HU215887B - Optikai szálas távközlő rendszer, optikai szál és eljárás optikai jelek átvitelére - Google Patents

Abstract

A találmány őptikai szálas távközlőrendszer és őptikai szál adőttátviteli tartőmányban különböző hűllámhősszú, legalább két, mődűláltjelfőrrással (28a 28d), a jelfőrrásők jelét egy őptik i szálőn (40,42a–42e) átvihető jellé műltiplexelő jelkőmbinálóval (39), és azőptikai szálra (42e) csatlakőztatőtt, hűllámhőssz szerintdeműltiplexelő vevőállőmással (44), amely őptikai szál és szálzakaszők (40, 42a–42e) krőmatikűs diszperziója az átvitelitartőmányban kisebb egy meghatárőzőtt értéknél, és amely őptikai szál(hűllámhősszal növekvő tendenciájú) krőmatikűs diszperziójának nűlla étéke az átviteli hűllámhőssztartőmányőn kívül, az átvitelihűllámhőssztartőmány legkisebb hűllámhősszánál legalább annyival(példáűl 10 nm-rel) kisebb hűllámhőssznál (lő) (példáűl 15 0 nmhűllámhőssznál) van, ami mellett az intermődűlációs csúcsőkkialakűlására alkalmas hősszú őptikai szál minden szakaszán, akrőmatikűs diszperzió helyi nűlla értéke az átvitelihűllámhőssztartőmá yőn kívülre esik. A találmány tővábbá eljárásőptikai jelek átvitelére, amelyben meghatárőzőtt átvitelihűllámhőssztartőmányba eső, egymástól legalább 2 nm-rel különbözőhűllámhősszú, mődűlált őptikai jelet képezünk, mely őptikai jeleketegy módűsú, az átviteli tartőmányban 3 ps/nm.km krőmatikűsdiszperziójú és meghatárőzőtt hűllámhőssznál nűlla krőmatikűsdiszperziójú őptikai szálas átviteli vőnalra vezetjük, az őptikaijeleket az átviteli vőnalőn legalább egyszer aktív szálas őptikaierősítővel erősítjük és legalább 50 km távőlságra tővábbítjűk, azátvitt jeleket deműltiplexelő vevőkészülékkel vesszük. Az á vitelihűllámhőssztartőmány legkisebb hűllámhősszát az őptikai szálkrőmatikűs diszperziójának nűlla értékéhez tartőzó hűllámhőssznál (lő)akkőra értékkel nagyőbbra választjűk, amely értéknél az átviteli vőnalmindegyik szakaszának helyi krőmatikűs diszperziója is eltér nűllától. ŕ

Description

A találmány tárgya optikai szálas távközlőrendszer, adott sebességű jelekkel modulált, adott átviteli hullámhossztartományba tartozó, különböző hullámhosszú fényjelet adó, legalább két jelforrással, a jelforrások jelét egy optikai szálon átvihető jellé multiplexelőegységgel, a multiplexelőegységre egyik végével csatlakoztatott optikai szállal és az optikai szálra csatlakoztatott, vett jeleket hullámhossz szerint demultiplexelő egységgel, amely rendszerben legalább az optikai szálas átviteli vonal egy részén a jel fényteljesítménye meghalad egy előírt értéket, és amely átviteli vonalat alkotó optikai szál kromatikus diszperziója az átviteli hullámhossztartományban kisebb egy meghatározott értéknél.

A találmány továbbá optikai szál legalább két optikai jel előírt hullámhossztartományban történő átvitelére, valamint eljárás optikai jelek meghatározott sebességgel történő átvitelére, amelyben meghatározott átviteli hullámhossztartományba eső, egymástól legalább 2 nm-rel különböző hullámhosszú, modulált optikai jelet képezünk, amely optikai jeleket egymódusú, az átviteli tartományban 3 ps/nm.km kromatikus diszperziójú, és meghatározott hullámhossznál nulla kromatikus diszperziójú optikai szálas átviteli vonalra vezetjük, az optikai jeleket az átviteli vonalon legalább egyszer aktív szálas optikai erősítővel erősítjük és legalább 50 km távolságra továbbítjuk, az átvitt jeleket demultiplexelő vevőkészülékkel vesszük, ahol az optikai jelek teljesítménye legalább az optikai szál egy szakaszán nagyobb, mint a csatornák közötti négyhullám-keverék okozta zaj keletkezéséhez elégséges teljesítmény.

A korszerű távközlésben optikai szállal megvalósított átviteli vonalakat alkalmaznak információs jelek (meghatározott, a fény hullámhossztartományába eső vivőfrekvencián történő) átvitelére. Ismert az is, hogy a jelek az optikai szálban haladva leosztódnak, torzulást szenvednek, emiatt hosszabb vonalakon az optikai szálas átviteli vonalban szakaszonként optikai vonalerősítőket szükséges alkalmazni.

Az általában alkalmazott optikai vonalerősítők a fényjelet detektálás és regenerálás nélkül, fényjel alakban erősítik.

Az optikai vonalerősítők működése fluoreszcens adalék anyagok alkalmazásán alapul, amely adalék anyagok - például erbium - alkalmasan gerjesztve pumpálóenergiával erős fényt bocsátanak ki egy adott hullámhossztartományba eső olyan hullámhosszon, amelyen a szilíciumalapú optikai szálban a fény minimális leosztást szenved.

Az átviteli vonalakban alkalmazott optikai szálak kromatikus diszperziója az átvitt jelben leosztást és torzítást okoz. A kromatikus diszperzió az optikai szál fényvezető és refraktív anyagainak tulajdonságaiból adódik, ami miatt a refraktív index (a fényvezető szálba visszavert és a refraktív rétegen áthatolva elvesző energia aránya) a hullámhossztól függő érték, amely érték egy, az optikai szálra jellemző λο hullámhosszon nullára csökken.

A kromatikus diszperzió az optikai szálban történő haladás során az impulzusjel szélesedését okozza, amely jelenség abból adódik, hogy a különböző hullámhosszú fényjel komponensek az optikai szálban különböző sebességgel terjednek.

A jelek szélesedése egy impulzussorban azt eredményezi, hogy az egymást követő impulzusok átlapolják egymást a vétel helyén, így nem különböztethetők meg egymástól, nem ismerhetők fel. Ez a jelenség a vételben hibát okoz.

Az úgynevezett Sí-szálak (SI=Step Index) kromatikus diszperziójának nulla értéke körülbelül 1300 nm hullámhosszon van, így az átvitelre használatos 1500 nm hullámhossz körüli tartományban jelentős, a megvalósítható átviteli sebességet erősen korlátozó mértékű a kromatikus diszperzió.

Ismertek az úgynevezett DS-szálak is (DS=dispersion shifted), amelyek kromatikus diszperziójának nulla helye a fentiekhez képest hullámhosszban el van tolva. A DS-szálak kromatikus diszperziójának nulla helye az átvitelre használatos 1500-1600 nm hullámhossztartományba esik.

Az ilyen típusú optikai szálak adatai az ITU-T G.653 (1993. március) ajánlásban vannak rögzítve, amely ajánlás szerint a DS-szálak kromatikus diszperziójának nulla értéke λο= 1550±50 nm-nél van.

Ilyen optikai szálak beszerezhetők például a Corning N.Y. (USA) cégtől SMF/DS megnevezéssel vagy a Fibre Ottiche Sud S. p. A. (Battiglia, Olaszország) cégtől SM DS néven.

Ilyen optikai szálak vannak ismertetve például az USA 4,715,679, 4,822,399 és 4,755,022 szabadalmi leírásokban.

Az átvitellel kapcsolatos mennyiségi és sebességigények növekedésével szükségessé vált, hogy egy-egy optikai szálon több üzenetet vigyenek át egymással párhuzamosan. Ez az úgynevezett WDM (wavelengthdivision multiplexing) hullámhossz-multiplex eljárással történik, amelyben egy átviteli hullámhossztartományon belüli különböző hullámhosszú vivő fényjelekre modulálják a párhuzamosan átviendő információs jeleket, amely különböző hullámhosszú modulált fényjelek átvitele egy közös optikai szálon történik, és amely modulált jeleket a hullámhosszuk alapján szétválasztanak a vevőoldalon.

Ez a technika lehetővé teszi az egy optikai szálon, annak több csatornájában egységnyi idő alatt átvitt információs bitek számának jelentős növelését, az optikai szál változatlan átviteli sebessége mellett.

