s vlnovými délkami spadajícími do předem definovaného přenosového pásma, vyznačující se tím, že aktivní optické vlákno má jádro dotované nejméně jednou hlavní fluorescenční příměsí a nejméně jednou sekundární příměsí, jejichž funkční interakce zaručuje maximální rozdíl zesílení mezi dvěma přenosovými signály s odlišnou vlnovou délkou, z daného pásma, měřený při vstupním výkonu < - 20 dB, který je menší než 2', 5 dB, při absenci zapojení filtračních členů na aktivním vláknu.
25. Telekomunikační systém s aktivním vláknem optického zesilovače, podle nároku 24,vyznačuj ící se tím, že hlavní fluorescenční příměsí je erbium ve formě kysličníku.
26. Telekomunikační systém s aktivním vláknem optického zesilovače, podle nároku 25,vyznačuj ící se tím, že sekundárními příměsemi jsou hliník, germánium a lanthan, ve formě příslušných kysličníků.
27. Telekomunikační systém s aktivním, vláknem optického zesilovače, podle nároku 24,vyznačuj ící se tím, že optický zesilovač s aktivním vláknem vykazuje v předem definovaném vlnovém pásmu emisní křivku bez poklesů s hodnotou vyšší než 1 dB vzhledem k emisní hodnotě v alespoň jedné sousední zóně daného pásma.
28. Telekomunikační systém s aktivním vláknem optického zesilovače, podle nároku 27,vyznačuj ící se tím, že v předem definovaném vlnovém pásmu je emisní křivka bez poklesů s hodnotou vyšší než 0,5 dB vzhledem k emisní hodnotě v alespoň jedné sousední zóně daného pásma.
29. Telekomunikační systém s aktivním vláknem optického zesilovače, podle nároku 24, vyznačující se tím, že předem definované přenosové pásmo se volí mezi 1525 a 1560 nm a přednostně mezi 1530 a 1560 nm.
30. Telekomunikační systém s aktivním vláknem optického zesilovače, podle nároku 24,vyznačuj ící se tím, že uvedené aktivní vlákno má číselnou aperturu větší než 0,15.
31. Telekomunikační systém s aktivním vláknem optického zesilovače, podle nároku 24,vyznačuj ící se tím, že sestává ze dvou křemíkových aktivních vláken opatřených příslušnými čerpacími prvky, přičemž alespoň jedno z nich má jádro dotované nejméně jednou hlavní fluorescenční příměsí a nejméně jednou sekundární příměsí, jejichž funkční interakce zaručuje maximální rozdíl zesílení mezi dvěma přenosovými signály s odlišnou vlnovou délkou, z daného pásma, měřeno při vstupním výkonu < - 20 dB, který je menší než 2,5 dB, při absenci zapojení filtračních členů na aktivním vláknu.
32. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle kteréhokoli z nároků 17 až 31, vyznač ující se tím, že hodnota číselné apertury je větší než 0,15 a jádro vlákna je dotováno alespoň jednou hlavní fluorescenční příměsí a nejméně jednou sekundární příměsí, jejichž funkční interakce zaručuje při čerpání světelné energie do samotného vlákna průběh emisní křivky v předem definovaném vlnovém pásmu bez poklesů s hodnotou vyšší než 1 dB vzhledem k emisní hodnotě v alespoň jedné sousední zóně daného pásma.
33. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 32, vyznačující se t i m, že emisní křivka má sníženou hodnotu né vyšší než 0,5 dB vzhledem k emisní hodnotě v alespoň jedné sousední zóně daného pásma.
34. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 32, vyznačující se tím, že hlavní fiuorescenční příměsi je erbium ve formě kysličníku.
35. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 34,vyznačuj ící se tím, že sekundárními příměsemi jsou hliník, germánium a lanthan, ve formě příslušných kysličníků.
36. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 34, vyznačující se tím, že obsah lanthanu v jádru vlákna, v podobě kysličníku je větší než 0,1% na mol.
37. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 35,vyznačuj lei se t í m, že obsah lanthalu v jádru vlákna, v podobě kysličníku, je na úrovni rovné nebo větší než 0,2% na mol.
38. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 35,vyznačuj ící se tím, že obsah germánia v jádru vlákna, v podobě kysličníku, je vyšší než 5% na mol.
39. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 38,vyznačuj ící se t i m, že molární poměr mezi obsahem germánia a obsahem lanthanu, v podobě kysličníků, spadá do rozmezí 10 až 100.
40. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 38,vyznačuj ící se t i m, že hodnota molárního poměru mezi obsahem germánia a obsahem lanthanu, v podobě kysličníků je okolo 50.
41. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 34, v y z n a č u j i c í se tím, že obsah hliníku v jádru vlákna, v podobě kysličníku je vyšší než 1% na mol.
42. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 41,vyznačující se tím, že obsah hliníku v jádru vlákna, v podobě kysličníku je vyšší než 2% na mol.
43. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 34, vyznačující se t í m, že obsah erbia v jádru vlákna, vyjádřený jako kysličník, je v rozsahu' 20 až 5000 ppm na mol.
44. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 43,vyznačující se t i m, že obsah erbia v jádru vlákna, vyjádřený jako kysličník, je v rozsahu 100 až 1000 ppm na mol.
45. Telekomunikační systém s aktivním vláknem, zejména pro optické zesilovače, podle nároku 34,vyznačující se t i m, že číselná apertura optického vlákna je vyšší než 0,18.