ITMI941574A1

ITMI941574A1 - MULTIPLATION AMPLIFIED OPTICAL TELECOMMUNICATION SYSTEM WITH WAVE LENGTH DIVISION WITH LIMITATION OF THE OUTPUT POWER CHANGES

Info

Publication number: ITMI941574A1
Application number: IT001574A
Authority: IT
Inventors: Fausto Meli; Stefano Piciaccia
Original assignee: Pirelli Cavi S P A Ora Pirelli Cavi E Sistemi S P
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1994-07-25
Publication date: 1996-01-25
Also published as: TW315552B; ITMI941574A0; IT1273677B; TW302582B

Description

Descrizione dell'invenzione dal titolo: Description of the invention entitled:

"Sistema di telecomunicazione ottica amplificata a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda con limitazione delle variazioni di potenza di uscita" "Wavelength Division Multiplexing Amplified Optical Telecommunication System with Limitation of Output Power Variations"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda un sistema di telecomunicazione ottica ed un amplificatore ottico da impiegare in un sistema di telecomunicazione. In particolare riguarda un sistema di telecomunicazione ed un amplificatore adatti ad una trasmissione del tipo a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda. In questo tipo di trasmissione si inviano più canali, ovvero più segnali di trasmissione indipendenti tra loro, nella stessa linea, costituita di solito da una fibra ottica, mediante multiplazione in lunghezza d'onda ottica. I canali trasmessi possono essere sia digitali sia analogici e si distinguono fra loro perché ciascuno di essi è associato ad una lunghezza d'onda specifica. The present invention relates to an optical telecommunication system and an optical amplifier to be used in a telecommunication system. In particular it relates to a telecommunication system and an amplifier suitable for a transmission of the wavelength division multiplexing type. In this type of transmission, multiple channels are sent, i.e. multiple independent transmission signals, in the same line, usually consisting of an optical fiber, by means of optical wavelength multiplexing. The channels transmitted can be both digital and analog and are distinguished from each other because each of them is associated with a specific wavelength.

Per consentire la trasmissione su tratte di lunghezza superiore ad alcune centinaia di chilometri, le massime distanze raggiungibili mediante fibra passiva, è necessario rimediare all'attenuazione dei segnali con l’impiego di uno o più amplificatori attici interposti lungo la linea. To allow transmission on stretches longer than a few hundred kilometers, the maximum distances that can be reached by passive fiber, it is necessary to remedy the attenuation of the signals with the use of one or more attic amplifiers interposed along the line.

Nella domanda di brevetto IT/MI94A000712, a nome della Richiedente, viene descritta una linea di trasmissione includente amplificatori ottici a fibra drogata collegati in cascata, particolarmente adatta per la trasmissione a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda, in cui una combinazione di droganti nel nucleo della fibra consente di ottenere un elevato rapporto segnale/rumore per tutti i canali in una banda prefissata di lunghezze d'onda, anche in presenza di più segnali contemporaneamente alimentati. In patent application IT / MI94A000712, in the name of the Applicant, a transmission line is described including cascade-connected doped fiber optic amplifiers, particularly suitable for wavelength division multiplexing transmission, in which a combination of dopants in the core of the fiber it allows to obtain a high signal / noise ratio for all channels in a predetermined band of wavelengths, even in the presence of several signals fed at the same time.

Questo risultato è ottenuto tramite l'impiego di fibre amplificatrici in cui la scelta ed il dosaggio di adeguati droganti secondari da impiegare insieme al drogante principale permettono di ottenere una curva di guadagno priva di depressioni significative nell'intera banda di amplificazione. This result is obtained through the use of amplifier fibers in which the choice and dosage of suitable secondary dopants to be used together with the main dopant allow to obtain a gain curve without significant depressions in the entire amplification band.

Più precisamente la domanda di brevetto IT/MI94A000712 riguarda, tra gli altri aspetti, un sistema di telecomunicazione ottica comprendente More precisely, the patent application IT / MI94A000712 concerns, among other aspects, an optical telecommunication system comprising

mezzi di trasmissione generanti segnali ottici in una banda di lunghezze d'onda prefissata, transmission means generating optical signals in a predetermined wavelength band,

mezzi di ricezione, means of reception,

una linea a fibre ottiche di collegamento tra detti mezzi di trasmissione e detti mezzi di ricezione, an optical fiber line connecting said transmission means and said reception means,

mezzi di amplificazione ottica a fibra attiva disposti lungo detta linea, active fiber optical amplification means arranged along said line,

operativamente collegati tra loro per trasmettere detti segnali ottici da detti mezzi di trasmissione a detti mezzi di ricezione, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di amplificazione ottica comprendono almeno una fibra ottica attiva a base di silice, con nucleo drogato con almeno un drogante principale fluorescente ed almeno un drogante secondario, in relazione funzionale tra loro tale da fornire un rapporto segnale/rumore ottico alla ricezione, misurato con ampiezza di filtro 0,5 nm, non inferiore a 15 dB per segnali a lunghezza d'onda compresa in detta banda, sia per un singolo segnale in detta banda, sia in presenza di almeno due segnali a diverse lunghezze d'onda, comprese in detta banda, contemporaneamente alimentati a detti mezzi di amplificazione, per ciascuno di detti segnali. operatively connected to each other to transmit said optical signals from said transmission means to said reception means, characterized in that said optical amplification means comprise at least one active optical fiber based on silica, with a core doped with at least one main fluorescent dopant and at least one secondary dopant, in functional relationship between them such as to provide an optical signal / noise ratio upon reception, measured with a 0.5 nm filter amplitude, not less than 15 dB for signals with a wavelength included in said band, is for a single signal in said band, and in the presence of at least two signals at different wavelengths, included in said band, simultaneously fed to said amplification means, for each of said signals.

Preferibilmente detto drogante principale fluorescente è Erbio, sotto forma di ossido e detti droganti secondari sono Alluminio, Germanio, Lantanio, sotto forma dei rispettivi ossidi. La banda di trasmissione prefissata è preferibilmente compresa tra 1530 e 156O nm. Preferibilmente la linea secondo l'invenzione comprende almeno tre amplificatori ottici serialmente collegati lungo la linea, almeno uno dei quali possiede una fibra attiva con nucleo drogato con Alluminio, Germanio, Lantanio ed Erbio, sotto forma dei rispettivi ossidi. Preferably said main fluorescent dopant is Erbium, in the form of oxide and said secondary dopants are Aluminum, Germanium, Lanthanum, in the form of the respective oxides. The predetermined transmission band is preferably comprised between 1530 and 156O nm. Preferably, the line according to the invention comprises at least three optical amplifiers serially connected along the line, at least one of which has an active fiber with a core doped with Aluminum, Germanium, Lanthanum and Erbium, in the form of the respective oxides.

L'uso di tale linea in un sistema di telecomunicazione ottica richiede l'impiego di un preamplificatore adeguato, posto tra la linea ed il ricevitore. Per preamplificatore si intende un amplificatore dimensionato per ricevere un segnale di bassa potenza ed amplificarlo, prima dell'invio ad un dispositivo di ricezione, fino ad un livello di potenza adeguato alla sensibilità del dispositivo stesso. (Nel seguito si userà il termine "livello" per indicare in modo abbreviato il "livello di potenza"). Il preamplificatore ha anche il compito di limitare la dinamica dei segnali, riducendo la variazione del livello dei segnali in ingresso al ricevitore rispetto alla variazione del livello dei segnali provenienti dalla linea di trasmissione. Infatti il cambiamento delle condizioni lungo la linea potrebbe far variare il livello dei segnali in uscita. Questo cambiamento può' essere dovuto al degrado delle fibre di collegamento (con conseguente perdita di trasparenza), ad eventuali anomalie in esse (ad esempio attenuazioni localizzate causate dalla manipolazione del cavo contenente le fibre ottiche) o al degrado degli amplificatori ottici. Nel caso della linea di trasmissione descritta sono previste variazioni fino ad un massimo di 20 dB. D'altra parte in ingresso al ricevitore ottico, se questo è realizzato secondo le norme europee SDH o le norme statunitensi SONET, il livello dei segnali deve essere compreso in un intervallo da -26 dBm a -11 dBm. Per garantire un margine di sicurezza, tenendo conto delle tolleranze costruttive del preamplificatore, è necessario richiedere che il livello dei segnali in ingresso al ricevitore ottico sia compreso fra -25 dBm e -13 dBm. Il preamplificatore deve dunque comprimere la dinamica dei segnali in modo da portare il loro livello all'interno di questo intervallo. The use of this line in an optical telecommunication system requires the use of a suitable preamplifier, placed between the line and the receiver. By preamplifier we mean an amplifier sized to receive a low power signal and amplify it, before sending it to a receiving device, up to a power level suitable for the sensitivity of the device itself. (In the following we will use the term "level" to indicate abbreviated "power level"). The preamplifier also has the task of limiting the dynamics of the signals, reducing the variation in the level of the signals entering the receiver compared to the variation in the level of the signals coming from the transmission line. In fact, the change of conditions along the line could cause the level of the output signals to vary. This change may be due to the degradation of the connecting fibers (with consequent loss of transparency), to possible anomalies in them (for example localized attenuations caused by the manipulation of the cable containing the optical fibers) or to the degradation of the optical amplifiers. In the case of the transmission line described, variations up to a maximum of 20 dB are foreseen. On the other hand, in input to the optical receiver, if this is made according to the European SDH standards or the US SONET standards, the signal level must be in a range from -26 dBm to -11 dBm. To guarantee a safety margin, taking into account the construction tolerances of the preamplifier, it is necessary to request that the level of the signals entering the optical receiver is between -25 dBm and -13 dBm. The preamplifier must therefore compress the dynamics of the signals in order to bring their level within this range.

Nella domanda di brevetto EP567941. a nome della Richiedente, che viene qui incorporata per riferimento, è descritto un amplificatore ottico con limitazione di potenza in uscita, il cui schema generale è rappresentato nella figura 1. Esso è costituito da una fibra ottica drogata con una Terra Rara e divisa in due porzioni 4, 6, alimentata da un segnale 1 e da radiazione di pompaggio proveniente da un laser di pompaggio 2 tramite un accoppiatore dicroico 3· Lungo la fibra è inserito un elemento 5 che assorbe maggiormente la radiazione alla lunghezza d'onda del segnale che alla lunghezza d'onda di pompa. In patent application EP567941. in the name of the Applicant, which is incorporated herein by reference, an optical amplifier with output power limitation is described, the general scheme of which is shown in Figure 1. It consists of an optical fiber doped with a Rare Earth and divided into two portions 4, 6, fed by a signal 1 and by pumping radiation coming from a pumping laser 2 through a dichroic coupler 3 An element 5 is inserted along the fiber which absorbs more radiation at the wavelength of the signal than at the wavelength of pump.

Il principio di funzionamento di un tale amplificatore con limitazione di potenza è illustrato con riferimento alla figura 2, che mostra l'andamento della potenza di pompaggio (espressa in ordinata a sinistra in mW) e del livello del segnale (espresso in ordinata a destra in dBm) rispetto alla lunghezza normalizzata della fibra (in ascissa). Sono rappresentati due casi: un segnale di ingresso di -25 dBm (segnale "debole"; linea continua) ed un segnale di ingresso di 0 dBm (segnale "forte"; linea tratteggiata). La potenza di pompaggio in ingresso è di 20 mW. L'azione equalizzatrice risulta dall'equilibrio tra le potenze della pompa e del segnale amplificato nei due stadi, prima e dopo l'attenuazione localizzata. Nel primo stadio (fibra 4) il segnale "forte" viene amplificato ad un livello superiore del segnale debole. Il segnale "debole", tuttavia, sfrutta di meno la potenza di pompaggio, la cui componente residua nel secondo stadio (fibra 6) è sufficiente per amplificare il segnale al livello di uscita desiderato. The operating principle of such an amplifier with power limitation is illustrated with reference to Figure 2, which shows the trend of the pumping power (expressed in left ordinate in mW) and of the signal level (expressed in right ordinate in dBm) with respect to the normalized length of the fiber (in abscissa). Two cases are shown: an input signal of -25 dBm ("weak" signal; solid line) and an input signal of 0 dBm ("strong" signal; dashed line). The input pumping power is 20 mW. The equalizing action results from the balance between the powers of the pump and the amplified signal in the two stages, before and after the localized attenuation. In the first stage (fiber 4) the "strong" signal is amplified to a higher level than the weak signal. The "weak" signal, however, uses less pumping power, the residual component of which in the second stage (fiber 6) is sufficient to amplify the signal to the desired output level.

