ITMI951536A1 - Dispositivo per la riduzione del rumore ottico dovuto ad interazione a quattro onde - Google Patents

Abstract

Sistema di telecomunicazione ottica, comprendente almeno due sorgenti di segnali ottici modulati a lunghezza d'onda differenti, aventi rispettivi tempi di coerenza; un multiplatore di detti segnali in un'unica fibra ottica comune; una linea a fibra ottica collegata ad un primo estremo a detta fibra ottica comune di detto multiplatore; mezzi di ricezione di detti segnali, un elemento di riduzione della interazione a quattro onde fra detti segnali, otticamente collegato in serie lungo detta linea a fibra ottica, in cui detto elemento di riduzione dell'interazione a quattro onde comprende un circuito ottico includente almeno due filtri selettivi in lunghezza d'onda, ciascuno relativo ad una banda di lunghezze d'onda includente uno di detti segnali ottici, detti filtri essendo collegati otticamente in serie fra loro in un percorso ottico, la lunghezza di almeno una porzione di detto percorso ottico compresa fra due filtri consecutivi essendo superiore alla lunghezza corrispondente al tempo di coerenza di almeno una di dette sorgenti di segnali ottici.

Description

Descrizione dell'invenzione dal titolo:

"Dispositivo per la riduzione del rumore ottico dovuto ad interazione a quattro onde"

DESCRIZIONE

Formano oggetto della presente invenzione un circuito ottico per la riduzione del rumore ottico derivante da interazione a quattro onde fra segnali ottici lungo una linea di comunicazione ottica, un amplificatore ottico comprendente un tale circuito per la riduzione dell'interazione a quattro onde, un sistema di comunicazione ottica con livello ridotto di rumore dovuto interazione a quattro onde, comprendente una linea di trasmissione con amplificatori in cascata ed un procedimento per la trasmissione di segnali ottici con livello ridotto di rumore dovuto interazione a quattro onde.

L'interazione a quattro onde, nota anche come interazione a quattro fotoni o come FWM ("Four Wave Mixing"), è un fenomeno non lineare del terzo ordine che comporta la generazione di un nuovo segnale a partire dalla interazione fra tre segnali esistenti. La frequenza fF del nuovo segnale generato è legata alle frequenze fl, fj, fk dei segnali interagenti dalla relazione

fF = fl + fj - fk.

La massima efficienza di generazione del nuovo segnale, o quarta onda, si ha quando le polarizzazioni dei segnali interagenti sono allineate e nello stesso tempo è verificata la condizione di accordo di fase

dove p(f) è la costante di propagazione dei segnale a frequenza f.

I segnali interagenti non sono necessariamente tre segnali separati. Il fenomeno di interazione a quattro onde può avere luogo anche come interazione fra segnali provenienti da due sorgenti (caso degenere). In presenza di due soli segnali interagenti con frequenze f, ed fk, ad esempio, possono essere prodotti segnali con frequenze fF = 2-fl - fk e fF = 2 fk - fl. L'interazione a quattro onde costituisce un ostacolo per le comunicazioni in fibra ottica impieganti la tecnica della multiplazione a divisione di lunghezza d'onda o WDM ("Wavelength Division Multiplexing"). Secondo questa tecnica più canali di comunicazione, indipendenti fra loro, ciascuno associato ad una lunghezza d'onda specifica, vengono contemporaneamente trasmessi lungo una linea di comunicazione, costituita di solito da una fibra ottica.

A causa di dei suddetti fenomeni non lineari del terzo ordine, in presenza di un'elevata intensità della radiazione nel nucleo della fibra (in particolare in presenza di amplificazione) e di grandi lunghezze di interazione tra i segnali stessi, si può avere generazione di segnali per effetto dell'intermodulazione fra coppie o triplette di canali dovuta a FWM. Il fenomeno è descritto, ad esempio, in Journal of Lightwave Technology, voi. 8, n. 9, settembre 1990, pag. 1402-1408.