Azt találták azonban, hogy az eltolt kromatikus diszperziójú, egymódusú szálban a különböző hullámhosszú vivők intermodulációt okoznak, amely jelenséget FWM-nek (FWM=Four Wave Mixing), négyhullám-keveréknek neveztek el. Ez a jelenség abban áll, hogy ha három különböző hullámhosszú vivő fényjel halad párhuzamosan az optikai szálban, akkor általában egy negyedik, keverék jel is keletkezik a szálban, ami a három hasznos vivő demultiplexálhatóságát és kiértékelhetőségét jelentősen lerontja.

Ez a jelenség van leírva például a JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol. 8, No. 9. September 1990, 1402-1408 oldalain. Eszerint a jelenséget

HU 215 887 Β egy harmadfokú nonlinearitás okozza, amelynek hatása erősen függ a szál fényvezető magjában uralkodó energiasűrűségtől és a jelek egymásra hatásának útvonalhosszától.

Ugyanezen irodalmi helyen az is ismertetve van, hogy egy optikai szál négyhullámkeverék-maximuma (a zaj) kisebb, ha a vivők hullámhossza közötti különbség, vagy a kromatikus diszperzió, vagy az átviteli vonal hossza nagyobb, ami a jelek közötti fáziseltolás növekedésével magyarázható.

Az esetben, ha az optikai szál kromatikus diszperziója kicsi (DS-szál) és a szálban haladó vivők egymásra hatásának úthossza kicsi (egy-módusú szál), a keletkező, az átviteli sávba eső négyhullám-keverék erősen korlátozhatja az elérhető átviteli sebességet, és zajossá teszi az átvitelt.

A fenti irodalmi helyen a fenti problémára a vivők hullámhosszkülönbségének és a jelek teljesítményének optimális megválasztásával operáló megoldás van javasolva.

Az US 5,327,516 szabadalmi leírásban egy, a WDM hullámhossz-multiplex átviteli rendszerben használatos optikai szál van ismertetve, amelynek kromatikus diszperziója 1550 nm-nél 1,5 és 4 ps/nm.km közötti tartományba eső abszolút értékű és 0,15 ps/nm².km meredekségű görbe mentén változó, egy 2,2 km-nél nem rövidebb szálszakaszon (lásd 3. oszlop 1 -5 sorait). Az optikai szál fenti adatai kisfokú, lineáris diszperziót jellemeznek, amely akkora fázistolást eredményez az optikai csatornák között, amely elégséges a nemlineáris effektusok elkerülésére.

A JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol. 10, No. 11,1992 novemberi számának 1553-1561 oldalain egy másik olyan feltétel van ismertetve, amelynél a négyhullám-keverék jelensége maximumot mutat. Eszerint ha a három vivő fényjel közül kettő az optikai szál nulla kromatikus diszperziójához tartozó hullámhosszra szimmetrikusan helyezkedik el, vagy ha egy vivő fényjel az optikai szál nulla kromatikus diszperziójához tartozó hullámhossznak megfelelő hullámhosszú, akkor maximális a négyhullám-keverék jelensége.

Ugyanebben a publikációban van leírva az a tény, hogy ha gyártási okok miatt az optikai szál nulla kromatikus diszperziójához tartozó hullámhossz a szál hossza mentén változó, az különböző csúcsértékeket eredményezhet a négyhullám-keverékben. A szerző egyfolytában gyártott optikai szál különböző, 2,5 km hosszú szakaszait vizsgálta, a vizsgálatot állandó, 1557,7 nm hullámhosszú és vele párhuzamosan adott, az optikai szál kromatikus diszperziója átlagos hullámhossza környezetében változtatott hullámhosszú másik vivő fényjellel végezte. A szerző a kísérletek eredményeként a különböző szálszakaszokon különböző intermodulációs jelcsúcsokat mért, ami azt jelenti, hogy a vizsgált szálszakaszok nulla kromatikus diszperzióhoz tartozó hullámhosszának egyedi átlagos értéke a különböző szálszakaszokon különböző, tehát az egy szálból darabolt erű optikai kábelek szálainak lehet különböző a nulla kromatikus diszperzióhoz tartozó hullámhosszértéke.

A fenti vizsgálatban a nulla kromatikus diszperzióhoz tartozó hullámhosszok közötti különbségek 100 GHz-nek megfelelő, mintegy 0,8 nm hullámhosszkülönbségek voltak. Legalább 10 km hosszú optikai szálak és a csatomafrekvenciák közötti viszonylag nagy távolság esetén az FWM hullámhossz-multiplex átvitel minősége gyorsan csökken. A fenti közleményben megfogalmazott tanulság az, hogy az optikai szálak egyenletes minőségben történő gyártása alapvető követelmény, alapvető feltétele annak, hogy az optikai szál széles hullámhossztartományban használható legyen.

A JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol. 1, No. 10, October 1993 1615-1621 oldalain egy eljárás és szálelrendezés van ismertetve, amelyek alkalmasak egy átviteli rendszer nonlinearitási hibáiból eredő zaj kompenzálására oly módon, hogy normális (D>0) diszperziójú szálszakaszba anomális (D<0) diszperziójú szálszakaszt iktatnak be, amellyel kompenzálják a nulla kromatikus diszperzióhoz tartozó hullámhosszok közötti különbségeket, két ismétlőállomás között. Ez a megoldás csak nagyon hosszú, egyszálas optikai kábellánc esetén alkalmazható eredményesen.

Célunk a találmánnyal az ismert megoldások említett hiányosságainak kiküszöbölése olyan optikai szál, optikai szálas távközlőrendszer és optikai jelek meghatározott sebességgel történő átvitelére alkalmas eljárás kialakításával, amelyekkel jelentősen lecsökkenthető a szálak nonlinearitásából származó információátviteli sebességkorlát, lazább gyártási toleranciák mellett is.

A feladat találmány szerinti megoldása egy optikai szálas távközlőrendszer adott sebességű jelekkel modulált, adott átviteli hullámhossztartományba tartozó, különböző hullámhosszú fényjelet adó, legalább két jelforrással, a jelforrások jelét egy optikai szálon átvihető jellé multiplexelő egységgel, a multiplexelőegységre egyik végével csatlakoztatott optikai szállal és az optikai szálra csatlakoztatott, vett jeleket hullámhossz szerint demultiplexelő egységgel, amely rendszerben legalább az optikai szálas átviteli vonal egy részén a jel fényteljesítménye meghalad egy előírt értéket, és amely átviteli vonalat alkotó optikai szál kromatikus diszperziója az átviteli hullámhossztartományban kisebb egy meghatározott értéknél. A találmány szerint az optikai szál hullámhosszal növekvő tendenciájú kromatikus diszperziójának nulla értéke az átviteli hullámhossztartományon kívül, az átviteli hullámhossztartomány legkisebb hullámhosszánál legalább annyival kisebb hullámhossznál van, ami mellett az intermodulációs csúcsok kialakulására alkalmas hosszú optikai szál minden szakaszán a kromatikus diszperzió helyi nulla értéke az átviteli hullámhossztartományon kívülre esik.

Előnyösen az optikai szál kromatikus diszperziójának nulla értéke az átviteli hullámhossztartomány legkisebb hullámhosszánál legalább 10 nm-rel kisebb hullámhossznál van.

Célszerűen az optikai szál kromatikus diszperziójának nulla értéke 1520 nm, vagy ennél kisebb hullámhossznál van.

HU 215 887 Β

Előnyösen az optikai szál kromatikus diszperziójának nulla értéke 1500 és 1520 nm közötti hullámhossztartományban van.

Célszerűen az optikai szál kromatikus diszperziójának értéke az átviteli hullámhossztartományban 3 ps/nm.km értéknél kisebb.

Előnyösen legalább az optikai szálas átviteli vonal egy részén a jel fényteljesítménye egyenlő vagy nagyobb 3 mW-nál, csatornánként.

Célszerűen az optikai szál által alkotott átviteli vonalban legalább egy optikai vonalerősítő van elrendezve.

Előnyösen az optikai szál által alkotott átviteli vonalban az átviteli hullámhossztartománynak megfelelő hullámhossztartomány-szélességű optikai vonalerősítő van elrendezve.

Célszerűen az optikai szál által alkotott átviteli vonalban legalább a 1530-1570 nm hullámhossztartományt magába foglaló erősítéstartományú optikai vonalerősítő van elrendezve.

Előnyösen az átviteli rendszer legalább négy jelforrást foglal magába.