Il segnale "forte", d'altro canto, sfrutta quasi completamente l'energia della pompa nel primo stadio. Verso la fine del secondo stadio la potenza di pompaggio residua è molto bassa ed il segnale viene amplificato in piccola misura o addirittura leggermente attenuato in modo da portarsi allo stesso livello del segnale "debole". I segnali di livello di ingresso intermedio fra i due estremi indicati evolvono ovviamente in maniera analoga verso lo stesso livello di uscita. Scegliendo adeguatamente la posizione dell'assorbitore 5 lungo la fibra un tale amplificatore garantisce segnali con livello di uscita costante entro 1 dB in presenza di segnali d'ingresso con livello variabile entro un intervallo di almeno 15 dB. The "strong" signal, on the other hand, almost fully utilizes the pump's energy in the first stage. Towards the end of the second stage the residual pumping power is very low and the signal is amplified to a small extent or even slightly attenuated so as to reach the same level as the "weak" signal. The intermediate input level signals between the two indicated extremes obviously evolve in a similar way towards the same output level. By appropriately choosing the position of the absorber 5 along the fiber, such an amplifier guarantees signals with a constant output level within 1 dB in the presence of input signals with a variable level within a range of at least 15 dB.

Il dispositivo descritto in ΕΡ567941· utilizzabile nei casi in cui è richiesto un amplificatore ottico con una forte compressione della dinamica dei segnali, si presta bene all'impiego come preamplificatore in un sistema di comunicazione "punto - punto", ovvero privo di amplificatori intermedi lungo la fibra che collega trasmettitore e ricevitore. In questo caso il dispositivo viene inserito fra la fibra di collegamento passiva ed il ricevitore. The device described in ΕΡ567941 · usable in cases where an optical amplifier with a strong compression of the dynamics of the signals is required, is well suited for use as a preamplifier in a "point-to-point" communication system, ie without intermediate amplifiers along the fiber that connects transmitter and receiver. In this case the device is inserted between the passive connection fiber and the receiver.

Il brevetto statunitense US5280383, a nome di J.F. Federici et al., descrive un amplificatore ottico a due stadi in grado di operare con una potenza di pompaggio ridotta. Il primo stadio funziona in regime di amplificazione lineare, il secondo in regime di saturazione, così da operare una certa compressione della dinamica del segnale. In uno dei modi di realizzazione i due stadi sono separati da un isolatore, che può essere seguito da un filtro con una banda passante di circa 10 nm. L'isolatore rimuove l'emissione spontanea amplificata contropropagante, mentre il filtro passa-banda rimuove parte dell'emissione spontanea amplificata propagante nella direzione del segnale, lasciando passare la banda di 10 nm selezionata. A differenza dell'amplificatore descritto in EP567941. tuttavia, ogni stadio possiede una sorgente di pompaggio indipendente e il filtro passa-banda assorbe l'eventuale potenza di pompa residua dal primo stadio. Questo amplificatore dunque non mette in gioco il meccanismo descritto di assorbimento differenziato della pompa (a seconda del livello dei segnali) nel primo stadio e di sfruttamento della pompa residua (nel caso di segnali deboli) nel secondo stadio, che è sfruttato nell'amplificatore di EP567941· In presenza del filtro, inoltre, questo amplificatore può funzionare solo in una banda di trasmissione limitata a meno di 10 nm, insufficiente ad una trasmissione a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda. US patent US5280383, in the name of J.F. Federici et al., Describes a two-stage optical amplifier capable of operating with a reduced pumping power. The first stage works in a linear amplification regime, the second in a saturation regime, so as to operate a certain compression of the signal dynamics. In one of the embodiments, the two stages are separated by an insulator, which can be followed by a filter with a passband of about 10 nm. The isolator removes the counter-propagating amplified spontaneous emission, while the band-pass filter removes part of the amplified spontaneous emission propagating in the direction of the signal, letting the selected 10 nm band pass. Unlike the amplifier described in EP567941. however, each stage has an independent pumping source and the band pass filter absorbs any residual pump power from the first stage. This amplifier therefore does not bring into play the described mechanism of differentiated absorption of the pump (depending on the level of the signals) in the first stage and exploitation of the residual pump (in the case of weak signals) in the second stage, which is exploited in the power amplifier. EP567941 · In the presence of the filter, moreover, this amplifier can only operate in a transmission band limited to less than 10 nm, insufficient for a wavelength division multiplexing transmission.

L'articolo "REAP: Recycled Erbium Amplifier Pump", di J.-M.P. Delavaux et al., pubblicato su IEEE Photonics Technology Lettere, voi.6, n. 3. 03/03/94. pag. 376-379. descrive un preamplificatore a fibra drogata all'Erbio a due stadi utilizzante nel secondo stadio la potenza di pompa residua dal primo stadio, dove l'uso di un isolatore ottico in serie ad un filtro passa-banda con larghezza di banda di 6 nm (-1 dB) tra i due stadi del dispositivo permette di ottenere un alto guadagno ed una bassa figura di rumore per un segnale di lunghezza d'onda compresa nella banda di trasmissione del filtro, nonché una certa compressione della dinamica del segnale. In particolare limitando la banda di trasmissione del dispositivo alla banda passante del filtro viene rimossa l'emissione spontanea alle altre lunghezze d'onda, evitando che essa degradi la condizione di inversione del primo stadio o saturi il secondo stadio. L'articolo è relativo alla trasmissione di un solo canale con lunghezza d'onda all'interno della banda passante di trasmissione del filtro. In nessuna parte esso suggerisce possibili applicazioni del dispositivo in un sistema di telecomunicazione ottica a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda. The article "REAP: Recycled Erbium Amplifier Pump", by J.-M.P. Delavaux et al., Published in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 6, n. 3. 03/03/94. page 376-379. describes a two-stage Erbium-doped fiber preamplifier using in the second stage the residual pump power from the first stage, where the use of an optical isolator in series with a band-pass filter with a bandwidth of 6 nm (- 1 dB) between the two stages of the device allows to obtain a high gain and a low noise figure for a signal with a wavelength included in the transmission band of the filter, as well as a certain compression of the signal dynamics. In particular, by limiting the transmission band of the device to the passband of the filter, the spontaneous emission at the other wavelengths is removed, preventing it from degrading the condition of inversion of the first stage or saturating the second stage. The article relates to the transmission of a single channel with wavelength within the transmission passband of the filter. Nowhere does it suggest possible applications of the device in a wavelength division multiplexing optical telecommunication system.

Allo scopo di realizzare una trasmissione a multi-lunghezza d'onda, la Richiedente ha provato ad impiegare il dispositivo descritto in EP567941 come preamplificatore al termine di una linea di trasmissione a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda con amplificatori in cascata come descritta in IT/MI94A000712. Si è tuttavia riscontrato che l'attesa compressione della dinamica dei segnali fra ingresso ed uscita si manifesta in misura solo limitata: nel caso di variazione di 20 dB del livello dei segnali in ingresso, si è ottenuta una variazione di dB del livello dei segnali in uscita, maggiore di quella consentita dagli standard citati. In order to realize a multi-wavelength transmission, the Applicant has tried to use the device described in EP567941 as a preamplifier at the end of a wavelength division multiplexing transmission line with cascaded amplifiers as described in IT / MI94A000712. However, it has been found that the expected compression of the dynamics of the signals between input and output occurs only to a limited extent: in the case of a variation of 20 dB in the level of the input signals, a variation of dB in the level of the signals was obtained. output, greater than that allowed by the standards mentioned.

Si ritiene che questo inconveniente sia legato all'emissione spontanea ed all'effetto della sua amplificazione sull'assorbimento della energia di pompaggio nei due stadi del dispositivo. Nel caso di telecomunicazione ottica a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda, all'uscita della linea di trasmissione a larga banda con amplificatori in cascata è presente, accanto ai segnali a diverse lunghezze d'onda, una componente di emissione spontanea che è distribuita secondo uno spettro continuo, caratteristico del tipo di fibre amplificatrici impiegate lungo la linea di trasmissione. Il livello dei segnali amplificati è superiore al livello dell'emissione spontanea alla rispettiva lunghezza d'onda e questo garantisce un rapporto segnale/rumore sufficientemente elevato da consentire una ricezione priva di errori. La potenza totale dell'emissione spontanea, tuttavia, è legata all'intensità dei segnali trasmessi. Segnali deboli vengono amplificati lungo la linea con un modesto sfruttamento dell'energia fornita dalla pompa, così che buona parte di questa energia va ad amplificare l'emissione spontanea. Segnali più intensi spopolano in misura maggiore i livelli eccitati dalla pompa e minore è l'energia a disposizione per l'emissione spontanea e per la sua amplificazione. Oltre a dipendere dal livello dei segnali trasmessi, l'emissione spontanea cresce al crescere del numero degli stadi di amplificazione collegati in cascata. It is believed that this drawback is linked to the spontaneous emission and the effect of its amplification on the absorption of the pumping energy in the two stages of the device. In the case of wavelength division multiplexing optical telecommunication, at the output of the broadband transmission line with cascaded amplifiers there is a spontaneous emission component which is distributed alongside the signals at different wavelengths. according to a continuous spectrum, characteristic of the type of amplifier fibers used along the transmission line. The level of the amplified signals is higher than the level of spontaneous emission at the respective wavelength and this ensures a sufficiently high signal-to-noise ratio to allow error-free reception. The total power of the spontaneous emission, however, is linked to the intensity of the transmitted signals. Weak signals are amplified along the line with a modest exploitation of the energy supplied by the pump, so that a large part of this energy amplifies the spontaneous emission. More intense signals depopulate the levels excited by the pump to a greater extent and the less energy is available for spontaneous emission and for its amplification. In addition to depending on the level of the transmitted signals, the spontaneous emission increases as the number of amplification stages connected in cascade increases.

Nel caso di una linea di trasmissione a larga banda con amplificatori in cascata collegata ad un dispositivo del tipo di quello descritto in EP567941 l'emissione spontanea proveniente dalla linea di trasmissione viene ulteriormente amplificata lungo la fibra attiva del dispositivo e si somma all'emissione spontanea generata nella fibra attiva stessa. In the case of a broadband transmission line with cascaded amplifiers connected to a device of the type described in EP567941, the spontaneous emission coming from the transmission line is further amplified along the active fiber of the device and is added to the spontaneous emission generated in the active fiber itself.

Si è osservato che l'emissione spontanea, pur se di livello inferiore ai segnali, modifica tramite la dissipazione di energia di pompaggio il meccanismo dell'assorbimento differenziato della pompa per segnali deboli ed intensi, che è alla base dell'effetto di compressione della dinamica dei segnali del dispositivo descritto in EP56794I· Più precisamente, in caso di segnali deboli l'emissione spontanea è relativamente intensa e la sua amplificazione assorbe già nel primo stadio del preamplificatore l'energia resa disponibile dalla pompa. Il secondo stadio quindi non è raggiunto da energia di pompaggio sufficiente per l'amplificazione dei segnali deboli allo stesso livello di uscita ottenuto con segnali di ingresso più forti, cui è sovrapposta una minore emissione spontanea e che sfruttano l'energia di pompaggio presente nel primo stadio del preamplificatore. Complessivamente quindi il secondo stadio non viene utilizzato in modo adeguato nel caso di segnali deboli per carenza di energia di pompaggio residua. It has been observed that the spontaneous emission, even if of a lower level than the signals, modifies through the dissipation of pumping energy the mechanism of the differentiated absorption of the pump for weak and intense signals, which is the basis of the dynamic compression effect of the signals of the device described in EP56794I · More precisely, in case of weak signals the spontaneous emission is relatively intense and its amplification already absorbs the energy made available by the pump in the first stage of the preamplifier. The second stage is therefore not reached by sufficient pumping energy for the amplification of weak signals at the same output level obtained with stronger input signals, which is superimposed on a lower spontaneous emission and which exploit the pumping energy present in the first. preamp stage. Overall, therefore, the second stage is not used adequately in the case of weak signals due to a lack of residual pumping energy.