Le lunghezze d'onda dei segnali generati possono cadere all'interno della banda impiegata per i canali di comunicazione ed in particolare possono essere coincidenti o molto vicine alla lunghezza d'onda di uno dei canali; la probabilità che questo avvenga cresce rapidamente all'aumentare del numero di canali impiegati per la comunicazione.

E' noto che i segnali luminosi inviati in una linea a fibre ottiche subiscono una attenuazione durante il tragitto, rendendo necessario effettuare delle amplificazioni a mezzo di relativi amplificatori disposti ad intervalli prefissati lungo la linea.

A tale scopo sono convenientemente usati amplificatori ottici, mediante i quali il segnale viene amplificato pur restando in forma ottica, in assenza cioè di una rivelazione e rigenerazione dello stesso. Detti amplificatori ottici si basano sulle proprietà di un drogante fluorescente, quale ad esempio l'Erbio, il quale, se opportunamente eccitato mediante somministrazione di energia luminosa di pompaggio, presenta una elevata emissione nella banda di lunghezze d'onda corrispondenti alla banda di minima attenuazione della luce nelle fibre ottiche a base di silice.

Nel caso di una linea di comunicazione multistadio con amplificatori ottici in cascata, i segnali generati per interazione a quattro onde in ciascuno stadio, amplificati alla pari dei segnali di comunicazione, si sommano ai segnali generati per interazione a quattro onde negli altri stadi e contribuiscono a creare interferenza ("crosstalk") fra i diversi canali. Al termine della linea i segnali prodotti dall'interazione a quattro onde in ciascuno degli stadi si sommano: se i singoli segnali di FWM presentano una elevata sovrapposizione delle fasi, i segnali di FWM complessivi risultanti dalla somma possono essere di intensità tale da pregiudicare la corretta ricezione dei segnali di comunicazione.

Le fibre ottiche usate lungo la linea di comunicazione presentano una dispersione cromatica, dovuta alla combinazione delle caratteristiche del profilo d'indice di rifrazione e del materiale che le costituisce, che è variabile con la lunghezza d'onda del segnale trasmesso e si annulla in corrispondenza ad un certo valore λο della lunghezza d'onda stessa. Tale fenomeno di dispersione cromatica sostanzialmente consiste in un allargamento della durata degli impulsi costituenti il segnale durante il tragitto nella fibra, allargamento dovuto al fatto che le differenti componenti cromatiche di ciascun impulso, caratterizzate ciascuna dalla propria lunghezza d'onda, viaggiano nella fibra con differenti velocità.

A seguito di tale allargamento, impulsi temporalmente successivi e ben distinti al momento dell'emissione, possono giungere a sovrapporsi parzialmente alla ricezione, dopo il percorso nella fibra, fino a non essere più distinguibili come entità separate, causando un errore nella ricezione.

Sono note le cosiddette fibre con punto di azzeramento della dispersione cromatica spostato, o DS ("Dispersion Shifted"), fibre le cui caratteristiche ottiche sono progettate in modo da portare il punto di azzeramento della dispersione cromatica ad una lunghezza d'onda compresa nella regione tra 1500 e 1600 nm, comunemente usata per le telecomunicazioni.

Fibre di tal genere sono definite nella Raccomandazione ITU-T G.653 del Marzo 1993, in cui si prevede che la dispersione cromatica della fibra si annulli nominalmente ad un valore di lunghezza d'onda λo, di 1550 nm, con una tolleranza di 50 nm rispetto a tale valore. Fibre DS sono descritte, ad esempio, nei brevetti US 4.715.679, US 4.822.399, US 4.755.022 e sono commercializzate da CORNING Ine., Corning, NY (US), con la denominazione SMF/DS™ e da FIBRE OTTICHE SUD S.p.A., Battipaglia (IT), con la denominazione SM DS.