A találmány szerinti optikai szál kromatikus diszperziója egy előírt értéknél kisebb az előírt átviteli hullámhossztartományban és a kromatikus diszperzió nulla értéke az átviteli hullámhossztartományon kívüli hullámhossztartományba eső hullámhossznál van, amely tartomány legnagyobb hullámhossza az átviteli hullámhossztartomány legkisebb hullámhosszánál legalább annyival kisebb hullámhossznál van, ami mellett az intermodulációs csúcsok kialakulására alkalmas hosszú optikai szál minden szakaszán a kromatikus diszperzió helyi nulla értéke az átviteli hullámhossztartományon kívülre esik.

Előnyösen a kromatikus diszperzió helyi nulla értékeihez tartozó hullámhosszok kevesebb, mint 10 nm-rel különböznek az optikai szál átlagos kromatikus diszperziójának nulla értékéhez tartozó hullámhossztól.

Célszerűen a kromatikus diszperzió az átviteli hullámhossztartományban kisebb, mint 3 ps/nm.km, az optikai szál kromatikus diszperziójának nulla értéke az átviteli tartomány legkisebb hullámhosszánál legalább 10 nm-rel kisebb hullámhossznál van.

Előnyösen az öt kilométernél hosszabb optikai szál kromatikusdiszperzió-értéke kisebb a legalább két, különböző hullámhosszú, legalább 3 mW csatornánkénti fényteljesítményű jelforrás optikai szál bemenetére adott jeléből intermodulációs csúcs képzéséhez elégségesnél, és legalább 20 értékű jel/zaj viszony eléréséhez szükségesnél.

A találmány szerinti megoldás továbbá eljárás optikai jelek meghatározott sebességgel történő átvitelére, amelyben meghatározott átviteli hullámhossztartományba eső, egymástól legalább 2 nm-rel különböző hullámhosszú, modulált optikai jelet képezünk, amely optikai jeleket egymódusú, az átviteli tartományban 3 ps/nm.km kromatikus diszperziójú és meghatározott hullámhossznál nulla kromatikus diszperziójú optikai szálas átviteli vonalra vezetjük, az optikai jeleket az átviteli vonalon legalább egyszer aktív szálas optikai erősítővel erősítjük, és legalább 50 km távolságra továbbítjuk, az átvitt jeleket demultiplexelő vevőkészülékkel vesszük, ahol az optikai jelek teljesítménye legalább az optikai szál egy szakaszán nagyobb, mint a csatornák közötti négyhullámkeverék okozta zaj keletkezéséhez elégséges teljesítmény. A találmány szerint az átviteli hullámhossztartomány legkisebb hullámhosszát az optikai szál kromatikus diszperziójának nulla értékéhez tartozó hullámhossznál akkora értékkel nagyobbra választjuk, amely értéknél az átviteli vonal mindegyik szakaszának kromatikus diszperziója az átviteli sávban eltér a nulla értéktől.

Előnyösen olyan optikai szálat alkalmazunk, amelynek kromatikus diszperziója nulla értékéhez tartozó hullámhossz legalább 10 nm-rel kisebb, mint az átviteli hullámhossztartomány legkisebb hullámhossza.

Célszerűen olyan optikai szálat alkalmazunk, amelynek kromatikus diszperziója nulla értékéhez tartozó hullámhossz 1500-1520 nm hullámhossztartományba esik.

Előnyösen a jelek átviteli sebességét legalább 2,5 Gbit/sec értékre választjuk.

Célszerűen olyan optikai szálat alkalmazunk, amelyben 3 mW vagy nagyobb optikaijel-teljesítmény a csatornák közötti négyhullám-keverék okozta zaj keletkezéséhez elégséges teljesítmény.

Az alábbiakban kísérleti mérésekre és kiviteli példára vonatkozó rajz alapján, részletesen ismertetjük a találmány lényegét. A rajzon az

1. ábra kísérleti átviteli elrendezés tömbvázlata, a

2. ábra az 1. ábra szerinti elrendezésben végzett hibaaránymérések eredménygörbéi, a

3. ábra az 1. ábra szerinti elrendezésben, DS-szállal végzett, négycsatomás átviteli mérés kimenőjelének spektruma, a

4. ábra kísérleti átviteli elrendezés optikai szálban fellépő intermoduláció vizsgálatára, az

5. ábra az 1. ábra szerinti elrendezésben, DS-szállal végzett kétcsatornás átviteli mérés kimenőjelének spektruma, a

6. ábra 5 km. hosszú DS-szálon mért WDM átviteli hatásfok, a

7. ábra 60 km hosszú DS-szálon mért WDM átviteli hatásfok, a

8. ábra 60 km hosszú, más DS-szálon mért WDM átviteli hatásfok, a

9. ábra szimulált WDM átviteli hatásfok a 8. ábra szerinti DS-szálon, a

10. ábra hossz mentén, spektrumon belül változó kromatikus diszperziós λο hullámhosszú, 100 km hosszú DS-szál szakaszokon nyolc csatornás WDM átvitelében elérhető teljesítmények számított értéke, a

11. ábra a találmány szerinti optikai szállal az

1. ábra szerinti elrendezésben mért spektrum, a

12. ábra all. ábra szerinti optikai szál refraktívindex-görbéje, a

13. ábra all. ábra szerinti optikai szál kromatikus diszperziójának görbéje, a

14. ábra a találmány szerinti optikai szálas távközlőrendszer tömbvázlata, a

HU 215 887 Β

15. ábra a 14. ábra szerinti rendszerben alkalmazott interface tömbvázlata, a

16. ábra optikai vonalerősítő tömbvázlata.

1. kísérlet

Az 1. ábrán kísérleti átviteli elrendezés tömbvázlata van feltüntetve, amellyel az optikai szálak „WDM” hullámhossz multiplex jelátvitelnél fellépő, ismert „Four Wave Mixing” azaz négyhullám-keverék intermodulációs jelensége vizsgálható.

Az 1. ábra szerinti kísérleti átviteli elrendezés külső jellel modulálható 1 lézerének vivő hullámhossza 1557 nm, további 2, 3 lézerének hullámhossza 1530-1560 nm tartományban változtatható, a kísérleti átviteli elrendezés negyedik 4 lézere ebben a kísérletben inaktív. Az 1 és 4 lézert a bejelentő TXT-EM, system T31 interface-egységként forgalmazza. A 2, 3 lézerek úgynevezett external-cavity lézerek (ECL), amilyeneket a SANTEC, Micom Valley Thadai, Kamiuse, Aichi 485 (Japán) TSL80 kereskedelmi néven, az amerikai HEWLETT PACKARD COMPANY, Rockwell, MD HP81678A néven forgalmaz.

A változtatható hullámhosszú 2, 3 lézerek jele 5 polarizációszabályozón és 6 osztón halad át, amelyekkel a csatornák kiegyensúlyozhatok.

Az 5 polaritásszabályozók mindegyike két SM típusú, 20-40 nm átmérőjű optikaiszál-tekercset tartalmaz, amely tekercsek egy tengely körül billenthetőek, amely billentéssel a különböző csatornák jelpolaritása egyezővé tehető.

Mindhárom így generált vivő fényjel ezután passzív optikai lx4-es 7 keverőre jut, amelyen egy közös jellé kombinálódnak.

Az alkalmazott 7 keverő egy egyesített szálú konverter, amelyet az E-TEK DSNAMICS INC. 1885. Lundy Ave, San Jose, CA (USA) forgalmaz 1x4 SMTC-01041550-A-H kereskedelmi néven.

Az egyesített jelfolyamot optikaiszál-meghajtó 8 erősítőjén vezetjük át, amely optikai szál egy négy, egyenként 60 km hosszú 9 vonalszakaszból álló átviteli vonal első 9 szakaszát alkotja. A 9 vonalszakaszok közé három 10 vonalerősítő van beiktatva. Az utolsó 9 vonalszakasz optikai szálának végére 11 előerősítő van csatlakoztatva, amelynek kimenetére Fabry-Perot 12 szűrőn (Philips SDH 2,5 Gb/s) át (BÉR) 14 hibamérő 13 vonalcsatlakozója és alternatív megoldásként optikai monokromátor 15 spektrumanalizátor (MS9030A/MS9701B spektrumanalizátor, ANRITSU CORPORATION, Tokyo, Japán) van kapcsolva.

Az erősített jelek fényteljesítményének összege mintegy 13 dBm, a szálhossz ekvivalense mintegy 23 dB csillapítás volt, aminek egy részét 16 osztó szolgáltatta. Az alkalmazott meghajtó 8 erősítő a bejelentő által gyártott TPA/EMW erősítő, all előerősítő a bejelentő RPA/E-MW erősítője.