Il buon funzionamento del dispositivo descritto in ΕΡ567941 come preamplificatore nel caso del sistema di comunicazione "punto - punto" si spiega con il fatto che in quel caso ai segnali provenienti dalla linea di comunicazione non è sovrapposta una quantità relativamente elevata di rumore con una distribuzione spettrale simile all'emissione spontanea della fibra attiva del dispositivo; il dispositivo viene inserito fra la fibra di collegamento passiva ed il ricevitore e l'unica emissione spontanea presente nel preamplificatore è quella prodotta lungo la fibra attiva del prearaplificatore stesso, di valore relativamente basso. The good functioning of the device described in ΕΡ567941 as preamplifier in the case of the "point-to-point" communication system is explained by the fact that in that case a relatively high amount of noise with a spectral distribution is not superimposed on the signals coming from the communication line similar to the spontaneous emission of the active fiber of the device; the device is inserted between the passive connecting fiber and the receiver and the only spontaneous emission present in the preamplifier is that produced along the active fiber of the preamplifier itself, of relatively low value.

Una soluzione ai problemi rilevati è fornita dalla presente invenzione, che consente di operare con linee di trasmissione caratterizzate da una banda passante molto ampia (25 - 30 nm) e da un livello dell'emissione spontanea paragonabile al livello dei segnali. A solution to the problems identified is provided by the present invention, which allows to operate with transmission lines characterized by a very wide passband (25 - 30 nm) and by a spontaneous emission level comparable to the signal level.

La richiedente ha scoperto che attenuando l'emissione spontanea in una banda di lunghezze d'onda contigua alla banda dei segnali si limita l'assorbimento della pompa causato dall'amplificazione dell'emissione spontanea in misura sufficiente a garantire che l'ultimo stadio disponga sempre della potenza di pompa necessaria per amplificare i segnali al livello desiderato. In particolare si è scoperto che per questo scopo non è necessario rimuovere completamente l'emissione spontanea a tutte le lunghezze d'onda diverse dalla lunghezza d'onda dei segnali, come proposto precedentemente: è sufficiente attenuare di un valore superiore ad un minimo prefissato l'emissione spontanea in un determinato intervallo di lunghezze d'onda vicino alla banda dei segnali, della quale è stato individuato il rilevante effetto sulla limitazione della dinamica dei segnali. The Applicant found that attenuating the spontaneous emission in a wavelength band contiguous to the signal band limits the pump absorption caused by the spontaneous emission amplification sufficiently to ensure that the last stage always has of the pump power required to amplify the signals to the desired level. In particular, it has been discovered that for this purpose it is not necessary to completely remove the spontaneous emission at all wavelengths other than the wavelength of the signals, as previously proposed: it is sufficient to attenuate by a value greater than a predetermined minimum. spontaneous emission in a determined wavelength interval close to the signal band, the relevant effect of which has been identified in limiting the dynamics of the signals.

Secondo un primo aspetto la presente invenzione riguarda un sistema di telecomunicazione ottica comprendente According to a first aspect, the present invention relates to an optical telecommunication system comprising

mezzi di trasmissione generanti almeno due segnali ottici con lunghezze d'onda diverse e comprese in una banda prefissata di lunghezze d'onda, transmission means generating at least two optical signals with different wavelengths and included in a predetermined band of wavelengths,

mezzi di ricezione, means of reception,

mezzi di amplificazione ottica a guida d'onda attiva disposti lungo detta linea, active waveguide optical amplification means arranged along said line,

operativamente collegati tra loro per trasmettere detti segnali ottici da detti mezzi di trasmissione a detti mezzi di ricezione, caratterizzato dalla presenza di un preamplificatore ottico posto tra detta linea a fibre ottiche e detti mezzi di ricezione comprendente una guida d'onda ottica drogata con una Terra Rara, alimentata tramite mezzi di accoppiamento con radiazione di pompaggio ad una lunghezza d'onda di pompaggio e con i segnali provenienti da detta linea a fibre ottiche operatively connected to each other to transmit said optical signals from said transmission means to said receiving means, characterized by the presence of an optical preamplifier placed between said optical fiber line and said receiving means comprising an optical waveguide doped with an Earth Rare, fed by means of coupling with pumping radiation at a pumping wavelength and with the signals coming from said fiber optic line

mezzi di attenuazione differenziata, posti in una prima posizione prefissata lungo detta guida d'onda drogata, in grado di causare un'attenuazione in detta banda prefissata di lunghezze d'onda maggiore per una quantità determinata dell'attenuazione causata a detta lunghezza d'onda di pompaggio, differentiated attenuation means, placed in a first predetermined position along said doped waveguide, capable of causing an attenuation in said predetermined wavelength band greater for a determined amount of the attenuation caused at said wavelength pumping,

mezzi di filtraggio posti in una seconda posizione prefissata lungo detta guida d'onda drogata e dotati di una curva spettrale di attenuazione atta a trasmettere i segnali in detta banda prefissata di lunghezze d'onda senza attenuarli in modo significativo e ad attenuare di un valore superiore ad un minimo prefissato l'emissione spontanea in una banda di lunghezze d'onda contigua a detta banda prefissata, filtering means placed in a second predetermined position along said doped waveguide and equipped with an attenuation spectral curve capable of transmitting the signals in said predetermined wavelength band without significantly attenuating them and attenuating them by a higher value at a predetermined minimum the spontaneous emission in a wavelength band contiguous to said predetermined band,

dove dette prima e seconda posizione prefissata, detta quantità determinata di attenuazione dei mezzi di attenuazione differenziata, detto minimo prefissato di attenuazione dei mezzi di filtraggio e detta banda di lunghezze d'onda contigua a detta banda prefissata sono scelti in relazione funzionale tra loro tale che variazioni della potenza di uno dei segnali in ingresso al premplificatore entro un intervallo di 20 dB comportino variazioni della potenza in ingresso ai mezzi di ricezione comprese in un intervallo di non più di 12 dB. where said first and second predetermined positions, said determined amount of attenuation of the differentiated attenuation means, said predetermined minimum of attenuation of the filtering means and said wavelength band contiguous to said predetermined band are selected in functional relation to each other such that variations in the power of one of the signals input to the pre-amplifier within a range of 20 dB entail variations in the power input to the receiving means comprised in a range of no more than 12 dB.

Preferibilmente detta banda di lunghezze d'onda contigua alla banda prefissata dei segnali contiene un massimo relativo dell'emissione spontanea della guida d'onda ottica drogata con una Terra Rara facente parte del preamplificatore. Preferably said wavelength band contiguous to the predetermined band of signals contains a relative maximum of the spontaneous emission of the optical waveguide doped with a Rare Earth forming part of the preamplifier.

Preferibilmente detta banda di lunghezze d'onda contigua alla banda prefissata dei segnali contiene un massimo relativo dell'emissione spontanea della guida d'onda attiva facente parte dei mezzi di amplificazione. Preferably, said wavelength band contiguous to the predetermined band of signals contains a relative maximum of the spontaneous emission of the active waveguide forming part of the amplification means.

E' possibile limitare le variazioni della potenza in ingresso ai mezzi di ricezione, per variazioni di 20 dB del livello di ingresso di uno dei segnali, a 9 dB e, con una scelta adeguata dei mezzi di filtraggio, a 6 dB. It is possible to limit the variations of the input power to the receiving means, for variations of 20 dB of the input level of one of the signals, to 9 dB and, with an adequate choice of filtering means, to 6 dB.

I mezzi di filtraggio sono inseriti lungo la guida d'onda drogata preferibilmente in una posizione tra il 15% ed il 50% della lunghezza complessiva della stessa, piu' preferibilmente fra il 20% ed il 30%. The filtering means are inserted along the doped waveguide preferably in a position between 15% and 50% of its overall length, more preferably between 20% and 30%.

Preferibilmente i mezzi di attenuazione differenziata sono inseriti lungo la guida d'onda drogata fra i mezzi di filtraggio e l'uscita, in particolare in una posizione tra il 50 ed il 75% della lunghezza complessiva della guida d'onda. Preferably, the differentiated attenuation means are inserted along the doped waveguide between the filtering means and the output, in particular in a position between 50 and 75% of the total length of the waveguide.

E' possibile prevedere dei secondi mezzi di filtraggio atti a trasmettere i segnali senza attenuarli in modo significativo e ad attenuare l'emissione spontanea in almeno una banda di lunghezze d'onda contigua a quella dei segnali. Questi secondi mezzi di filtraggio sono vantaggiosamente situati lungo detta guida d'onda drogata tra il 50% ed il 75% della lunghezza complessiva della guida d'onda. It is possible to provide second filtering means able to transmit the signals without significantly attenuating them and to attenuate the spontaneous emission in at least one wavelength band contiguous to that of the signals. These second filtering means are advantageously located along said doped waveguide between 50% and 75% of the overall length of the waveguide.

La guida d'onda ottica drogata è preferibilmente una fibra ottica in silice e la Terra Rara usata come drogante principale è preferibilmente Erbio. Come droganti secondari si possono vantaggiosamente usare Alluminio, Germanio e Lantanio, oppure Alluminio e Germanio. I mezzi di filtraggio hanno preferibilmente una lunghezza d'onda di taglio (a -3dB) compresa fra 1532 e 1534 nm. Detta banda di lunghezze d'onda dei segnali comprende preferibilmente la banda da 1535 a I56O nm. The doped optical waveguide is preferably a silica optical fiber and the Rare Earth used as the main dopant is preferably Erbium. Aluminum, Germanium and Lanthanum, or Aluminum and Germanium, can advantageously be used as secondary dopants. The filtering means preferably have a cut-off wavelength (at -3dB) comprised between 1532 and 1534 nm. Said band of wavelengths of the signals preferably comprises the band from 1535 to I56O nm.

I mezzi di filtraggio possono essere costituiti da una porzione di fibra ottica avente due nuclei otticamente accoppiati fra loro per lunghezze d'onda nella banda dell'emissione spontanea contigue alla banda dei segnali, con uno dei nuclei coassiale alla fibra e collegato ai due estremi alla guida d'onda drogata e con l'altro nucleo eccentrico e troncato agli estremi. In alternativa i mezzi di filtraggio possono essere vantaggiosamente costituiti da un filtro interferenziale, usato in riflessione. I mezzi di filtraggio possono inoltre comprendere un percorso preferenziale a bassa attenuazione per la lunghezza d'onda pompa. Per esempio possono comprendere: un primo accoppiatore dicroico che separa la radiazione nella banda dei segnali e dell'emissione spontanea verso un primo terminale e la radiazione alla lunghezza d'onda di pompa verso un secondo terminale; un filtro, collegato al primo terminale, in grado di attenuare l'emissione spontanea; un secondo accoppiatore dicroico che combina la radiazione proveniente dal filtro con la radiazione alla lunghezza d'onda di pompa proveniente dal secondo terminale. L'attenuazione di detti mezzi di filtraggio nella banda di lunghezze d'onda contigua alla banda prefissata dei segnali è preferibilmente di almeno 6 dB, più preferibilmente di almeno 10 dB. The filtering means can consist of a portion of optical fiber having two cores optically coupled together for wavelengths in the spontaneous emission band contiguous to the signal band, with one of the cores coaxial to the fiber and connected at the two ends to the waveguide doped and with the other nucleus eccentric and truncated at the extremes. Alternatively, the filtering means can be advantageously constituted by an interference filter, used in reflection. The filtering means may further comprise a preferential low attenuation path for the pump wavelength. For example they may comprise: a first dichroic coupler which separates the radiation in the signal band and of the spontaneous emission towards a first terminal and the radiation at the pump wavelength towards a second terminal; a filter, connected to the first terminal, capable of attenuating the spontaneous emission; a second dichroic coupler which combines the radiation from the filter with the radiation at the pump wavelength from the second terminal. The attenuation of said filtering means in the wavelength band contiguous to the predetermined signal band is preferably at least 6 dB, more preferably at least 10 dB.