In particolare, è stato osservato che la condizione di accordo di fase Δβ = 0 sopra definita è verificata, e i segnali generati per FWM sono particolarmente intensi, se la lunghezza d'onda di uno dei segnali di comunicazione coincide o è vicina alla lunghezza d'onda λo, alla quale si annulla la dispersione della fibra, oppure se le lunghezze d'onda di due segnali di comunicazione sono disposte simmetricamente rispetto a λo,.

Una tecnica suggerita per ovviare al problema dei rumore da FWM per intermodulazione fra i segnali nei sistemi multicanale, descritta in IEEE Photonics Technology Letters, voi.

3, n. 6, giugno 1991, pag. 560-563, consiste nell'impiegare segnali di comunicazione con polarizzazioni diverse fra loro. Questa tecnica è assai complessa, per la necessità di allineare la polarizzazione di ciascun segnale in ingresso alla linea di comunicazione; la sua efficacia viene inoltre limitata dal fatto che le fibre ottiche comunemente impiegate non trasmettono inalterata la polarizzazione dei segnali.

Nell'articolo FC4 pubblicato su OFC/IOOC '93 Technical Digest, pag. 252-253, viene proposto di utilizzare per i canali di comunicazione frequenze ottiche non equispaziate, scelte In modo che i segnali generati per interazione a quattro onde fra le possibili coppie o triplette di segnali di comunicazione abbiano frequenze sufficientemente lontane da quelle dei segnali di comunicazione, in modo da poter essere separati da questi ultimi per mezzo di filtri. Questa tecnica comporta tuttavia, rispetto al caso di canali equispaziati, una notevole sottoutilizzazione della banda di frequenze (o lunghezze d'onda) disponibile per la comunicazione, in quanto molte frequenze nella banda non possono essere impiegate per la comunicazione; inoltre essa richiede una elevata stabilità nella lunghezza d'onda dei segnali, rendendo necessario l'impiego di dispositivi addizionali per il controllo di quest'ultima.

Una spaziatura non uniforme delle lunghezze d'onda dei canali in un sistema di comunicazione ottica WDM viene proposta anche nel brevetto US5410624, a nome P.R. Morkel, per ridurre gli effetti del FWM, in combinazione con mezzi per la rigenerazione spettrale dei segnali ottici comprendenti un cireolatore ottico ed una concatenazione di reticoli in fibra con riflessione a banda stretta, ciascuno sintonizzato su una delle lunghezze d'onda multiplate, dove detta concatenazione è collegata alla porta intermedia del cireolatore ottico.

Una terza tecnica, presentata in Electronics Lettere, voi. 30, n. 11 , 26/05/94, pag.

876-878, consiste nell'utilizzare per la linea di comunicazione tratti di fibra ottica con dispersione, piccola in valore assoluto, che assume alternatamente valori positivi e negativi. Per l'impiego di questa tecnica non è possibile utilizzare le linee di comunicazione già esistenti e se ne devono predisporre di nuove. Le nuove linee richieste, inoltre, sono di difficile realizzazione, in quanto è necessaria una selezione post-produzione per procurare fibre ottiche con caratteristiche di dispersione adatte all'impiego sulle varie tratte, date le difficoltà che si incontrano nel produrre direttamente fibre con caratteristiche di dispersione costanti entro la precisione richiesta.

Una soluzione di tipo diverso è indicata nell'articolo di K. Inoue pubblicato sulla rivista Journal of Lightwave Technology del marzo 1993, voi. 11 , n. 3, pag. 455-461. Essa prevede che la relazione fra le fasi dei segnali generati per interazione a quattro onde lungo i vari stadi della linea di comunicazione multicanale venga resa casuale, in modo da evitare che i segnali stessi si sommino in fase fra loro.

Per rendere casuale la relazione tra le fasi viene proposto l'impiego di un circuito ottico, collegato immediatamente a monte o a valle di ciascun amplificatore, lungo una linea di comunicazione costituita da M tratti di fibra ottica e (M - 1) amplificatori di linea.