A 10 vonal erősítők OLA/E-MW típusú, a bejelentő által gyártott erősítők, amelyek ismertetésére még visszatérünk.

A 9 vonalszakaszokon alkalmazott optikai szálak FOS által gyártott, eltolt diszperziójú DS-szálak voltak, az alábbi jellemzőkkel:

kromatikus diszperzióhoz tartozó λο hullámhossz: λο = 1540 nm, kromatikus diszperzió

1550 nm-nél: De = 1 ps/nm.km, kromatikusdiszperzió-görbe meredeksége Dc’=0,l 1 ps/nm².km, módusátmérő MFD=8,1 pm,

Cutoff hullámhossz: Xc=1230nm.

A szál jellemző kromatikusdiszperzió-értékének mérését fáziseltolási technológia alkalmazásával végeztük, az ITU-T G.650 (1993. március) ajánlásnak megfelelően 1 -2 km hosszú szálon.

A külső üregű 2 és 3 lézerek hullámhosszait változtatva mértük a kimenőoldalon a jelspektrumot, és jelentős négyhullám-keveréket (FWM) mértünk, amikor a 2 lézer hullámhossza 1554 nm, a 3 lézer hullámhossza 1548 nm volt.

Ezután a külső üreges 2 lézer hullámhosszát változatlanul, 1554 nm-en tartva, a másik 3 lézer hullámhosszát 1550,37 nm-re állítottuk be, amely beállítás mellett a négyhullám-keverék hullámhossza a modulálható 1 lézer vivő hullámhosszával egyező hullámhosszon keletkezik. Az így nyert spektrum az 5. ábrán van feltüntetve.

Ebben a beállításban az 1 lézer bekapcsolásával a 13 vonalcsatlakozóra 2,5 Gbit/s modulált jelet juttatva, a hasznos jel és a négyhullám-keverék teljesen fedi egymást, így mértük a négyhullám-keverék által okozott, a hasznos jelet fedő zajt.

A Fabry-Perot 12 szűrővel mértük a bithibaarányt (BÉR), hogy ellenőrizzük azt a romlást, amely a különböző jel/zaj viszonyú jelek egymásra hatásából származik. A különböző jel/zaj viszonyú jeleket a bemenőjelteljesítmények relatív 6 osztón történő változtatásával állítottuk elő. A kapott mérési eredmény a 2. ábrán van feltüntetve. A 2. ábrán feltüntetett BER-szint 17, 18, 19 görbék S/N=14,7 dB, 13,3 dB és 11 dB jel/zaj viszony mellett vannak felvéve, míg az ábra szerinti BER-szint 20 görbe négyhullámkeverék-mentes állapotnak felel meg, amely görbét a később ismertetett 8. kísérletben vettük fel.

A 2. ábrából kiolvasható, hogy S/N= 14,7 dB jel/zaj viszony mellett a bithibaarány 10-⁹, a négyhullám-keverék 0,8 dB romlást okozott a négyhullámkeverék-mentes állapothoz képest.

Az S/N=14,7 dB és S/N=13,3 dB jel/zaj viszonyú jelek közötti áthallás feltehetőleg az átvitt jelek négyhullám-keveréke által okozott polaritásingadozásoknak tudható be. Amennyiben a két, négyhullám-keveréket keltő vivőjel SDH-keretet (SDH frame) is hordoz 2,5 Ghz-nél, még nagyobb romlással lehet számolni.

2. kísérlet

Az 1. ábra szerinti kísérleti elrendezést használva olyan átviteli kísérletet is folytattunk, amelyben a fenti három vivőjel mellett egy negyedik, 1550 nm hullámhosszú fényjelet is átvittünk a másik hárommal párhuzamosan az optikai szálas vonalon, amely negyedik jelet a negyedik 4 lézerrel állítottuk elő. A mérés eredményeként kapott spektrum a 3. ábrán van ábrázolva.

HU 215 887 Β

Ez esetben a beadott jeleken kívül is számos csúcs mutatkozik a spektrumban, amely csúcsok a négyhullám-keverék részei. A példa szerinti kombinációban egy vivő a 0 kromatikus diszperzióhoz tartozó λο hullámhosszú, két további vivő az λο hullámhosszú vivőre szimmetrikusan helyezkedik el és a negyedik vivő valamelyik másik vivőhöz közel helyezkedik el.

3. kísérlet

Az átvitelre szolgáló optikai szálak négyhullám-keverékkel kapcsolatos jellemzőinek vizsgálatára továbbá egy, a 4. ábrán feltüntetett másik, egyszerűbb elrendezésben is végeztünk méréseket. A 4. ábra szerinti elrendezésben egy külső üregű 1 lézer állandó hullámhosszú vivőjelet állít elő, míg egy másik külső üregű 2 lézer változtatható hullámhosszú vivőjelet állít elő. Mindkét 1, 2 lézer egy optikai 21 csatolóra van csatlakoztatva, a 2 lézer kimenete és a 21 csatoló közé továbbá 5 pozíció-szabályozó és 6 osztó van iktatva, amelyekkel a 2 lézerből a 21 csatolóba jutó jel polarizációban és teljesítményszintben összhangba hozható a másik vivőjellel.

A 21 csatoló kimenetére 23 optikaiszál-bemeneti meghajtó 22 erősítője van csatlakoztatva, amely 23 optikai szál másik végén optikai 15 spektrumanalizátor van elrendezve. Az optikai 21 csatoló egy egyesített szálas, 1x2 csatoló, amilyet például a már említett E-TEK állít elő. A 22 erősítő a bejelentő által előállított, „AMPLIPHOS” néven forgalmazott optikai erősítő, amelynek telítődési teljesítménye +15 dBm. Az 1, 2 lézerek az 1. kísérletben is alkalmazott ECL-lézerek, amilyeneket a SANTEC és a HEWLETT-PACKARD állít elő. Az 1 lézer állandó hullámhossza λ=1556,54 nm. A 15 spektrumanalizátor a már említett ANRITSU monokromátor. Az elrendezésben alkalmazott 23 optikai szál 5 km hosszú SM-DS FOS szál.

A 2 lézerjelének hullámhosszát 0,1 nm lépésekben változtattuk. A 6. ábrán van feltüntetve a 15 spektrumanalizátorral nyert mérési eredmény. A görbe a keletkező négyhullám-keveréknek (FWM) a rögzített hullámhosszú csatorna f221 FWM-csúcsára normált E=P_FWM/P_FWMmax értékeit a változó hullámhosszú másik csatorna λ hullámhossza függvényében adja meg. A 1544 nm és 1547 nm hullámhosszok közötti tartományban végzett mérés görbéje két csúcsot mutat: 1544,85 nm és 1545,55 nm hullámhosszoknál. Ebből feltételezhető, hogy az optikai szál kromatikus diszperziója két különböző λο hullámhossznál nulla értékű.

4. kísérlet

A 3. kísérlettől többek között annyiban különbözött a kísérlet, hogy a 23 optikai szál hossza 60 km. A 7. ábrán az f221 FWM-csúcs teljesítménye P (nW)-ban van feltüntetve. A fix lézer hullámhossza 1545,2 nm volt, a változtatható lézer hullámhosszát 0,1 nm lépésekben változtattuk az 1550 nm és 1557 nm közötti tartományban.

Az optikai szálak teljesítménymérése 1 mW bemenő teljesítmény mellett, az alábbi összefüggés szerint normalizálva van:

P_Fw^t) = *inlPin2 ahol P_inl és P_in2 a vivő optikai bemenőjelek teljesítménye.

A görbéből kiolvasható, hogy számos FWM-csúcs létezik, amelyek számossága a szál hossza mentén változó λο hullámhossznak köszönhető.

5. kísérlet

A 4. kísérlethez hasonló kísérletet végeztünk fix 1525 nm hullámhosszú ECL (külső üregű) -lézerrel és változtatható hullámhosszú ECL-lézerrel FOS gyártmányú DS-szállal, amelynek adatai az alábbiak:

kromatikus diszperzióhoz tartozó hullámhossz: λο= 1525 nm, kromatikus diszperzió

1550 nm-nél Dc=3 ps/nm.km, kromatikus diszperziós görbe meredeksége: De ’ = 0,12 ps/nm² .km hossz: L=60km.