I mezzi di attenuazione differenziata sono vantaggiosamente costituiti da: un primo accoppiatore dicroico che separa la radiazione nella banda dei segnali verso un primo terminale e la radiazione alla lunghezza d’onda di pompa verso un secondo terminale; un componente attenuatore, in particolare una fibra ottica, collegato al primo terminale, in grado di attenuare i segnali; un secondo accoppiatore dicroico che combina la radiazione proveniente dall'elemento attenuatore con la radiazione alla lunghezza d'onda di pompa proveniente dal secondo terminale. Tra il componente attenuatore ed il secondo accoppiatore dicroico può essere inserito un isolatore ottico. The differentiated attenuation means are advantageously constituted by: a first dichroic coupler which separates the radiation in the signal band towards a first terminal and the radiation at the pump wavelength towards a second terminal; an attenuator component, in particular an optical fiber, connected to the first terminal, capable of attenuating the signals; a second dichroic coupler which combines the radiation from the attenuator element with the radiation at the pump wavelength from the second terminal. An optical isolator can be inserted between the attenuator component and the second dichroic coupler.

I mezzi di attenuazione differenziata possono anche essere costituiti da un avvolgimento con un raggio di curvatura prefissato di una o più spire di fibra ottica, eventualmente di una porzione della stessa fibra ottica drogata impiegata per l'amplificatore. The differentiated attenuation means can also consist of a winding with a predetermined radius of curvature of one or more turns of optical fiber, possibly of a portion of the same doped optical fiber used for the amplifier.

Preferibilmente l'attenuazione dei mezzi di attenuazione differenziata nella banda dei segnali è maggiore dell'attenuazione alla lunghezza d'onda di pompa di una quantità di 5 ± 1 dB. Preferably, the attenuation of the differentiated attenuation means in the signal band is greater than the attenuation at the pump wavelength by an amount of 5 ± 1 dB.

II sistema di telecomunicazione ottica secondo l'invenzione si mostra particolarmente vantaggioso nel caso in cui i mezzi di amplificazione siano costituiti da tre o più amplificatori ottici a fibra attiva disposti in cascata lungo la linea a fibre ottiche di collegamento. Nel caso degli amplificatori in cascata, infatti, è particolarmente sentito il problema dell'accumulazione di emissione spontanea lungo la linea, specialmente con trasmissione a larga banda, problema che è affrontato e risolto dal sistema secondo la presente invenzione. The optical telecommunication system according to the invention is particularly advantageous when the amplification means consist of three or more active fiber optical amplifiers arranged in cascade along the connecting optical fiber line. In the case of amplifiers in cascade, in fact, the problem of spontaneous emission accumulation along the line is particularly felt, especially with broadband transmission, a problem that is faced and solved by the system according to the present invention.

I mezzi di amplificazione ottica possono comprendere una fibra attiva a base di silice, con nucleo drogato con almeno un drogante principale fluorescente ed almeno un drogante secondario, in relazione funzionale tra loro tale da fornire un rapporto segnale/rumore ottico in ricezione, misurato con ampiezza di filtro 0,5 nm, non inferiore a 15 dB per segnali con lunghezza d'onda compresa in detta banda prefissata quando la potenza dei segnali in ingresso a ciascuno dei detti amplificatori ottici a fibra attiva è non inferiore a -16 dBm. Vantaggiosamente detto drogante principale è 1'Erbio e detti droganti secondari sono l'Alluminio, il Germanio ed il Lantanio. The optical amplification means can comprise a silica-based active fiber, with a core doped with at least one main fluorescent dopant and at least one secondary dopant, in functional relationship between them such as to provide an optical signal / noise ratio in reception, measured with amplitude of 0.5 nm filter, not less than 15 dB for signals with a wavelength included in said predetermined band when the power of the input signals to each of said active fiber optical amplifiers is not less than -16 dBm. Advantageously, said main dopant is Erbium and said secondary dopants are Aluminum, Germanium and Lanthanum.

Secondo un secondo aspetto la seguente invenzione riguarda un amplificatore ottico comprendente According to a second aspect, the following invention relates to an optical amplifier comprising

una guida d'onda ottica drogata con una Terra Rara, an optical waveguide doped with a Rare Earth,

mezzi di ingresso per uno o più segnali compresi in una banda prefissata di lunghezze d'onda ed in un intervallo prefissato di potenze di ingresso, input means for one or more signals included in a predetermined band of wavelengths and in a predetermined range of input powers,

mezzi di pompaggio di detta guida d'onda drogata, atti a fornire potenza ottica di pompaggio ad una lunghezza d'onda di pompaggio, mezzi di accoppiamento entro detta guida d'onda drogata di detta potenza ottica di pompaggio e di detti segnale o segnali in ingresso, means for pumping said doped waveguide, adapted to supply optical pumping power at a pumping wavelength, means for coupling within said doped waveguide of said optical pumping power and said signal or signals in entrance,

mezzi di uscita emettenti ad un determinato livello di uscita uno o più segnali di uscita amplificati dall'emissione stimolata di detta Terra Rara sottoposta a pompaggio in detta guida d'onda drogata, output means emitting at a given output level one or more output signals amplified by the stimulated emission of said Rare Earth pumped into said doped waveguide,

mezzi di attenuazione differenziata, posti in una prima posizione prefissata lungo la guida d’onda attiva, in grado di fornire un'attenuazione prefissata di valore differente in detta banda prefissata di lunghezze d'onda rispetto all'attenuazione fornita a detta lunghezza d'onda di pompaggio, differentiated attenuation means, placed in a first predetermined position along the active waveguide, capable of providing a predetermined attenuation of a different value in said predetermined wavelength band with respect to the attenuation provided at said wavelength pumping,

caratterizzato da mezzi di filtraggio posti in una seconda posizione prefissata lungo detta guida d'onda drogata e dotati di una curva spettrale di attenuazione atta a trasmettere i segnali in detta banda prefissata di lunghezze d'onda senza attenuarli in modo significativo e ad attenuare di un valore superiore ad un minimo prefissato l'emissione spontanea in una banda di lunghezze d'onda contigua a detta banda prefissata, dove dette prima e seconda posizione prefissata, detti valori di attenuazione prefissati dei mezzi di attenuazione differenziata, detto minimo prefissato di attenuazione dei mezzi di filtraggio e detta banda di lunghezze d'onda contigua a detta banda prefissata sono scelti in relazione funzionale tra loro tale che variazioni della potenza di uno dei segnali in ingresso entro un intervallo di 20 dB comportino variazioni della potenza in uscita dall'amplificatore comprese in un intervallo di non più di 15 dB. Tale amplificatore ottico può essere vantaggiosamente realizzato secondo una o più delle realizzazioni preferenziali suggerite a riguardo del preamplificatore facente parte del sistema di telecomunicazione ottica secondo il primo aspetto della seguente invenzione. characterized by filtering means placed in a second predetermined position along said doped waveguide and provided with an attenuation spectral curve able to transmit the signals in said predetermined band of wavelengths without significantly attenuating them and attenuating them by a value higher than a predetermined minimum, the spontaneous emission in a wavelength band contiguous to said predetermined band, where said first and second predetermined positions, said predetermined attenuation values of the differentiated attenuation means, said predetermined minimum attenuation of the means and said wavelength band contiguous to said predetermined band are selected in functional relationship between them such that variations in the power of one of the input signals within a range of 20 dB entail variations in the output power from the amplifier comprised in a range of no more than 15 dB. Said optical amplifier can advantageously be made according to one or more of the preferential embodiments suggested with regard to the preamplifier forming part of the optical telecommunication system according to the first aspect of the following invention.

Maggiori informazioni potranno essere ricavate dalla seguente descrizione, con riferimento ai disegni allegati in cui si mostra: in fig. 1 lo schema di un amplificatore conosciuto; Further information can be obtained from the following description, with reference to the attached drawings in which it is shown: in fig. 1 the diagram of a known amplifier;

in fig. 2 l'andamento della potenza di pompa e del livello del segnale lungo i due stadi dell'amplificatore di figura 1, per due segnali di ingresso di diversa potenza; in fig. 2 the trend of the pump power and of the signal level along the two stages of the amplifier of Figure 1, for two input signals of different power;

in fig. 3 lo schema di un amplificatore secondo la presente invenzione; in fig. 3 the diagram of an amplifier according to the present invention;

in fig. 4 lo spettro dell'emissione spontanea di una fibra drogata al Er/Al/Ge/La; in fig. 4 the spectrum of the spontaneous emission of a fiber doped at Er / Al / Ge / La;

in fig. 5 la caratteristica di trasmissione di un filtro ferma banda del tipo fibra ottica a due nuclei adatto per l'impiego nell'amplificatore; in fig. 5 the transmission characteristic of a two-core optical fiber type block filter suitable for use in the amplifier;

in fig. 6 lo schema di un esperimento per la misura delle caratteristiche di un amplificatore secondo la presente invenzione; in fig. 6 the scheme of an experiment for the measurement of the characteristics of an amplifier according to the present invention;

in fig. 7 uno spettro in ingresso (A) ed in uscita (B) in fig. 7 an input (A) and output (B) spectrum

all'amplificatore nel caso di quattro segnali alimentati tramite una linea di trasmissione con amplificatori in cascata con attenuazione di 20 dB tra gli stadi di amplificazione; to the amplifier in the case of four signals fed through a transmission line with cascaded amplifiers with attenuation of 20 dB between the amplification stages;

in fig. 8 uno spettro in ingresso (A) ed in uscita (B) in fig. 8 an input (A) and output (B) spectrum

all'amplificatore nel caso di quattro segnali alimentati tramite una linea di trasmissione con amplificatori in cascata con attenuazione di 28 dB tra gli stadi di amplificazione; to the amplifier in the case of four signals fed through a transmission line with cascaded amplifiers with attenuation of 28 dB between the amplification stages;

in fig. 9 la relazione fra livello di ingresso e livello di uscita per segnali a quattro lunghezze d'onda nel caso di amplificatore secondo lo stato dell'arte (A) e secondo l'invenzione {B) ; in fig. 9 the relationship between the input level and the output level for signals at four wavelengths in the case of amplifier according to the state of the art (A) and according to the invention (B);

in fig. 10 lo schema di un elemento filtrante alternativo; in fig. 10 the diagram of an alternative filter element;

in fig. 11 lo schema di un sistema di telecomunicazione ottica secondo la presente invenzione. in fig. 11 the scheme of an optical telecommunication system according to the present invention.

Nella figura 3 è rappresentato un'esempio di realizzazione di un amplificatore secondo un aspetto della presente invenzione. Convenientemente tale amplificatore può essere impiegato come preamplificatore in un sistema di comunicazione ottica a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda con amplificatori in cascata; esso prevede una fibra ottica drogata con una Terra Rara, preferibilmente Erbio, divisa in tre porzioni 5, 7 e 9 e alimentata con un segnale di pompaggio proveniente da un laser 3 tramite un accoppiatore dicroico 4. I segnali a diverse lunghezze d'onda comprese in una determinata banda di trasmissione, entranti attraverso un terminale di ingresso 1, passano per un primo isolatore ottico 2 e vengono inviati tramite l'accoppiatore dicroico 4 alla prima porzione 5 di fibra drogata. La porzione 5 è connessa alla porzione di fibra 7 tramite un filtro ferma-banda 6. che è in grado di attenuare l'emissione spontanea presente in una banda di lunghezze d'onda contigua alla banda di trasmissione dei segnali. Questo filtro presenta invece un'attenuazione trascurabile nella banda di lunghezze d'onda dei segnali e alla lunghezza d'onda di pompaggio. Figure 3 shows an embodiment example of an amplifier according to an aspect of the present invention. Conveniently, this amplifier can be used as a preamplifier in a wavelength division multiplexing optical communication system with cascaded amplifiers; it provides an optical fiber doped with a Rare Earth, preferably Erbium, divided into three portions 5, 7 and 9 and fed with a pumping signal coming from a laser 3 through a dichroic coupler 4. The signals at different wavelengths included in a given transmission band, entering through an input terminal 1, passing through a first optical isolator 2 and being sent through the dichroic coupler 4 to the first doped fiber portion 5. The portion 5 is connected to the fiber portion 7 by means of a band-stop filter 6. which is capable of attenuating the spontaneous emission present in a wavelength band contiguous to the signal transmission band. This filter, on the other hand, has negligible attenuation in the wavelength band of the signals and at the pumping wavelength.