Il circuito ottico comprende un demultiplatore, atto a dividere i segnali di comunicazione, a seconda della frequenza, su percorsi ottici di lunghezza diversa, ed un multiplatore, atto a ricombinare verso un'unica uscita i segnali ottici. I percorsi ottici collegano le uscite del demultiplatore con gli ingressi del multiplatore vengono scelti in modo che la differenza fra le lunghezze di due qualsiasi di essi sia superiore alla lunghezza di coerenza Ιc=ν/πΔν della sorgente dei segnali trasmessi, dove v indica la velocità della luce nel mezzo e Δν indica la larghezza di riga della sorgente dei segnali di comunicazione. I segnali che sono generati in ciascuno degli stadi per effetto dell'interazione a quattro onde risultano scorrelati fra loro, si sommano pertanto al termine della linea secondo le potenze, invece che secondo le ampiezze, come avviene nei sistemi convenzionali. In condizioni di accordo di fase (Δβ = 0), la potenza complessiva della radiazione prodotta per FWM lungo una linea di trasmissione provvista del circuito ottico viene ridotta, rispetto al caso di assenza del circuito ottico, di un fattore uguale al numero dei tratti di fibra ottica della linea.

L'articolo citato indica che la tecnica descritta può essere applicata a sistemi di comunicazione ottica multicanale in cui singoli canali di comunicazione vengono estratti dalla linea di trasmissione demultiplando i canali a lunghezze d'onda diverse su diversi percorsi ottici, collegando ad un ricevitore il canale che si intende estrarre, e multiplando nuovamente in un percorso comune i restanti canali.

L'articolo esclude invece che la tecnica descritta sia immediatamente applicabile a sistemi di comunicazione ottica multicanale dotati di demultiplatorì in grado di selezionare singoli canali dalla linea, mentre gli altri canali continuano il percorso su un cammino ottico comune. Come esempio di demultiplatorì di questo tipo vengono indicati quelli facenti uso di un filtro Fabry - Perot combinato con un cireolatore ottico.

La Richiedente ha osservato che il circuito ottico di riduzione dell'interazione a quattro onde proposto nell'articolo, e in particolare i demultiplatorì necessari per dividere i segnali a diverse lunghezze d'onda, sono di difficile realizzazione pratica, soprattutto in presenza di un elevato numero di canali. L'eventuale soluzione di disporre in cascata più demultiplatorì con un numero minore di uscite renderebbe il dispositivo complesso, ingombrante e soggetto ad attenuazioni differenti per i diversi canali.

Un ingombro considerevole può risultare anche dalla grande lunghezza complessiva dalle tratte di fibra ottica che collegano il multiplatore ed II demultiplatore, soprattutto nel caso di un numero elevato di canali di comunicazione. Infatti, poiché la fibra necessaria per il canale n deve avere una lunghezza pari ad almeno n volte la lunghezza di coerenza della sorgente di radiazione, la somma delle lunghezze di tali tratte è di almeno N-(N+1)/2 volte la lunghezza di coerenza, dove N è il numero totale di canali di comunicazione.

Un circuito costruito secondo gli insegnamenti deH'articolo, inoltre, non può essere riconfigurato in caso di aggiunta di uno o più canali o in caso di modifica della lunghezza d'onda di uno o più canali, rendendosi necessaria in questo caso la sostituzione del demultiplatore e del multiplatore.

Il brevetto US 5.283.686 a nome D.R. Huber descrìve, tra l'altro, un sistema di comunicazione ottica a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda comprendente un amplificatore ottico, un cireolatore ottico e dei filtri in fibra ottica a riflessione di Bragg distribuita, uno per ciascun canale di comunicazione impiegato. Il sistema permette di eliminare l'emissione spontanea alle lunghezze d'onda diverse da quelle dei canali di comunicazione. Il brevetto non menziona il problema del rumore generato per interazione a quattro onde lungo la linea di comunicazione.