A 8. ábrán az FWM-csúcsok P_FWM teljesítménye van feltüntetve a P_in= 1 mW mellett az 1527-1539 nm hullámhossztartományban.

Ez a kísérlet azt mutatja, hogy bár az optikai szál névleges λο értéke (1525 nm) a sávon kívül van, a sávon belül is vannak a szál hossza mentén helyi λο értékek, amelyek FWM-csúcsokat hoznak létre.

6. kísérlet

Ez egy optikai szálas átvitelt szimuláló teszt, a JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol. 10, No. 1., November 1992, 1553-1561 oldalain leírt számos értékkel. A kísérletben alkalmazott optikai szál az előző példának megfelelő, amely optikai szálból harminc szegmenst formáltunk, amely szegmensek mindegyikének más-más volt a λο értéke. A szegmensek 0 kromatikus diszperziót adó λο értékei az 1527-1539 nm hullámhossztartományban véletlenszerűen lettek kiválasztva (a megfigyeléseink szerint ebbe a hullámhossztartományba estek a helyi λο értékek).

Az optikai szál számított adatai az alábbiak:

a=0,28 dB/km n= 1,4,5 MFD=8 pm,

C 1111=4,26.10-1 _m3/j,

De’=0,12 ps/nm².km, L=60 km.

csillapítás: refrakciós index mode átmérő harmadfokú nonlineáris szuszceptibilitás kromatikus diszperziós görbe meredeksége hossz

A négyhullám-keverék FWM-csúcsainak számított, standardizált (P₂„= 1 mW-ra vonatkoztatott) P_FWM teljesítménye a λ hullámhossz függvényében a 9. ábrán van feltüntetve.

A 8. és 9. ábrák összevetéséből az derül ki, hogy a 8. ábra szerinti, egy kereskedelmi típusú optikai szál FWM-csúcsainak eloszlása és mértéke jellegében nagyon hasonló a szegmensekből összeállított száléhoz. Ebből arra lehet következtemi, hogy a forgalomban lévő optikaiszál-gyártmányok négy hullámkeverék-képző

HU 215 887 Β tulajdonsága a vizsgált hullámhossztartományban a hosszuk mentén változó.

7. kísérlet

A 6. kísérlethez hasonló kísérletet végeztünk erősítővel ellátott optikai szálas vonalon is. A vonal 100 km hosszú szálszakaszokból állt, amely szálszakaszok közé a csillapítást kiegyenlítő vonalerősítők voltak beiktatva. A vonal nyolc, egymástól egyenlő távolságban az 1530-1545 nm hullámhossztartományban elrendezett csatornával volt kialakítva.

A 10. ábrán a szálszakaszok N számának függvényében van feltüntetve a csatornánkénti S/N > 20 jel/zaj viszony mellett átvihető legnagyobb vivőteljesítményértékek.

A 10. ábra 24, 25, 26 és 27 görbéi különböző λο (rendre 1527 nm, 1537 nm, 1520 nm és 1530 nm) hullámhosszú szálaknak megfelelő görbék. Az ábrából látható, hogy azon szálak esetében, amelyek az 1527 nm-1537 nm hullámhossztartományba esnek, már egy-két szálszakasz után csak 2-3 mW csatornánkénti bemenő teljesítményt bír el a vonal az S/N>20 teljesülésével. Az 1520 nm-1530 nm λο hullámhosszú szál esetében is csak legfeljebb négy 100 km hosszú, vonalerősítőkkel ellátott szálszakasz alakítható ki anélkül, hogy a megengedhető csatornánkénti bemenő teljesítmény 5 mW alá csökkenjen.

Meg kell jegyeznünk, hogy a spontán emisszióból (ASE) származó zaj miatt az erősített optikai szálas vonalban a jelteljesítményt megfelelően magas szinten szükséges tartani a kellően nagy jel/zaj arány elérése érdekében. Ez a követelmény több erősítő beiktatásával teljesíthető. Egy 100 km-es szálszakaszokból álló, 6 vonalerősítővel ellátott vonalon például (2,5 Gbit/s átviteli sebességnél) legalább 3-6 mW/csatoma jelteljesítmény szükséges ahhoz hogy a spontán emisszió (ASE 8) ne rontsa számottevően a jel/zaj viszonyt.

8. kísérlet

Egy újabb kísérletet végeztünk az 1. ábra szerinti elrendezésben, de a kereskedelemben forgalmazott helyett más, az alábbi paraméterekkel rendelkező DS-szálat alkalmazva:

kromatikus diszperzióhoz tar40 tozó névleges hullámhossz λο szórása 3 s-nél kromatikus diszperzió 1530 nm és 1560 nm között λο=1520 nm, = ±10n,m

Dc=0,7-3 ps/nm.km, a kromatikus diszperziós görbe meredeksége (1550 nm-nél) Dc’=0,l 1 ps/nm².km, hatásos terület A_cff= 50-60 pm².

A fenti feltételekkel nyert spektrum all. ábrán, a bithibaarány BER-szint 20 görbéje a 2. ábrán van feltüntetve.

All. ábrából kitűnik, hogy a spektrumban nincs számottevő FWM-csúcs, a 2. ábrából kitűnik, hogy 10'^{8 9} bithibaaránynál (BÉR) a vételi oldalon -33,3 dBm teljesítményű jel is elfogadható vételt eredményez, amely teljesítmény sokkal kisebb, mint az ismert optikai szálak alkalmazása esetében.

Az elvégzett kísérletek és szimulációk alapján azt állapíthattuk meg, hogy az ismert DS-szálakban a csatornák jeleinek egymásra hatásából képződő zaj alapvetően abból adódik, hogy a szálak 0 kromatikus diszperzióhoz tartozó λο hullámhossza a névlegestől eltérő, a hossz mentén változó értékeket mutat, még akkor is, ha egy gyártási folyamatból származnak a különböző szálszakaszok. Azt találtuk, hogy ez az eltérés (a helyi λο értékek eltérése egymástól és a névlegestől) sokkal nagyobb, mint az a szakirodalomból kivehető. A helyi λο hullámhossz annyira eltérhet az átviteli sávba eső névlegestől, hogy néhány helyen az λο értéke az erbiumtartalmú erősítő munkasávjába esik, és így az átviteli csatornák egymásra hatását okozza, ami a négyhullámkeverék keletkezésével jár.

A találmány szerinti optikai szál például az alábbi tulajdonságokkal rendelkezik:

névleges λο szórása 3 s-nél diszperziós görbe meredeksége 1550 nm-nél kromatikus diszperzió 1530-1560 nm között hatásos terület λο=1520 nm, = ±10 nm,

Dc’=O,O5-O,O8 ps/nm².km,

Dc=0,7-3 ps/nm.km,

L=60 pm²

A 12. és 13. ábrákon a refraktívindex-profil, illetve a kromatikusdiszperzió-görbe van feltüntetve a 8. kísérletben alkalmazott optikai szálra vonatkozóan. A diszperziógörbe lényegében lineáris az 1200 nm és 1700 nm hullámhosszakkal határolt intervallumban. A refrakcióindex-profil viszont „szegmentált mag” típusú.

Hasonlóan jó eredmény érhető el más technológiával (például ÓVD, MCVD, VAD) készült optikai szálakkal is, amelyek profilja a fentitől különböző, feltéve, hogy a nulla kromatikus diszperzióhoz tartozó λο hullámhossza az általunk megadott tartományban van.

A találmány szerinti optikai szállal és vonalerősítőkkel létrehozható nagy teljesítményű, nagy sebességű és hosszú optikai vonal a hullámhossz-multiplex (WDM) információátvitel céljára, ha a DS-szál kromatikus diszperziója kisebb, mint 3 ps/nm.km, ami elegendő az átvitt pulzusok kiszélesedését okozó időeltolások eliminálására akkor is, ha a refraktív index nonlinearitása miatt létrejön a vonalon valamennyi négyhullám-keverék (FWN).