I segnali vengono ulteriormente amplificati nella porzione di fibra 7. la quale termina in un attenuatore differenziato 8, che causa un'attenuazione nella banda dei segnali maggiore di una quantità prefissata rispetto all'attenuazione causata alla lunghezza d'onda di pompaggio. The signals are further amplified in the fiber portion 7 which terminates in a differentiated attenuator 8, which causes an attenuation in the signal band greater than a predetermined amount with respect to the attenuation caused at the pumping wavelength.

Nell'esempio l'attenuatore 8 funziona separando la radiazione incidente secondo le lunghezze d'onda, attenuando la componente dei segnali e lasciando inalterata la pompa, e ricombinando in seguito le due componenti. La radiazione alla lunghezza d'onda dei segnali viene guidata da un accoppiatore dicroico 12 verso una fibra attenuatrice 13, dove viene attenuata di un fattore prefissato. La fibra 13 può essere seguita da un isolatore ottico 14, che fornisce un'ulteriore attenuazione nella direzione di propagazione dei segnali. La radiazione di pompaggio transita senza attenuazione (se si trascura la piccola perdita dovuta agli accoppiatori) lungo un altro ramo dell'accoppiatore dicroico 12 e viene ricombinata con i segnali in un accoppiatore dicroico 15. Nell'esempio la fibra attenuatrice 13 è costituita da un tratto di circa 0,4 m di fibra in silice drogata al Titanio con apertura numerica di 0,109, lunghezza d'onda di taglio di ll80 nm e attenuazione di circa 5,1 dB a 1550 nm. In the example the attenuator 8 works by separating the incident radiation according to the wavelengths, attenuating the signal component and leaving the pump unchanged, and subsequently recombining the two components. The radiation at the wavelength of the signals is guided by a dichroic coupler 12 towards an attenuating fiber 13, where it is attenuated by a predetermined factor. The fiber 13 can be followed by an optical isolator 14, which provides further attenuation in the direction of propagation of the signals. The pumping radiation passes without attenuation (if the small loss due to the couplers is neglected) along another branch of the dichroic coupler 12 and is recombined with the signals in a dichroic coupler 15. In the example, the attenuating fiber 13 consists of a length of about 0.4 m of titanium-doped silica fiber with numerical aperture of 0.109, cutting wavelength of 1180 nm and attenuation of about 5.1 dB at 1550 nm.

L'isolatore 14 può comprendere o può essere sostituito da secondi mezzi di filtraggio includenti un filtro del tipo descritto con riferimento al filtro 6 ed avente le stesse caratteristiche di attenuazione e di banda filtrata. Tali secondi mezzi di filtraggio contribuiscono ad eliminare la frazione di emissione spontanea ulteriormente generata nella porzione di fibra 7 in detta banda contigua ai segnali. The isolator 14 can comprise or can be replaced by second filtering means including a filter of the type described with reference to filter 6 and having the same attenuation and filtered band characteristics. Said second filtering means contribute to eliminating the spontaneous emission fraction further generated in the fiber portion 7 in said band contiguous to the signals.

L'ultima porzione di fibra 9. collegata all'uscita dell'attenuatore 8, agisce sui segnali amplificandoli o attenuandoli in funzione della maggiore o minore potenza residua di pompa, cioè in ultima analisi del livello dei segnali in ingresso, col risultato di comprimere la dinamica dei segnali in uscita rispetto alla dinamica dei segnali in ingresso. I segnali vengono trasmessi infine attraverso un isolatore 10 ad un terminale di uscita 11. The last portion of fiber 9 connected to the output of the attenuator 8 acts on the signals by amplifying or attenuating them as a function of the greater or lesser residual power of the pump, i.e. ultimately the level of the input signals, with the result of compressing the dynamics of the output signals compared to the dynamics of the input signals. The signals are finally transmitted through an isolator 10 to an output terminal 11.

Come fibra attiva è stata impiegata una fibra in silice drogata con Er/Al/Ge/La, del tipo di quella descritta nella domanda di brevetto IT/MI94A000712, con la seguente composizione del nucleo, espressa in contenuto percentuale in peso di ossido: An Er / Al / Ge / La doped silica fiber was used as the active fiber, of the type described in patent application IT / MI94A000712, with the following core composition, expressed as a percentage content by weight of oxide:

Tale fibra presentava un'apertura numerica di 0.219 ed una lunghezza d’onda di taglio di 911 nm. La curva di emissione di questo tipo di fibra è riportata nella figura 4, che è stata ricavata utilizzando una fibra della lunghezza di 11 m sottoposta a pompaggio a 980 nm con una potenza di pompa trasmessa nella fibra di circa 60 mW. La lunghezza scelta per la fibra corrisponde ad una efficiente utilizzazione della potenza di pompa adottata. Come si osserva dalla figura tale fibra presenta emissione spontanea con un picco a 1530 nm. This fiber had a numerical aperture of 0.219 and a cutting wavelength of 911 nm. The emission curve of this type of fiber is shown in Figure 4, which was obtained using an 11 m length fiber pumped at 980 nm with a pump power transmitted in the fiber of about 60 mW. The length chosen for the fiber corresponds to an efficient utilization of the adopted pump power. As can be seen from the figure, this fiber exhibits spontaneous emission with a peak at 1530 nm.

I mezzi di filtraggio vengono preferibilmente posti lungo la guida d'onda in una posizione diversa dall'ingresso della guida d'onda stessa. I mezzi di filtraggio possono cosi rimuovere non solo 1'emissione spontanea proveniente dalla linea di trasmissione, ma anche parte dell'emissione spontanea generata lungo la guida d'onda ed in questo modo evitare che l'amplificazione dell'emissione spontanea consumi l'energia di pompa disponibile e pregiudichi la capacità del dispositivo di amplificare segnali deboli. Il posizionamento dei mezzi di filtraggio all'ingresso della guida d'onda aumenterebbe le perdite di ingresso, peggiorando nella stessa misura la figura di rumore alle lunghezze d'onda di azione del filtro. The filtering means are preferably placed along the waveguide in a different position from the input of the waveguide itself. The filtering means can thus remove not only the spontaneous emission coming from the transmission line, but also part of the spontaneous emission generated along the wave guide and in this way avoid that the amplification of the spontaneous emission consumes the energy. pump available and impair the ability of the device to amplify weak signals. The positioning of the filtering means at the input of the waveguide would increase the input losses, worsening the noise figure at the action wavelengths of the filter to the same extent.

In accordo con quanto sopra, la posizione del filtro è quindi scelta in modo da far sì che esso possa eliminare o attenuare sia il picco di emissione spontanea, contiguo alla banda dei segnali, progressivamente formatosi lungo la linea, sia una frazione significativa del picco dell'emissione spontanea generata nella prima parte dell'amplificatore, così da rendere efficace il meccanismo di compressione sopra descritto, senza tuttavia introdurre penalizzazioni nel segnale, quando esso è di bassa intensità. In accordance with the above, the position of the filter is therefore chosen so that it can eliminate or attenuate both the spontaneous emission peak, contiguous to the signal band, progressively formed along the line, and a significant fraction of the peak of the signal. spontaneous emission generated in the first part of the amplifier, so as to make the compression mechanism described above effective, without however introducing penalties in the signal, when it is of low intensity.

Nella struttura descritta una conveniente posizione del filtro 6 è tra il 15% ed il 50% e preferibilmente tra il 20% ed il 30% della lunghezza complessiva della fibra attiva dell'amplificatore. In the described structure, a convenient position of the filter 6 is between 15% and 50% and preferably between 20% and 30% of the total length of the active fiber of the amplifier.

La posizione dell'attenuatore differenziato 8 può essere scelta in base ai criteri descritti nella domanda di brevetto EP567941 già citata, in particolare tra il 50% ed il 75% della lunghezza complessiva della fibra attiva. The position of the differentiated attenuator 8 can be chosen on the basis of the criteria described in the already cited patent application EP567941, in particular between 50% and 75% of the total length of the active fiber.

Il tecnico del ramo, in presenza di specifiche caratteristiche del sistema e dei dispositivi impiegati, potrà in ogni caso scegliere le collocazioni più appropriate per realizzare il meccanismo operativo dell'invenzione, come descritto. The person skilled in the art, in the presence of specific characteristics of the system and of the devices used, will in any case be able to choose the most appropriate locations for realizing the operating mechanism of the invention, as described.

Nell'esempio indicato sono state scelte porzioni di fibra 5. 7 e 9 con lunghezza rispettivamente di 3. 5 e 5 m. corrispondenti ad un posizionamento del filtro 6 e dell'attenuatore differenziato 8 rispettivamente intorno al 23% e intorno al 62# della lunghezza complessiva della fibra drogata. In the example indicated, fiber portions 5. 7 and 9 with lengths of 3. 5 and 5 m respectively have been selected. corresponding to a positioning of the filter 6 and of the differentiated attenuator 8 respectively around 23% and around 62% of the overall length of the doped fiber.

Il filtro ferma-banda ("notch") 6 è del tipo costituito da una porzione di fibra ottica avente due nuclei otticamente accoppiati tra loro ad una prescelta lunghezza d'onda, uno dei quali coassiale alle fibre ottiche collegate e l'altro eccentrico e troncato agli estremi, come descritto nei brevetti EP441211 e EP417441 a nome della Richiedente, la cui descrizione è qui incorporata per riferimento. Tale filtro è dimensionato in modo da accoppiare nel nucleo eccentrico una banda di lunghezze d'onda, corrispondente al picco dell'emissione spontanea della fibra drogata, contigua alla banda di trasmissione dei segnali; la troncatura del nucleo eccentrico agli estremi consente di disperdere le lunghezze d'onda in esso trasferita nel mantello della fibra, così che essa non viene più riaccoppiata nel nucleo principale. Nell'esperimento eseguito è stata usata una fibra a due nuclei del tipo descritto, in silice drogata al Germanio con i seguenti valori dei parametri: The "notch" filter 6 is of the type consisting of an optical fiber portion having two cores optically coupled to each other at a preselected wavelength, one of which is coaxial to the connected optical fibers and the other eccentric and truncated at the ends, as described in patents EP441211 and EP417441 in the name of the Applicant, the description of which is incorporated herein by reference. This filter is sized so as to couple in the eccentric core a wavelength band, corresponding to the peak of the spontaneous emission of the doped fiber, contiguous to the signal transmission band; the truncation of the eccentric core at the ends allows the wavelengths transferred therein to be dispersed in the fiber cladding, so that it is no longer re-coupled in the main core. In the experiment performed, a two-core fiber of the type described was used, in silica doped with Germanium with the following parameter values:

La curva di risposta spettrale del filtro a due nuclei è riportata in figura 5· The spectral response curve of the two-core filter is shown in figure 5

Il laser di pompa 3 è un laser di tipo Quantum Well con le seguenti caratteristiche: Pump 3 laser is a Quantum Well type laser with the following characteristics:

Laser del tipo indicato sono prodotti, ad esempio, da LASERTRON Inc., 37 North Avenue, Burlington, MA, (US). Lasers of the indicated type are manufactured, for example, by LASERTRON Inc., 37 North Avenue, Burlington, MA, (US).

Gli accoppiatori dicroici 3, 8 sono accoppiatori a fibre fuse, formati con fibre monomodali a 980 e nella banda 1530 - 1560 nm di lunghezza d'onda, con variazione di potenza ottica in uscita in funzione della polarizzazione < 0,2 dB. Accoppiatori dicroici del tipo indicato sono noti e commerciali e sono prodotti, ad esempio, da G0ULD Ine., Fibre Optic DiVision, Baymeadow Drive, Glem Burnie, MD, (US), e da SIFAM Ltd., Fibre Optic Division, Woodland Road, Torquay, Devon, (GB). The dichroic couplers 3, 8 are fused fiber couplers, formed with singlemode fibers at 980 and in the 1530 - 1560 nm wavelength band, with variation of output optical power as a function of polarization <0.2 dB. Dichroic couplers of the indicated type are known and commercial and are produced, for example, by G0ULD Ine., Fiber Optic DiVision, Baymeadow Drive, Glem Burnie, MD, (US), and by SIFAM Ltd., Fiber Optic Division, Woodland Road, Torquay, Devon, (GB).