La domanda di brevetto MI94A002556, depositata il 16/12/94 a nome della Richiedente, riguarda, tra gli altri, un sistema di telecomunicazione ottica, comprendente:

-almeno due sorgenti di segnali ottici modulati a lunghezze d'onda differenti, comprese in una banda prefissata di lunghezze d'onda di trasmissione, a velocità di trasmissione prefissata;

-mezzi di multiplazione di detti segnali per l'ingresso in una unica fibra ottica;

-una linea a fibra ottica collegata ad un estremo a detti mezzi di multiplazione;

-mezzi di ricezione di detti segnali, comprendenti mezzi di demultiplazione ottica dei segnali stessi in dipendenza della rispettiva lunghezza d'onda;

in cui detti segnali hanno una potenza ottica di valore superiore ad un valore prefissato in almeno una porzione di detta linea a fibra ottica, la quale comprende una fibra ottica avente un valore di dispersione cromatica inferiore ad un valore prefissato in detta banda di lunghezze d'onda di trasmissione,

caratterizzato dal fatto che detta fibra ottica possiede una dispersione cromatica crescente con la lunghezza d'onda, che presenta valore nullo in corrispondenza ad una lunghezza d'onda inferiore alla minima lunghezza d'onda di detta banda di una quantità tale che nessun valore locale di lunghezza d'onda di annullamento di dispersione cromatica presente nella fibra, tale da generare un fenomeno di intermodulazione a quattro onde, è compreso in detta banda.

Si presenta il problema di realizzare praticamente un dispositivo ottico che riduca la potenza della radiazione dovuta a interazione a quattro onde fra i segnali propaganti lungo una linea di comunicazione e che non richieda l'impiego lungo la linea di comunicazione di fibre ottiche diverse dalle comuni fibre DS.

Secondo un primo aspetto, la presente invenzione riguarda un sistema di telecomunicazione ottica, comprendente:

- almeno due sorgenti di segnali ottici modulati a lunghezze d'onda differenti, aventi rispettivi tempi di coerenza;

- un multiplatore di detti segnali in un'unica fibra ottica comune;

- una linea a fibra ottica collegata ad un primo estremo a detta fibra ottica comune di detto multiplatore;

- mezzi di ricezione di detti segnali, collegati ad un secondo estremo di detta linea a fibra ottica ed includenti un demultiplatore di detti segnali ottici;

- un elemento di riduzione dell'interazione a quattro onde fra detti segnali, otticamente collegato in serie lungo detta linea a fibra ottica;

in cui detto elemento di riduzione dell'interazione a quattro onde comprende un circuito ottico includente almeno due filtri selettivi in lunghezza d'onda, ciascuno relativo ad una banda di lunghezze d'onda includente uno di detti segnali ottici, detti filtri essendo collegati otticamente in serie fra loro in un percorso ottico, la lunghezza di almeno una porzione di detto percorso ottico compresa fra due filtri consecutivi essendo superiore alla lunghezza corrispondente al tempo di coerenza di almeno una di dette sorgenti di segnali ottici. Preferibilmente detto circuito ottico include, per ciascuno di detti segnali ottici, un filtro selettivo in lunghezza d'onda relativo ad una banda di lunghezze d'onda includente il corrispondente segnale ottico ed escludente i rimanenti segnali ottici, detti filtri essendo collegati otticamente in serie fra loro in un percorso ottico, la lunghezza delle porzioni di detto percorso ottico comprese fra due filtri consecutivi essendo superiori alla lunghezza corrispondente al tempo di coerenza di ciascuna di dette sorgenti di segnali ottici.

In particolare detto circuito ottico comprende un cireolatore ottico, avente una porta di ingresso ed una porta di uscita coliegate a detta linea a fibra ottica ed almeno una porta di ingresso / uscita collegata ad uno di detti filtri selettivi in lunghezza d'onda.