A találmány szerinti optikai szálas távközlőrendszerre példák vannak bemutatva a 14-16. ábrákon. A rendszer számos optikai jelforrást tartalmaz, amelyek közül az áttekinthetőség érdekében a 14. ábrán csak négy, külső jellel modulálható 28a, 28b, 28c, 28d jelforrás van vázolva. Mindegyik 28a-28d jelforrás egy-egy átviteli csatornának megfelelő más-más hullámhosszú, modulált vivő fényjelet állít elő, és egyéb jellemzőiben (például a moduláció módja, teljesítmény stb.) is egymással össze van hangolva. A 28a-28d jelforrások egy átviteli 29 állomáshoz tartoznak, ahol mindegyik jelforrás egy-egy 30a, 30b, 30c, 30d interface-egységre van csatlakoztatva, amely interface-egységek fogadják, detektálják és regenerálják az eredeti, külső optikai jeleket, új, az átviteli hálózatnak megfelelő jellemzőkkel ruházva fel azokat. A 30a-30d interface-egységek az egyes átviteli csatornáknak megfelelő, a vonalerősítők7

HU 215 887 Β kel feldolgozható és a kijelölt átviteli sávba illő, λΐ, λ2, λ3, λ4 hullámhosszú vivőt modulálunk az átviendő információs jelekkel.

A bejelentő US 5,267,073 szabadalmában olyan interface-egységek vannak ismertetve, amelyeknek a bemenőjelet a távközlőrendszer csatornáján átvihető jellé konvertáló, illetve a távközlőrendszeren átvitt jelet a vevőegység számára visszakonvertáló transzmisszió-adaptere van.

A találmány szerinti távközlőrendszerben alkalmazott transzmisszióadapterek előnyösen külső jellel modulálható lézer fényforrások.

Egy interface-egység tömbvázlata van feltüntetve a 15. ábrán, ahol az optikai kapcsolatok folyamatos vonallal, az elektromos kapcsolatok szaggatott vonallal vannak jelölve.

A külső 28a jelforrásból érkező bemenőjelet az interface-egység 31 fotódetektora fogadja, a 31 fotódetektor villamos kimenetére elektronikus 32 erősítő van csatlakoztatva. A 32 erősítő kimenőjele egy, az átviteli csatorna kijelölt hullámhosszának megfelelő hullámhosszú, a bemenőjellel modulált vivőjét előállító 34 modulátorerősítő 33 pilotozó áramkörére kerül.

A 33 pilotozó áramkör másik bemenetére 35 pilotáramkör van kötve, amely szervizcélokat szolgál. A 34 modulátorerősítő 36 lézerére a külső jellel moduláló 37 modulátor van kötve. A 37 modulátor például egy Mach-Zender típusú modulátor, amely a 33 pilotozó áramkör kimenőjelével van vezérelve (pilotozva). A 36 lézer vivő hullámhosszát 38 hullámhossz-stabilizátor tartja a zavaró külső körülményektől (például környezeti hőmérséklet) független, állandó értéken.

A bejelentő említett szabadalmának leírásában vevőoldali interface-egység is ismertetve van, amely egység TXT/E-EM kereskedelmi néven van forgalomban.

Az adóoldali 30a-30d interface-egységek 39 jelkombinálóra párhuzamosan vannak csatlakoztatva, amely 39 jelkombináló a különböző csatornáknak megfelelő, λΐ, λ2, λ3, λ4 hullámhosszú, információs jelekkel modulált vivő SÍ, S2, S3, S4 fényjeleket ugyanazon 40 optikai szálon át, szimultán továbbítja az átviteli vonal meghajtó 41 erősítőjébe.

Általában a 39 jelkombináló egy több-bemenetű és egykimenetű passzív optikai csatolóelem, például a planároptikában vagy a mikrooptikában gyakran alkalmazott, egymásba olvasztott végű optikai szálakból álló csatolóelem, amely a különböző fényjeleket összevezeti. Ilyen alkalmas jelkombináló például a DYNAMICS INC. cég (USA) 1x4 SMTC-0104-1550-A-H típusjelű jelkombinálója.

A meghajtó 41 erősítő az SÍ, S2, S3, S4 fényjelek teljesítményszintjét az első 42a szálszakaszon át az első szálszakasz végére csatlakoztatott 43a vonalerősítőig történő, megfelelő minőségű átvitelhez szükséges mértékre növeli.

Az első 42a szálszakasz lehet például egy néhányszor tíz, például 100 km hosszú optikai kábel egyik egymódusú, sztep index típusú optikai vezetője. Az átviteli vonal első optikai 42a szálszakaszának végére első 43a vonalerősítő van csatlakoztatva, amely a 42a szálszakaszon csillapítást szenvedett jelet veszi, és a következő 42b szálszakaszon történő, jó minőségű átvitelhez szükséges mértékben erősíti.

A 42a, 42b, 42c, 42d szálszakaszokból és további, nem ábrázolt szálszakaszokból álló átviteli vonalba a szálszakaszok közé 43a, 43b, 43c vonalerősítők vannak iktatva, amíg az átviteli vonal áthidalja az adó 29 állomás és a vevő 44 állomás közötti távolságot. A vevő 44 állomás bemenőfokozata egy 45 előerősítő, amely fogadja az átvitt jeleket és a jó vételhez szükséges mértékben kiegyenlíti azok átviteli vonalon elszenvedett veszteségeit.

A 45 előerősítő kimenetére 46 demultiplexer van kötve, amely hullámhosszok szerint különválasztja egymástól a párhuzamos átviteli csatornák jeleit. A 46 demultiplexer kimeneteire csatornánként egy-egy vevőoldali 47a, 47b, 47c, 47d interface-egység van csatlakoztatva, amely a vett csatomajelet 48a, 48b, 48c, 48d vevőegység által feldolgozható jelekké alakítja.

A 46 sokkimenetű demultiplexer kimeneteit optikai szálak alkotják, a demultiplexer például csatornánként egy-egy sávszűrőt tartalmaz, amelyek csatomaszélességű áteresztő sávjának közepe a csatorna névleges hullámhosszának felel meg. A 39 jelkombináló (multiplexer) és a 46 demultiplexer lehetnek egyforma felépítésűek is, ahol a bemenetek és kimenetek fel vannak cserélve a jelek útjában.

Demultiplexelésre alkalmas sáváteresztő szűrő például a MICRON-OPTICS INC. cég FFP-100 típusjelű terméke.

A fent ismertetett elrendezés megnyugtatóan jó eredménnyel alkalmas 500 km hosszú átviteli vonalon nagy, például 2,5 Gbit/s adatátviteli sebességű, hullámhossz-multiplex jelátvitelre négy csatornán. A négy csatornának együtt 10 Gbit/s adatátviteli kapacitása van egy hullámsávban, egy meghajtóerősítő, négy vonalerősítő és egy előerősítő alkalmazásával.

A meghajtó 41 erősítő például a kereskedelemben hozzáférhető, optikai szálas erősítő, az alábbi jellemzőkkel :

bemenő jelteljesítmény 0-5-+2dBm kimenőjelteljesítmény 13 dBm hullámhossztartomány 1530-1560 nm.

Fésűs szűrőt a meghajtóerősítő nem tartalmaz. A bejelentő TPA/E-12 típusjellel forgalmaz ilyen meghajtóerősítőt. Az erősítő erbiumtartalmú, aktív optikai szálat tartalmaz, amely Al/Ge/Er típusú.

A meghajtóerősítő telített üzemmódban működik, ahol a kimenő fényteljesítményt a pumpálóteljesítmény szabja meg. Ilyen erősítő ismerhető meg az EP 439,867 szabadalom leírásából.

Az optikai szál vételi oldali végére csatlakoztatott előerősítő lehetőleg kis zajú és a jelek egyensúlyát nem változtató erősítő, amely az optikai szálon érkező jelet a vevőegység érzékenységi küszöbszintjénél nagyobb szintre erősíti. A vevőegység érzékenysége például -26 dBm--11 dBm.

előerősítőként alkalmazható a 43a-43c vonalerősítőkkel egyező felépítésű, aktív szálas erősítő, vagy kifejezetten az előerősítővel szemben támasztott követelmények kielégítésére tervezett erősítő. Egy alkalmas

HU 215 887 Β előerősítő-típus a bejelentő által forgalmazott RPA/EMW erősítő.

Az átviteli rendszer megfelelően megválasztott vonalerősítőkkel alkalmas egy szálon történő, többcsatornás jelátvitelre, anélkül, hogy a csatornák egymásra ha- 5 tása lerontaná az átvitel minőségét. Az optikai szálas átviteli vonal 1530 nm-1560 nm közötti csatornái mindegyikének zavartalan működéséhez megfelelő erősítőket szükséges a vonalba iktatni, amely erősítők erősítése az említett sávban lineáris, azaz a hullámhossztól 10 független.