Gli isolatori ottici 2, 10 e 14 sono isolatori a controllo di polarizzazione, di tipo indipendente dalla polarizzazione del segnale di trasmissione, con isolamento maggiore di 35 dB e riflettività inferiore a -50 dB. Gli isolatori usati sono il modello MDL I-15 PIPT-A S/N 1016 della società IS0WAVE, 64 Harding Avenue, Dover, N.J., (US). The optical isolators 2, 10 and 14 are polarization-controlled isolators, of the type independent of the polarization of the transmission signal, with isolation greater than 35 dB and reflectivity less than -50 dB. The isolators used are the MDL I-15 PIPT-A S / N 1016 model of the IS0WAVE company, 64 Harding Avenue, Dover, N.J., (US).

Nella figura 6 è riportata la configurazione sperimentale impiegata per misurare le proprietà dell'amplificatore descritto. In tali esperimenti quattro segnali 37, 38, 39, 40, rispettivamente a lunghezze d'onda = 1536 nm, = 1544 nm, = 1550 nm e =1556 nm, sono stati alimentati in una fibra 4l, attraverso un multiplatore di lunghezze d'onda 42. Figure 6 shows the experimental configuration used to measure the properties of the described amplifier. In these experiments four signals 37, 38, 39, 40, respectively at wavelengths = 1536 nm, = 1544 nm, = 1550 nm and = 1556 nm, were fed into a 4l fiber, through a length multiplexer. wave 42.

I segnali erano generati rispettivamente da un laser DFB a 1536 nm, incorporato nell'apparato terminale che costituiva il ricevitore; da un laser ECL, a lunghezza d'onda variabile, preselezionata a 1544 nm, ad emissione continua, modello HP81678A, di produzione HEWLETT PACKARD Co., Rockwell, MD (US); da un laser DFB a 1550 nm, ad emissione continua, prodotto da ANRITSU Corp., 5-10-27 Minato-ku, Tokyo (JP); da un laser DFB a 1556 nm, ad emissione continua, di produzione ANRITSU. Il multiplatore 42 è stato realizzato per mezzo di un ripartitore (splitter) 1x4, prodotto da E-TEK DYNAMICS Ine., 1885 Lundy Ave., San Jose, CA, (US). The signals were generated respectively by a DFB laser at 1536 nm, incorporated in the terminal apparatus that constituted the receiver; an ECL laser, variable wavelength, preselected at 1544 nm, with continuous emission, model HP81678A, manufactured by HEWLETT PACKARD Co., Rockwell, MD (US); from a 1550 nm, continuous emission DFB laser, manufactured by ANRITSU Corp., 5-10-27 Minato-ku, Tokyo (JP); from a 1556 nm DFB laser, with continuous emission, manufactured by ANRITSU. Multiplexer 42 was made using a 1x4 splitter, manufactured by E-TEK DYNAMICS Ine., 1885 Lundy Ave., San Jose, CA, (US).

II livello dei segnali in ingresso alla linea è stato regolato attraverso un pre-equalizzatore 43; dopo un amplificatore di potenza 44 i segnali sono stati inviati in una linea di trasmissione comprendente quattro amplificatori di linea 45, 45', 45", 45"', con interposti rispettivi attenuatori variabili 46, atti a simulare rispettive tratte di fibra ottica con differenti condizioni di attenuazione. Al termine della linea di trasmissione è stato posto l'amplificatore ottico secondo la presente invenzione descritto in precedenza con riferimento alla figura 3· The level of the signals entering the line was adjusted by means of a pre-equalizer 43; after a power amplifier 44 the signals were sent to a transmission line comprising four line amplifiers 45, 45 ', 45 ", 45"', with respective variable attenuators 46 interposed, suitable for simulating respective sections of optical fiber with different attenuation conditions. At the end of the transmission line, the optical amplifier according to the present invention described previously with reference to figure 3 has been placed.

L'uscita dell'amplificatore è stato collegato ad un analizzatore di spettro ottico 48. The output of the amplifier was connected to an optical spectrum analyzer 48.

Il pre-equalizzatore 43 era costituito da quattro attenuatori variabili 43a, prodotti dalla JDS FITEL Ine., 570 Heston Drive, Nepean, Ontario, (CA), la cui attenuazione è stata calibrata in funzione della potenza ottica del canale rispettivo. L'amplificatore di potenza 44 era il modello TPA/E-12, posto in commercio dalla Richiedente. Gli amplificatori 45, 45', 45", 45"' erano uguali tra loro e fornivano ciascuno un guadagno di circa 30 dB, con una potenza in uscita totale di 14 dBm. Detti amplificatori facevano uso della fibra drogata al Er/Al/Ge/La presentata in IT/MI94A000712 e descritta in precedenza. Gli attenuatori ottici erano il modello VA5 prodotto dalla già citata JDS FITEL. L'analizzatore di spettro ottico era il modello TQ8345 prodotto da ADVANTEST CORPORATION, Shinjuku-NS Bldg., 2-4-1 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo (JP). The pre-equalizer 43 consisted of four variable attenuators 43a, manufactured by JDS FITEL Ine., 570 Heston Drive, Nepean, Ontario, (CA), whose attenuation was calibrated according to the optical power of the respective channel. The power amplifier 44 was the TPA / E-12 model, marketed by the Applicant. The amplifiers 45, 45 ', 45 ", 45"' were equal to each other and each provided a gain of about 30 dB, with a total output power of 14 dBm. Said amplifiers made use of the Er / Al / Ge / La doped fiber presented in IT / MI94A000712 and described previously. The optical attenuators were the VA5 model produced by the aforementioned JDS FITEL. The optical spectrum analyzer was model TQ8345 manufactured by ADVANTEST CORPORATION, Shinjuku-NS Bldg., 2-4-1 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo (JP).

Esperimento 1 Experiment 1

In un primo esperimento gli attenuatori 46 fornivano ciascuno una attenuazione di 28 dB, corrispondente a circa 100 km di fibra ottica. Sono state misurate la potenza complessiva e la potenza dei soli segnali sia in ingresso sia in uscita dall'amplificatore 47 configurato con il filtro ferma-banda. La potenza totale misurata in ingresso era di 25,1 pW (-16,0 dBm), di cui 3.7 pW (-24,3 dBm) rappresentavano la potenza dei segnali. Il rapporto tra la potenza dei segnali e la potenza totale era dunque di 0,147- La potenza totale in uscita dall'amplificatore era di 2,81 mW (4,5 dBm) di cui 0,88 mW (-0,55 dBm) corrispondevano alla potenza dei segnali. In uscita il rapporto fra la potenza dei segnali e la potenza totale ammontava a 0,313 ed era più che raddoppiato rispetto all'ingresso. In a first experiment, the attenuators 46 each provided an attenuation of 28 dB, corresponding to approximately 100 km of optical fiber. The overall power and the power of only the signals both in input and in output from the amplifier 47 configured with the band stop filter were measured. The total measured input power was 25.1 pW (-16.0 dBm), of which 3.7 pW (-24.3 dBm) represented the signal strength. The ratio between the signal power and the total power was therefore 0.147- The total output power from the amplifier was 2.81 mW (4.5 dBm) of which 0.88 mW (-0.55 dBm) corresponded to the strength of the signals. At the output the ratio between the signal power and the total power amounted to 0.313 and was more than doubled compared to the input.

Esperimento 2 Experiment 2

In un secondo esperimento l'amplificatore 47 descritto è stato messo a confronto con un amplificatore 47' secondo lo stato dell'arte, realizzato con componenti e specifiche analoghi a quelli utilizzati per l'amplificatore 47 e descritti con riferimento alla figura 3. omettendo il filtro ferma-banda 6 e collegando fra loro le tratte di fibra 5 e 7· In a second experiment, the amplifier 47 described was compared with an amplifier 47 'according to the state of the art, made with components and specifications similar to those used for the amplifier 47 and described with reference to Figure 3. omitting the band stop filter 6 and connecting the fiber sections 5 and 7 together

Le figure 7A e 7B mostrano gli spettri misurati in uscita rispettivamente agli amplificatori 47' (senza filtro ferma-banda) e 47 (con filtro ferma-banda) nel caso in cui gli attenuatori variabili 46 erano regolati in modo da fornire ciascuno un'attenuazione di 20 dB. Questi valori di attenuazione corrispondono ad una linea di trasmissione in regime normale di funzionamento, con segnali "forti" in ingresso all'amplificatore 47 o 47'. Il confronto delle figure mostra come nel caso di segnali "forti" i due amplificatori si comportino in modo simile, garantendo livelli di uscita equivalenti per i segnali. E' opportuno notare che la differenza nel livello di uscita fra i segnali a diverse lunghezze d'onda, cioè la diversa altezza dei picchi dei segnali, riscontrabile in entrambi i casi, è imputabile al diverso fattore di amplificazione alle diverse lunghezze d'onda della linea di trasmissione con gli amplificatori ottici 45· Questa differenza non influisce tuttavia sul rapporto segnale/rumore, ovvero sulla qualità della trasmissione. Il livello dei singoli segnali nel caso di uso dell'amplificatore con filtro, invece, è rimasto pressoché lo stesso del caso senza filtro. Le posizioni in ordinata delle linee C e D indicano nelle due figure il livello di uscita più alto e più basso dei quattro segnali di prova, rispettivamente con λ = = 1556 nm e con λ = = 1536 ni. Il segnale a λ = aveva un livello di uscita di 2,6 dBm nel caso senza filtro (figura 7A) e di 3.5 dBm nel caso con filtro (figura 7B). mentre il segnale a λ = aveva un livello di uscita di -7.1 dBm nel caso senza filtro e di -8,3 dBm nel caso con filtro. Si può notare inoltre che, come previsto, l'emissione spontanea con lunghezza d'onda intorno al picco a 1531 nm era notevolmente attenuata in presenza del filtro ferma-banda rispetto al caso senza filtro. Figures 7A and 7B show the spectra measured at the output respectively of the amplifiers 47 '(without band-stop filter) and 47 (with band-stop filter) in the case in which the variable attenuators 46 were adjusted so as to each provide an attenuation of 20 dB. These attenuation values correspond to a transmission line in normal operating conditions, with "strong" signals entering the amplifier 47 or 47 '. The comparison of the figures shows how in the case of "strong" signals the two amplifiers behave in a similar way, guaranteeing equivalent output levels for the signals. It should be noted that the difference in the output level between the signals at different wavelengths, i.e. the different height of the signal peaks, which can be found in both cases, is attributable to the different amplification factor at the different wavelengths of the signal. transmission line with optical amplifiers 45 · However, this difference does not affect the signal-to-noise ratio, ie the quality of the transmission. The level of the individual signals in the case of using the amplifier with a filter, on the other hand, remained almost the same as in the case without a filter. The ordinate positions of lines C and D indicate in the two figures the highest and lowest output level of the four test signals, respectively with λ = = 1556 nm and with λ = = 1536 ni. The signal at λ = had an output level of 2.6 dBm in the case without filter (figure 7A) and of 3.5 dBm in the case with filter (figure 7B). while the signal at λ = had an output level of -7.1 dBm in the case without filter and of -8.3 dBm in the case with filter. It can also be noted that, as expected, the spontaneous emission with wavelength around the peak at 1531 nm was considerably attenuated in the presence of the band-stop filter compared to the case without filter.