In particolare detti filtri selettivi in lunghezza d'onda sono filtri a riflessione di Bragg distribuita, in particolare realizzati in fibra ottica.

In una forma di realizzazione lungo detta linea a fibra ottica è disposto almeno un amplificatore ottico, che vantaggiosamente comprende una fibra ottica attiva, drogata con una sostanza fluorescente, in particolare l'Erbio, ed una sorgente di radiazione di pompaggio. Detto elemento di riduzione deil'interazione a quattro onde può essere vantaggiosamente collegato otticamente in serie in posizione intermedia lungo detta fibra ottica attiva.

In tal caso è possibile prevedere un cammino ottico per la radiazione di pompaggio, esterno a detto elemento di riduzione dell'interazione a quattro onde, fra i due tratti in cui detta fibra ottica attiva viene suddivisa da detto elemento.

In alternativa detto amplificatore ottico può comprendere due tratti di fibra ottica attiva, ciascuno provvisto di una sorgente di radiazione di pompaggio.

In particolare la lunghezza di detti tratti di fibra ottica attiva, la concentrazione della sostanza fluorescente nella fibra ottica attiva e la potenza delle sorgenti di pompaggio sono operativamente scelti in modo che il guadagno complessivo di detto amplificatore differisca di meno di 2 dB dal guadagno dello stesso amplificatore privato di detto elemento di riduzione dell'interazione a quattro onde in modo da ripristinare la continuità ottica fra i due tratti di fibra ottica attiva.

Secondo un secondo aspetto la presente invenzione riguarda un procedimento di trasmissione di segnali ottici comprendente:

- generare due segnali ottici modulati aventi rispettive lunghezze d'onda;

- multipare detti segnali ad un estremo di una linea ottica di trasmissione comprendente almeno un tratto di fibra ottica monomodale entro cui si genera intermodulazione per interazione a quattro onde tra i segnali;

- ricevere detti segnali ad un secondo estremo di detta linea ottica di trasmissione, e che comprende ritardare selettivamente detti segnali in una posizione intermedia lungo detta linea ottica di trasmissione, dove detta operazione di ritardare selettivamente comprende;

- inviare selettivamente detti segnali in rispettivi percorsi ottici di lunghezze prefissate, dette lunghezze essendo tali da scorrelare in fase detti segnali fra loro;

- riunire detti segnali dopo detti percorsi ottici;

- in cui almeno una porzione di detti percorsi ottici è comune.

in particolare detto procedimento comprende la fase di amplificare otticamente detti segnali almeno una volta lungo detta linea di trasmissione. Vantaggiosamente detta fase di ritardare selettivamente detti segnali è immediatamente preceduta e seguita dalle fasi di amplificare otticamente detti segnali.

Secondo un terzo aspetto la presente invenzione riguarda un amplificatore ottico, comprendente:

- una prima ed una seconda fibra ottica attiva drogata con un drogante fluorescente; - mezzi di pompaggio di dette prima e seconda fibra ottica attiva, atti a fornire potenza ottica di pompaggio;

- mezzi di accoppiamento entro detta prima fibra ottica attiva di detta potenza ottica di pompaggio e di almeno due segnali di trasmissione, a lunghezze d'onda differenti, aventi rispettivi tempi di coerenza;

- elemento di riduzione dell'interazione a quattro onde fra detti segnali, otticamente collegato in serie fra detta prima e detta seconda fibra ottica attiva,

in cui detto elemento di riduzione dell'interazione a quattro onde comprende un circuito ottico includente percorsi ottici di lunghezza differente in cui vengono inviati selettivamente detti segnali di trasmissione, e dette lunghezze sono tali che almeno due fra i segnali subiscono un ritardo relativo maggiore dei rispettivi tempi di coerenza.

Preferibilmente almeno una porzione di detti percorsi ottici è comune a detti segnali.