Egy alkalmas vonalerősítő tömbvázlata a 16. ábrán van feltüntetve. Az erősítő erbiumtartalmú, aktív 49 opA1₂O₃ GeO₂ La₂O₃ “Aw %mol %wt %mol %wt %mol tikai szálat és megfelelő 50 szivattyúlézert tartalmaz, amelyeknek közös, dikroikus 51 csatolószakasza van. A 49 optikai szál előtt és az 51 csatoló után egy-egy 52, 53 optikai leválasztó van a vonalba iktatva. Az erősítő továbbá további erbiumtartalmú, aktív 54 optikai szálat és megfelelő 55 szivattyúlézert tartalmaz, amelyeknek közös, dikroikus 56 csatolószakasza van. A 49 optikai szál előtt és az 56 csatoló után egy-egy 53, 57 optikai leválasztó van a vonalba iktatva. A fenti, kétfokozatú erősítő helyett, specifikációtól függően, alkalmazható egyfokozatú erősítő is.

Az erősítőben alkalmazott aktív optikai szál összetétele például az alábbi lehet:

Er₂O₃ NA Xc %wt %moi nm (2,6) (11,4) (0,2) 0,2 (0,03)

0,219 911 ahol %_W1 =oxid tömegszázaléka a magban (átlagos) %_mol = ^ox’d mólszázaléka a magban (átlagos)

NA =numerikus apertúra (nj²-n₂ ²) >/² > c = cut-off hullámhossz (LP11 cut-off).

Az összetétel elemzése a szál anyagának húzása előtt vett mikropróbával és szkennelő elektronmikroszkóppal (SEM Hitachi) történt 1300-szoros nagyítással, egy átlón, egymástól 200 pm távolságban lévő diszkrét pontokon.

A szálak vákuumplattírozással, kvarcüveg csőben készültek. A Ge bediffundáltatása a SiO₂-magba a szintézis lépésében történt. Az Er, Al, La bevitele a szálmagba úgynevezett „doping-in-solution” eljárással történt, amely eljárásban a beviendő anyagok kloridjának vizes oldatát hoztuk érintkezésbe a szálmagszintézis anyagával, annak meghatározott, kikeményedés előtti állapotában.

A „doping-in-solution” technikáról részletes ismertetés található például az US 5,282,079 szabadalom leírásában.

Az 50, 55 szivattyúlézerek úgynevezett „Quantum Well” típusúak, az alábbi jellemzőkkel: emisszió hullámhossza λρ=980 nm, optikai kimenőteljesítménymaximum Pu=80 mW.

Ilyen lézert gyárt például a LASERTRON INC. USA.

A dikroikus csatolók is ismert elemek, ilyeneket gyárt például a GOULD INC. Fibre Optic Division, Baymeadow Drive, Gelm Bumie, M.D. (USA) és a SIFAM Ltd. Fibre Optic Division, Woodland Road Torquay Devon (GB). Az 52, 53, 57 optikai leválasztok az átvitt jel polaritásától függetlenül szabályozott polaritású jelet továbbítanak, leválasztószigetelésük nagyobb, mint 35 dB és reflexiójuk kisebb, mint -50 dB. Ilyen optikai leválasztó például az ISOWAVE cég (USA, Dover, New Jersey) MDL 1-15 S PIPT-A S/N 1016 típusú gyártmánya.

Az alkalmazott vonalerősítők kimenő teljesítménye mintegy 14 dBm 30 dB erősítés mellett. Ilyen a bejelentő által forgalmazott OLA/E-MW típusú erősítő is.

A jelen leírásban, ha másként nincs meghatározva, a 0 kromatikus diszperziót adó λο hullámhossz 1 km-nél hosszabb szál átlagos, jellemző, a szál két vége közötti fázistoló eljárással (ITU-T G.650 ajánlás szerint) mér25 hető λο hullámhosszát jelenti.

Helyi λο érték a szál egy-egy rövid szakaszára jellemző λο érték, ami azért különbözhet az átlagos λο értéktől, mert a szálnak a hossza mentén változó gyártási pontatlanságai vannak. A négyhullám-keverék kelté30 sében mindegyik rövid, de FWM-csúcsok keltéséhez elegendő hosszú szálszakasz a saját, helyi λο hullámhosszára jellemző módon vesz részt, így áll össze a szál teljes hosszán keletkező négyhullám-keverék. Az FWM-csúcsok keltéséhez elegendő hosszú szálszakasz hossza függ a csatornánként átvitt teljesítménytől és a vonalba iktatott jelerősítésektől. Általában néhány száz méteres szálszakaszokon már számba veendő FWMcsúcsok jöhetnek létre.

Azt állapítottuk meg a találmány szerinti megoldás kialakítása során, hogy a négyhullámkeverék-csúcsok okozta zaj csökkentésére nem elegendő a szál átlagos (névleges) kromatikus diszperzióját számításba venni, nem elég, ha ez az átviteli sávban nem nulla, hanem az is feltétele a kis zajú átvitelnek, hogy a kromatikus diszper45 zió értéke az átviteli sáv alsó, szélső hullámhosszától elég távoli, rövidebb hullámhosszon legyen nulla. Ez a FWM-csúcs mentes átvitelhez szükséges távolság az átviteli sáv széle és a nulla kromatikus diszperziót adó λο hullámhossz között függ a vonal hosszától is: nagyobb átviteli távolság esetén nagyobbra szükséges választani. A találmány szerinti optikai jelek meghatározott sebességgel történő átvitelére alkalmas eljárásban, amelyben meghatározott átviteli hullámhossztartományba eső, egymástól legalább 2 nm-rel különböző hul55 lámhosszú, modulált optikai jeleket képezünk, amely optikai jeleket egymódusú, az átviteli tartományban 3 ps/nm.km kromatikus diszperziójú és meghatározott hullámhossznál nulla kromatikus diszperziójú optikai DS-szálas átviteli vonalra vezetjük. Az optikai jeleket az átviteli vonalon legalább egyszer aktív szálas optikai

HU 215 887 Β erősítővel erősítjük és legalább 50 km távolságra továbbítjuk, az átvitt jeleket demultiplexelő vevőkészülékkel vesszük, ahol az optikai jelek teljesítménye legalább az optikai szál egy szakaszán nagyobb, mint a csatornák közötti négyhuilám-keverék okozta zaj keletkezéséhez elégséges teljesítmény. Az átviteli hullámhossztartomány legkisebb hullámhosszát az optikai szál kromatikus diszperziójának nulla értékéhez tartozó λο hullámhossznál akkora értékkel nagyobbra választjuk, amely értéknél az átviteli vonal mindegyik rövid szakaszának kromatikus diszperziója nagyobb nullánál.

Előnyösen olyan optikai szálat alkalmazunk, amelynek kromatikus diszperzió nulla értékéhez tartozó hullámhossz legalább 10 nm-rel kisebb, mint az átviteli hullámhossztartomány legkisebb hullámhossza, és amelynek kromatikus diszperzió nulla értékéhez tartozó hullámhossz 1500-1520 nm hullámhossztartományba esik. A jelek átviteli sebességét célszerűen legalább 2,56bit/sec értékre választjuk.

Célszerűen olyan optikai szálat alkalmazunk, amelyben 3 mW-nál nagyobb optikaijel-teljesítmény vált ki a csatornák közötti négyhuilám-keverék okozta zajt.

980 nm-es pumpálóerősítőt alkalmazva azt találtuk, hogy az átviteli sáv 1530 nm-ig teijedhet anélkül, hogy a helyi λο érték az átviteli sávba kerülne.

A találmányt a hullámhossz szerint multiplexelő- és demultiplexelő-, többcsatornás átviteli rendszer és annak négyhullám-keveréke példáján ismertettük, de megjegyezzük, hogy más, az optikai szálon történő jelátvitellel kapcsolatos nemlineáris jelenségre is hatással van a kromatikus diszperzió mértéke és nulla helye, így a találmány más jelenség tekintetében is hasznosítható.

Egy példa a fentiekre a nemlineáris terjedési sebességi viszonyok közötti, nagy sebességű optikai átvitel, így a soliton átvitel eltolt diszperziójú szálon. Ha a soliton átvitelre használt szálban olyan (néhány, például 5 kilométer hosszú) szakaszok vannak, amelyek kromatikus diszperziója negatív (normál diszperzió), a soliton pulzus átvitele erősen zavart (perturbált) lesz, ahol a soliton spektrális szélesség növekedése nagyobb, mint 10%. Ez amiatt következik be, hogy ezeken a szálszakaszokon hiányzik a diszperzió és a fázismoduláció pillanatnyi frekvenciaváltozásainak kompenzálása.