Esperimento 3 Experiment 3

La superiorità dell'amplificatore secondo l'invenzione rispetto al dispositivo secondo lo stato dell'arte potrà ora essere apprezzata dal confronto delle figure 8A e 8B, ricavate in una situazione sperimentale analoga a quella dell'esperimento 2, con la sola differenza del valore di attenuazione degli attenuatori variabili 46 di figura 6, che per la nuova prova era stato fissato in 28 dB per ciascuno degli attenuatori. Scegliendo questo valore sono state simulate le condizioni di più forte attenuazione previste per il funzionamento di una linea di comunicazione ottica del tipo descritto in IT/MI94A000712 a seguito di attenuazioni localizzate lungo le fibre, di attenuazioni dovute all'invecchiamento delle fibre o di perdita di amplificazione negli amplificatori ottici. Queste condizioni corrispondono a segnali "deboli" in ingresso all'amplificatore. La figura 8A, relativa al caso di assenza del filtro ferma-banda, mostra livelli di uscita dei segnali compresi fra -8,3 dBm (λ = = 1536 nm, linea C) e -12,9 dBm (λ = = 1544 nm, linea D). La figura 8B, ottenuta nella configurazione con filtro, indica invece livelli di uscita compresi fra -3.7 dBm (λ = λ1, linea C) e -7,2 dBm (λ = linea D), significativamente più vicini (in confronto al caso della figura 8A) ai livelli di uscita raggiunti in condizioni di bassa attenuazione (ovvero di segnali "forti" in ingresso all'amplificatore). L'effetto del filtro ferma-banda è anche in questo caso riscontrabile nella banda dell'emissione spontanea contigua alla banda dei segnali, sensibilmente attenuata nello spettro della figura 8B rispetto a quello della figura 8A. Confrontando le figure 7B e 8B, relative alla configurazione sperimentale con l'amplificatore dotato di filtro nel caso di segnali in ingresso rispettivamente "forti" e "deboli", si può notare infine come il picco dell'emissione spontanea abbia raggiunto un livello ridotto rispetto ai segnali nel primo caso, un livello paragonabile ai segnali nel secondo caso. L'amplificatore garantiva un livello di uscita sufficientemente elevato anche nel caso di segnali in ingresso "deboli" sovrapposti all'emissione spontanea. The superiority of the amplifier according to the invention with respect to the device according to the state of the art can now be appreciated by comparing figures 8A and 8B, obtained in an experimental situation similar to that of experiment 2, with the only difference in the value of attenuation of the variable attenuators 46 in figure 6, which for the new test had been set at 28 dB for each of the attenuators. By choosing this value, the conditions of stronger attenuation foreseen for the operation of an optical communication line of the type described in IT / MI94A000712 were simulated following attenuations localized along the fibers, attenuations due to aging of the fibers or loss of amplification in optical amplifiers. These conditions correspond to "weak" signals entering the amplifier. Figure 8A, relating to the case of absence of the band-stop filter, shows signal output levels between -8.3 dBm (λ = = 1536 nm, line C) and -12.9 dBm (λ = = 1544 nm , line D). Figure 8B, obtained in the configuration with filter, indicates instead output levels between -3.7 dBm (λ = λ1, line C) and -7.2 dBm (λ = line D), significantly closer (in comparison to the case of the figure 8A) at the output levels reached in conditions of low attenuation (ie of "strong" signals entering the amplifier). The effect of the band-stop filter is also found in this case in the spontaneous emission band contiguous to the signal band, significantly attenuated in the spectrum of figure 8B compared to that of figure 8A. By comparing figures 7B and 8B, relating to the experimental configuration with the amplifier equipped with a filter in the case of respectively "strong" and "weak" input signals, it can finally be seen how the peak of the spontaneous emission has reached a reduced level compared to to the signals in the first case, a level comparable to the signals in the second case. The amplifier guaranteed a sufficiently high output level even in the case of "weak" input signals superimposed on the spontaneous emission.

Esperimento 4 Experiment 4

Una serie sistematica di prove, effettuate variando il livello di ingresso dei segnali, ha consentito di ottenere i dati riportati nelle figure 9A e 9B, che visualizzano la maggiore compressione della dinamica dei segnali raggiunta con l'amplificatore secondo l'invenzione rispetto al dispositivo noto secondo"lo stato dell'arte. Le curve riportano l'andamento della potenza dei segnali in uscita dall'amplificatore in funzione della potenza dei segnali in ingresso, per ognuna delle quattro lunghezze d'onda di prova, sia nel caso in cui l'amplificatore 47 sia configurato con il filtro ferma-banda (figura 9B) sia nel caso di amplificatore senza filtro (figura 9A). Si osserva che la variazione della potenza di uscita è ridotta in misura significativa nel caso del dispositivo secondo l'invenzione. In particolare facendo variare la potenza dei segnali in ingresso nell'intervallo fra -35 dBm e -12 dBm, si è ottenuta nel caso dell'amplificatore con filtro ferma-banda (figura 9B) una differenza massima di 9 dB fra la potenza di uscita più alta (+3 dBm) e più bassa (-6 dBm) misurata ad una delle lunghezze d'onda (λ = = 1556 nm). Nel caso dell'amplificatore senza filtro (figura 9A) la massima differenza delle potenze estreme ( rispettivamente 3 dBm e -11 dBm) è stata di 14 dB nelle stesse condizioni per i segnali in ingresso. Si può' notare che i valori di potenza in uscita dall'amplificatore, nel caso di uso di filtro ferma-banda, sono più alti di quanto previsto per un preamplificatore dagli standard citati in precedenza. Considerando l'attenuazione data da componenti quali un demultiplatore (6 dB nel caso di quattro canali) e i filtri (circa 3 dB su ogni canale) che dovranno essere interposti fra il preamplificatore ed il ricevitore, tuttavia, un attenuatore aggiuntivo da circa 7 dB può essere sufficiente a riportare le potenze di uscita entro l'intervallo richiesto da -25 dBm a -13 dBm, senza introdurre penalizzazioni nella qualità della ricezione. A systematic series of tests, carried out by varying the input level of the signals, made it possible to obtain the data shown in figures 9A and 9B, which display the greater compression of the dynamics of the signals achieved with the amplifier according to the invention with respect to the known device according to "the state of the art. The curves show the trend of the power of the output signals from the amplifier as a function of the power of the input signals, for each of the four test wavelengths, both in the case in which the amplifier 47 is configured with the band-stop filter (Figure 9B) and in the case of an amplifier without filter (Figure 9A). It is observed that the variation of the output power is significantly reduced in the case of the device according to the invention. in particular, by varying the power of the input signals in the range between -35 dBm and -12 dBm, a difference m maximum of 9 dB between the highest (+3 dBm) and lowest (-6 dBm) output power measured at one of the wavelengths (λ = = 1556 nm). In the case of the amplifier without filter (figure 9A) the maximum difference of the extreme powers (respectively 3 dBm and -11 dBm) was 14 dB under the same conditions for the input signals. It can be noted that the output power values of the amplifier, in the case of use of a band-stop filter, are higher than those expected for a preamplifier with the standards mentioned above. Considering the attenuation given by components such as a demultiplexer (6 dB in the case of four channels) and the filters (approximately 3 dB on each channel) that must be interposed between the preamplifier and the receiver, however, an additional attenuator of approximately 7 dB can be sufficient to bring the output powers back within the required range from -25 dBm to -13 dBm, without introducing penalties in the quality of reception.

L'utilizzo di un filtro 6 con una più forte attenuazione in corrispondenza del picco di emissione spontanea e/o con una maggiore pendenza della curva spettrale di risposta può portare ad una più efficace rimozione dell'emissione spontanea e ad una maggiore compressione della dinamica dei segnali. The use of a filter 6 with a stronger attenuation at the spontaneous emission peak and / or with a greater slope of the response spectral curve can lead to a more effective removal of the spontaneous emission and to a greater compression of the dynamics of the signals.

In particolare il filtro ferma-banda 6 può essere un filtro interferenziale. Sul mercato sono disponibili filtri interferenziali che funzionano come passa-banda in trasmissione e come ferma-banda in riflessione. In particolare il modello WD1530 TF1, prodotto dalla JDS FITEL si presta ad essere usato nella presente invenzione. I dati relativi alla componente riflessa, che è quella utilizzata, sono: In particular, the band stop filter 6 can be an interference filter. Interference filters are available on the market which function as a band-pass in transmission and as a band-stop in reflection. In particular the model WD1530 TF1, produced by JDS FITEL lends itself to be used in the present invention. The data relating to the reflected component, which is the one used, are:

La variazione del livello di uscita prevista con questo filtro è di 6 dB per variazioni di 20 dB del livello di ingresso. The expected change in output level with this filter is 6 dB for 20 dB changes in the input level.

Oltre a quelli indicati è possibile utilizzare filtri di altro tipo che presentino proprietà analoghe o più stringenti riguardo all'assorbimento dell'emissione spontanea e alla trasparenza nella banda di trasmissione dei segnali e alla lunghezza d'onda di pompaggio. In addition to those indicated, it is possible to use other types of filters that have similar or more stringent properties regarding the absorption of the spontaneous emission and the transparency in the signal transmission band and the pumping wavelength.

Come sopra indicato il valore di attenuazione dell'elemento filtrante 6 può essere scelto più o meno elevato in relazione al grado di compressione della dinamica dei segnali desiderata. Si è tuttavia osservato che ai fini di consentire che il meccanismo dell'assorbimento differenziato della pompa per segnali deboli ed intensi porti ad una dinamica dei segnali adatta alle caratteristiche del ricevitore non è necessario far uso di rilevantissimi valori di filtraggio del picco di emissione spontanea contiguo ai segnali, essendo già sufficiente introdurre un’attenuazione di detto picco per ottenere i risultati desiderati. As indicated above, the attenuation value of the filtering element 6 can be chosen more or less high in relation to the degree of compression of the desired dynamics of the signals. However, it has been observed that in order to allow the differentiated absorption mechanism of the pump for weak and intense signals to lead to a signal dynamics suited to the characteristics of the receiver, it is not necessary to use very significant filtering values of the contiguous spontaneous emission peak. to the signals, since it is already sufficient to introduce an attenuation of said peak to obtain the desired results.

Per ridurre ulteriormente l'assorbimento della pompa da parte dell'elemento filtrante 6 è possibile prevedere un percorso a bassa attenuazione per la pompa che ne eviti il passaggio per il filtro vero e proprio. Ad esempio si può sostituire l'elemento filtrante con la struttura rappresentata nella figura 10 che comporta due accoppiatori dicroici 1 e 4 dello stesso tipo di quelli descritti in precedenza, dove la radiazione di pompa transita senza attenuazione per il percorso 3 mentre i segnali passano per il filtro 2. To further reduce the absorption of the pump by the filter element 6, it is possible to provide a path with low attenuation for the pump which avoids its passage through the actual filter. For example, it is possible to replace the filter element with the structure shown in Figure 10 which involves two dichroic couplers 1 and 4 of the same type as those described above, where the pump radiation passes without attenuation through the path 3 while the signals pass through filter 2.

In alternativa alla fibra drogata con Er/Al/Ge/La è possibile impiegare una fibra in silice drogata con Er/Al/Ge, con un picco dell'emissione spontanea intorno a 1531.5 nm. As an alternative to the fiber doped with Er / Al / Ge / La it is possible to use a silica fiber doped with Er / Al / Ge, with a peak of spontaneous emission around 1531.5 nm.

Benché specificamente descritta in relazione ad un amplificatore a fibra ottica drogata, la presente invenzione si applica ugualmente all'impiego in amplificatori di diverso tipo, facenti uso di una guida d'onda ottica drogata con una Terra Rara, preferibilmente Erbio. Although specifically described in relation to a doped optical fiber amplifier, the present invention is equally applicable to the use in amplifiers of different types, making use of an optical waveguide doped with a Rare Earth, preferably Erbium.

Un sistema di telecomunicazione ottica secondo la presente invenzione potrà essere realizzato utilizzando lo schema della figura 11. Il sistema fa uso di buona parte dei componenti utilizzati nel dispositivo sperimentale della figura 6, componenti che sono stati indicati con lo stesso numero di riferimento. In sostituzione degli attenuatori variabili 46 vengono impiegate delle tratte di fibra ottica passiva 46', preferibilmente monomodale ed il preamplificatore 47. cosituito da un amplificatore ottico secondo un aspetto della presente invenzione, viene seguito da un demultiplatore 49. una serie di quattro filtri 50-53 con banda passante di centrata intorno ad ognuna delle lunghezze d'onda dei segnali e quattro ricevitori 54-57· Il numero dei segnali contemporaneamente trasmessi non è evidentemente limitato a quattro, essendo legato solo alla separazione minima fra le lunghezze d'onda di canali di comunicazione adiacenti. An optical telecommunication system according to the present invention can be realized using the scheme of figure 11. The system makes use of a good part of the components used in the experimental device of figure 6, components which have been indicated with the same reference number. In place of the variable attenuators 46, sections of passive optical fiber 46 'are used, preferably single-mode and the preamplifier 47. consisting of an optical amplifier according to an aspect of the present invention, is followed by a demultiplexer 49. a series of four filters 50- 53 with passband centered around each of the wavelengths of the signals and four receivers of adjacent communication.