A pulzus nemlineáris, normál (negatív) diszperziójú szálszakaszon bekövetkezett torzulása csak részben kompenzálható egy következő, „anomalous”, azaz pozitív diszperziójú szakaszon történő átvitellel. Ebből következik, hogy ez esetben is úgy szükséges összehangolni az optikai szálat és az átviteli sáv hullámhossztartományát, hogy rövid szakaszok λο hullámhossza se essen bele az átviteli sávba.

A normál diszperziójú szálszakasznak az a minimális hossza, amelyen még létrejönnek a káros hatások, csökken a növekvő bitsebességgel. Ezért, különösen 10 Gbit/s-nél nagyobb átviteli sebesség esetén fontos a megfelelő optikai szál választása, 40 Gbit/s átviteli sebesség fölött pedig különösen kis toleranciájú optikai szálat szükséges választani.

A találmány szerinti, 1500 nm-1520 nm tartományba eső λο hullámhossznál nulla kromatikus diszperziót biztosító optikai szállal széles hullámhossztartományban megvalósítható soliton átvitel, gyakorlatilag olyan széles hullámhossztartományban, amilyent az optikai erősítők átfogni képesek.

Claims (19)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Optikai szálas távközlőrendszer adott sebességű jelekkel modulált, adott átviteli hullámhossztartományba tartozó, különböző hullámhosszú fényjelet adó, legalább két jelforrással, a jelfonások jelét egy optikai szálon átvihető jellé multiplexelő egységgel, a multiplexelőegységre egyik végével csatlakoztatott optikai szállal, és az optikai szálra csatlakoztatott, vett jeleket hullámhossz szerint demultiplexelő egységgel, amely rendszerben legalább az optikai szálas átviteli vonal egy részén a jel fényteljesítménye meghalad egy előírt értéket, és amely átviteli vonalat alkotó optikai szál kromatikus diszperziója az átviteli hullámhossztartományban kisebb egy meghatározott értéknél, azzal jellemezve, hogy az optikai szál (40) hullámhosszal növekvő tendenciájú kromatikus diszperziójának nulla értéke az átviteli hullámhossztartományon kívül, az átviteli hullámhossztartomány legkisebb hullámhosszánál legalább annyival kisebb hullámhossznál (λο) van, ami mellett az intermodulációs csúcsok kialakulására alkalmas hosszú optikai szál minden szakaszán a kromatikus diszperzió helyi nulla értéke az átviteli hullámhossztartományon kívülre esik.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti optikai szálas távközlőrendszer, azzal jellemezve, hogy az optikai szál (40) kromatikus diszperziójának nulla értéke az átviteli hullámhossztartomány legkisebb hullámhosszánál legalább 10 nm-rel kisebb hullámhossznál (λο) van.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti optikai szálas távközlőrendszer, azzal jellemezve, hogy az optikai szál (40) kromatikus diszperziójának nulla értéke 1520 nm, vagy ennél kisebb hullámhossznál van.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti optikai szálas távközlőrendszer, azzal jellemezve, hogy az optikai szál (40) kromatikus diszperziójának nulla értéke 1500 és 1520 nm közötti hullámhossztartományban van.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti optikai szálas távközlőrendszer, azzal jellemezve, hogy az optikai szál (40) kromatikus diszperziójának értéke az átviteli hullámhossztartományban 3 ps/nm.km értéknél kisebb.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti optikai szálas távközlőrendszer, azzal jellemezve, hogy legalább az optikai szálas átviteli vonal egy részén a jel fényteljesítménye egyenlő vagy nagyobb 3 mW-nál, csatornánként.
7. 7. Az 1. igénypont szerinti optikai szálas távközlőrendszer, azzal jellemezve, hogy az optikai szál (40) által alkotott átviteli vonalban legalább egy optikai vonalerősítő (10) van elrendezve.
8. 8. A 7. igénypont szerinti optikai szálas távközlőrendszer, azzal jellemezve, hogy az optikai szál (40) által alkotott átviteli vonalban az átviteli hullámhossztartománynak megfelelő hullámhossztartomány/szélességű optikai vonalerősítő (10) van elrendezve.

   HU215 887 Β
9. 9. A 8. igénypont szerinti optikai szálas távközlőrendszer, azzal jellemezve, hogy az optikai szál (40) által alkotott átviteli vonalban legalább az 1530-1574 nm hullámhossztartományt magába foglaló erősítéstartományú optikai vonalerősítő (10) van elrendezve.
10. 10. A 7. igénypont szerinti optikai szálas távközlőrendszer, azzal jellemezve, hogy legalább négy jelforrást foglal magába.
11. 11. Optikai szál legalább két optikai jel előírt hullámhossztartományban történő átvitelére, azzal jellemezve, hogy a szál kromatikus diszperziója egy előírt értéknél kisebb az előírt átviteli hullámhossztartományban és a kromatikus diszperzió nulla értéke az átviteli hullámhossztartományon kívüli hullámhossztartományba eső hullámhossznál (λο) van, amely tartomány legnagyobb hullámhossza az átviteli hullámhossztartomány legkisebb hullámhosszánál legalább annyival kisebb hullámhossznál van, ami mellett az intermodulációs csúcsok kialakulására alkalmas hosszú optikai szál minden szakaszán, a kromatikus diszperzió helyi nulla értéke az átviteli hullámhossztartományon kívülre esik.
12. 12. A 11. igénypont szerinti optikai szál, azzal jellemezve, hogy a kromatikus diszperzió helyi nulla értékeihez tartozó hullámhosszok kevesebb, mint 10 nm-rel különböznek az optikai szál átlagos kromatikus diszperziójának nulla értékéhez tartozó hullámhossztól (λο).
13. 13. A 11. igénypont szerinti optikai szál, azzal jellemezve, hogy a kromatikus diszperzió az átviteli hullámhossztartományban kisebb, mint 3 ps/nm.km, az optikai szál (40) kromatikus diszperziójának nulla értéke az átviteli tartomány legkisebb hullámhosszánál legalább 10 nm-rel kisebb hullámhossznál (λο) van.
14. 14. A 11. igénypont szerinti optikai szál, azzal jellemezve, hogy öt kilométernél hosszabb optikai szál (40) kromatikusdiszperzió-értéke kisebb a legalább két, különböző hullámhosszú, legalább 3 mW csatornánkénti fényteljesítményű jelforrás optikai szál (40) bemenetére adott jeléből intermodulációs csúcs képzéséhez elégségesnél és legalább 20 értékű jel/zaj viszony eléréséhez szükségesnél.
15. 15. Eljárás optikai jelek meghatározott sebességgel történő átvitelére, amelyben meghatározott átviteli hullámhossztartományba eső, egymástól legalább 2 nmrel különböző hullámhosszú, modulált optikai jelet képezünk, amely optikai jeleket egymódusú, az átviteli tartományban 3 ps/nm.km kromatikus diszperziójú és meghatározott hullámhossznál nulla kromatikus diszperziójú optikai szálas átviteli vonalra vezetjük, az optikai jeleket az átviteli vonalon legalább egyszer aktív szálas optikai erősítővel erősítjük és legalább 50 km távolságra továbbítjuk, az átvitt jeleket demultiplexelő vevőkészülékkel vesszük, ahol az optikai jelek teljesítménye legalább az optikai szál egy szakaszán nagyobb, mint a csatornák közötti négyhullámkeverék okozta zaj keletkezéséhez elégséges teljesítmény, azzal jellemezve, hogy az átviteli hullámhossztartomány legkisebb hullámhosszát az optikai szál kromatikus diszperziójának nulla értékéhez tartozó hullámhossznál akkora értékkel nagyobbra választjuk, amely értéknél az átviteli vonal mindegyik szakaszának kromatikus diszperziója az átviteli sávban eltér a nulla értéktől.
16. 16. A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan optikai szálat alkalmazunk, amelynek kromatikus diszperziója nulla értékéhez tartozó hullámhossz legalább 10 nm-rel kisebb, mint az átviteli hullámhossztartomány legkisebb hullámhossza.
17. 17. A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan optikai szálat alkalmazunk, amelynek kromatikus diszperziója nulla értékéhez tartozó hullámhossz 1500-1520 nm hullámhossztartományba esik.
18. 18. A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a jelek átviteli sebességét legalább 2,5 Gbit/sec értékre választjuk.
19. 19. A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan optikai szálat alkalmazunk, amelyben 3 mW vagy nagyobb optikaijel-teljesítmény a csatornák közötti négyhullám-keverék okozta zaj keletkezéséhez elégséges teljesítmény.