Claims

Claims 1) Optical telecommunication system comprising transmission means generating at least two optical signals with different wavelengths and included in a predetermined band of wavelengths, means of reception, an optical fiber line connecting said transmission means and said reception means, active waveguide optical amplification means arranged along said line, operatively connected to each other to transmit said optical signals from said transmission means to said receiving means, characterized by the presence of an optical preamplifier placed between said optical fiber line and said receiving means comprising an optical waveguide doped with an Earth Rare, fed by means of coupling with pumping radiation at a pumping wavelength and with the signals coming from said fiber optic line differentiated attenuation means, placed in a first predetermined position along said doped waveguide, capable of causing an attenuation in said predetermined wavelength band greater for a determined amount of the attenuation caused at said wavelength pumping, filtering means placed in a second predetermined position along said doped waveguide and equipped with an attenuation spectral curve capable of transmitting the signals in said predetermined wavelength band without significantly attenuating them and attenuating them by a higher value at a predetermined minimum the spontaneous emission in a wavelength band contiguous to said predetermined band, where said first and second predetermined positions, said determined amount of attenuation of the differentiated attenuation means, said predetermined minimum of attenuation of the filtering means and said wavelength band contiguous to said predetermined band are selected in functional relation to each other such that variations in the power of one of the signals input to the pre-amplifier within a range of 20 dB entail variations in the power input to the receiving means comprised in a range of no more than 12 dB.

2) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that said wavelength band contiguous to said predetermined signal band contains a relative maximum of the spontaneous emission of said optical waveguide doped with a Rare Earth forming part of said preamplifier.

3) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that said wavelength band contiguous to said predetermined signal band contains a relative maximum of the spontaneous emission of said active waveguide forming part of said means of amplification.

4) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that variations in the power of one of the signals entering the preamplifier within a range of 20 dB entail variations in the power input to the receiving means included in a range of no more than 9 dB.

5) Optical telecommunication system according to claim 4, characterized in that variations in the power of one of the signals entering the preamplifier within a range of 20 dB entail variations in the power input to the receiving means included in a range of no more than 6 dB.

6) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that said second predetermined position of said filtering means is located along said doped waveguide between 15% and 50% of the total length of the waveguide.

7) Optical telecommunication system according to claim 6, characterized in that said second predetermined position of said filtering means is located along said doped waveguide between 20% and 30% of the total length of the waveguide.

8) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that said first predetermined position of said differentiated attenuation means is located along said doped waveguide between 50% and 75% of the total length of the waveguide .

9) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized by the presence of second filtering means placed along said doped waveguide able to transmit the signals in said predetermined band without significantly attenuating them and to attenuate the spontaneous emission in at least a wavelength band contiguous to said predetermined band of signals.

10) Optical telecommunication system according to claim 9. characterized by the fact that said second filtering means are located along said doped waveguide between 50% and 75% of the total length of the waveguide.

11) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that said doped waveguide is an optical fiber based on doped silica.

12) Optical telecommunication system according to claim 11, characterized by the fact that said Rare Earth is Erbium.

13) Optical telecommunication system according to claim 12, characterized in that said optical fiber is further doped with Aluminum, Germanium and Lanthanum.

14) Optical telecommunication system according to claim 12, characterized in that said optical fiber is further doped with Aluminum and Germanium.

15) Optical telecommunication system according to claim 12, characterized in that said filtering means have a ~ 3dB cutting wavelength comprised between 1532 and 1534 nm.

16) Optical telecommunication system according to claim 12, characterized in that said predetermined band of wavelengths comprises the band of wavelengths between 1535 and 1560 nm.

17) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that said filtering means consist of an optical fiber portion having two cores optically coupled together for wavelengths in said band contiguous to said predetermined band, with one cores coaxial to the fiber and connected at the two ends to the doped waveguide and with the other nucleus eccentric and truncated at the ends.

18) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that said filtering means consist of an interference filter used in reflection.

19) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that said filtering means consist of a first dichroic coupler which separates the radiation in said predetermined band and in said contiguous band towards a first terminal and the radiation at said pumping wavelength towards a second terminal a filter connected to said first terminal capable of transmitting the signals in said predetermined band without significantly attenuating them and of attenuating the spontaneous emission in at least one wavelength band contiguous to said predetermined band of signals a second dichroic coupler which combines the radiation from said filter with the radiation at said pumping wavelength from said second terminal.

20) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that the attenuation of said filtering means in said wavelength band contiguous to the predetermined signal band is at least 6 dB.

21) Optical telecommunication system according to claim 20, characterized in that the attenuation of said filtering means in said wavelength band contiguous to the predetermined signal band is at least 10 dB.

22) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that said differentiated attenuation means consist of a first dichroic coupler which separates the radiation in said predetermined band and the radiation at said pumping wavelength respectively towards a first and a second terminal an attenuator component connected to said first terminal capable of attenuating said signals in said predetermined band a second dichroic coupler which combines the radiation coming from said attenuator component with the radiation at said pumping wavelength coming from said second terminal.

23) Optical telecommunication system according to claim 22, characterized in that said attenuator component is an optical fiber.

24) Optical telecommunication system according to claim 22, characterized in that an optical isolator is inserted between said attenuator component and said second dichroic coupler.

25) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that said differentiated attenuation means consist of a winding with a predetermined radius of curvature of one or more turns of optical fiber.

26) Optical telecommunication system according to claims 11 and 25, characterized in that said winding is made with a portion of said doped optical fiber.

27) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that the attenuation of said differentiated attenuation means in said predetermined wavelength band is greater than 5 dB ± 1 dB of the attenuation at said wavelength pumping.

28) Optical telecommunication system according to claim 1, characterized in that said optical amplification means consist of at least three active fiber optical amplifiers arranged in cascade along the connecting optical fiber line.

29) Optical telecommunication system according to claim 28, characterized by the fact that said optical amplification means comprise an active fiber based on silica, with a core doped with at least one main fluorescent dopant and at least one secondary dopant, in functional relationship between them to provide an optical signal / noise ratio in reception, measured with a 0.5 nm filter amplitude, not less than 15 dB for signals with a wavelength included in said predetermined band when the power of the signals input to each of said amplifiers active fiber optics is not less than -16 dBm.

30) Optical telecommunication system according to claim 29, characterized in that said main dopant is Erbium and said secondary dopants are Aluminum, Germanium and Lanthanum.

31) Optical amplifier comprising an optical waveguide doped with a Rare Earth, input means for one or more signals included in a predetermined band of wavelengths and in a predetermined range of input powers, means for pumping said doped waveguide, adapted to supply optical pumping power at a pumping wavelength, means for coupling within said doped waveguide of said optical pumping power and said signal or signals in entrance, output means emitting at a given output level one or more output signals amplified by the stimulated emission of said Rare Earth pumped into said doped waveguide, differentiated attenuation means, placed in a first predetermined position along the active waveguide, capable of providing a predetermined attenuation of a different value in said predetermined wavelength band with respect to the attenuation provided at said wavelength pumping, characterized by filtering means placed in a second predetermined position along said doped waveguide and equipped with an attenuation spectral curve capable of transmitting the signals in said predetermined band of wavelengths without significantly attenuating them and attenuating them by a value higher than a predetermined minimum, the spontaneous emission in a wavelength band contiguous to said predetermined band, where said first and second predetermined positions, said predetermined attenuation values of the differentiated attenuation means, said predetermined minimum attenuation means and said wavelength band contiguous to said predetermined band are selected in a functional relationship between them such that variations in the power of one of the input signals within a range of 20 dB entail variations in the output power of the amplifier comprised in a range of no more than 12 dB.

32) Optical amplifier according to claim 31, characterized in that said wavelength band contiguous to said predetermined signal band contains a relative maximum of the spontaneous emission of said optical waveguide doped with a Rare Earth.

33) Optical amplifier according to claim 31 characterized in that variations in the power of one of the signals entering the amplifier within a range of 20 dB entail variations in the output power from the amplifier within a range of no more than 9 dB .

34) Optical amplifier according to claim 33. characterized in that variations in the power of one of the signals entering the amplifier within a range of 20 dB entail variations in the output power of the amplifier within a range of no more than 6 dB .

35) Optical amplifier according to claim 31, characterized in that said second predetermined position of said filtering means is located along said doped waveguide between 15% and 50% of the length of the waveguide.

36) Optical amplifier according to claim 35, characterized in that said second predetermined position of said filtering means is located along said doped waveguide between 20% and 30% of the length of the waveguide.

37) Optical amplifier according to claim 31, characterized in that said first predetermined position of said differentiated attenuation means is located along said doped waveguide between 50% and 75% of the length of the waveguide.

38) Optical amplifier according to claim 31. characterized by the presence of second filtering means placed along said doped waveguide able to transmit the signals in said predetermined band without significantly attenuating them and to attenuate the spontaneous emission in at least one band wavelengths contiguous to said predetermined band of signals.

39) Optical amplifier according to claim 38, characterized in that said second filtering means are located along said doped waveguide between 50% and 75% of the total length of the waveguide.

40) Optical amplifier according to claim 31, characterized in that said doped waveguide is an optical fiber based on doped silica.

41) Optical amplifier according to claim 40, characterized in that said Rare Earth is Erbium.

42) Optical amplifier according to claim 4, characterized in that said optical fiber is further doped with Aluminum, Germanium and Lanthanum.

43) Optical amplifier according to claim 41, characterized in that said optical fiber is further doped with Aluminum and Germanium.

44) Optical amplifier according to claim 41, characterized in that said filtering means have a ~ 3dB cutting wavelength comprised between 1532 and 1534 nm.

45) Optical amplifier according to claim 4, characterized in that said predetermined band of wavelengths comprises the band of wavelengths between 1535 and 1560 nm.

46) Optical amplifier according to claim 31. characterized by the fact that said filtering means consist of an optical fiber portion having two cores optically coupled together for wavelengths in said band contiguous to said predetermined band, with one of the cores coaxial to the fiber and connected at the two ends to the doped waveguide and with the other core eccentric and truncated at the ends.

47) Optical amplifier according to claim 31, characterized by the fact that said filtering means consist of an interference filter used in reflection.

48) Optical amplifier according to claim 31. characterized by the fact that said filtering means consist of a first dichroic coupler which separates the radiation in said predetermined band and in said contiguous band towards a first terminal and the radiation at said pumping wavelength towards a second terminal a filter connected to said first terminal capable of transmitting the signals in said predetermined band without significantly attenuating them and of attenuating the spontaneous emission in at least one wavelength band contiguous to said predetermined band of signals a second dichroic coupler which combines the radiation from said filter with the radiation at said pumping wavelength from said second terminal.

49) Optical amplifier according to claim 31, characterized in that the attenuation of said filtering means in said wavelength band contiguous to the predetermined signal band is at least 6 dB.

50) Optical amplifier according to claim 49, characterized in that the attenuation of said filtering means in said wavelength band contiguous to the predetermined signal band is at least 10 dB.

51) Optical amplifier according to claim 31. characterized by the fact that said differentiated attenuation means consist of a first dichroic coupler which separates the radiation in said predetermined band and the radiation at said pumping wavelength respectively towards a first and a second terminal an attenuator component connected to said first terminal capable of attenuating said signals in said predetermined band a second dichroic coupler which combines the radiation coming from said attenuator component with the radiation at said pumping wavelength coming from said second terminal.

52) Optical amplifier according to claim 51, characterized in that said attenuator component is an optical fiber.

53) Optical amplifier according to claim 51, characterized in that an optical isolator is inserted between said attenuator component and said second dichroic coupler.

54) Optical amplifier according to claim 31, characterized in that said differentiated attenuation means consist of a winding with a predetermined radius of curvature of one or more turns of optical fiber.

55) Optical amplifier according to claims 40 and 54, characterized in that said winding is made with a portion of said doped optical fiber.

56) Optical amplifier according to claim 31, characterized in that the attenuation of said differentiated attenuation means in said predetermined wavelength band is greater than 5 dB ± 1 dB of the attenuation at said pumping wavelength .