In particolare detto drogante fluorescente è l'Erbio e vantaggiosamente detta fibra attiva comprende come ulteriori droganti Alluminio, Germanio, Lantanio.

Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione, con riferimento alle figure allegate, in cui si mostra:

in fig. 1 uno schema di un sistema di comunicazione ottica a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda secondo l'invenzione;

in fig. 2 uno schema di un amplificatore ottico di linea a due stadi;

in fig. 3 uno schema di un circuito ottico secondo l'invenzione per la riduzione del rumore ottico derivante da FWM;

in fig. 4 uno schema di un esperimento cui è stato sottoposto un dispositivo secondo l'invenzione;

in fig. 5 una curva spettrale della potenza trasmessa attraverso due filtri in fibra ottica, collegati in serie fra loro, del tipo a riflessione di Bragg distribuita, impiegati nel dispositivo sperimentale di figura 4;

in fig. 6A, 6B grafici dei risultati di un esperimento e di una simulazione numerica relativi alla potenza normalizzata del segnale di FWM generato in presenza di due segnali di comunicazione, al variare della lunghezza d'onda di uno dei segnali, nel primo (A) e nel secondo (B) stadio del dispositivo sperimentale di figura 4;

in fig. 7 un grafico della potenza normalizzata del segnale derivante da interazione a quattro onde misurata nel corso dell'esperimento, al variare della lunghezza d'onda di uno dei canali trasmessi, con e senza il circuito ottico per la riduzione del rumore, confrontata con una simulazione numerica relativa al caso di linea di comunicazione priva di circuito ottico di riduzione del rumore;

in fig. 8 uno schema di un amplificatore di linea a due stadi di pompaggio secondo l'invenzione comprendente un circuito ottico per la riduzione del rumore ottico derivante da FWM;

in fig. 9 uno schema di un amplificatore di linea a singolo stadio di pompaggio secondo l'invenzione comprendente un circuito ottico per la riduzione del rumore ottico derivante da FWM

in fig. 10 uno schema di un circuito ottico secondo l'invenzione per la riduzione del rumore ottico derivante da FWM lungo una linea di comunicazione ottica bidirezionale;

Un sistema di telecomunicazione ottica a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda verrà illustrato con l'ausilio della figura 1.

La presente descrizione fa riferimento al caso di un sistema di telecomunicazioni che impiega quattro canali indipendenti di comunicazione con diverse lunghezze d'onda. Tuttavia questo caso particolare è utilizzato solo a titolo esemplificativo; quanto descritto nel seguito si intende esteso, tranne ove diversamente specificato, al caso generale di un numero qualunque di canali di comunicazione a lunghezze d'onda diverse.

Il sistema di comunicazione di figura 1 comprende una stazione di trasmissione 3, che prevede le sorgenti di segnali ottici 1, 2, 2', 2", ciascuna con una diversa lunghezza d'onda λ1, λ2, λ1'. λ2". compresa nella banda di lavoro utile degli amplificatori disposti successivamente nel sistema, e con una larghezza di riga Δν1, Δν2, Δν2', Δν2".

I segnali ottici sono alimentati ad un combinatore di segnale 81, atto ad inviare in una unica fibra ottica di uscita 82 contemporaneamente i segnali alle lunghezze d'onda λ1, λ2', V

In generale, il combinatore di segnale 81 è un dispositivo ottico passivo, mediante il quale i segnali ottici trasmessi su rispettive fibre ottiche sono sovrapposti in una unica fibra; dispositivi di tal genere sono ad esempio costituiti da accoppiatori a fibre fuse, in ottica planare, microottica e simili, disponibili in commercio.

Attraverso la fibra 82 i segnali ottici sono inviati ad un amplificatore di potenza 83, che ne eleva il livello fino ad un valore sufficiente a percorrere il successivo tratto di fibra ottica intercorrente prima di nuovi mezzi di amplificazione, mantenendo al termine un livello di potenza sufficiente a garantire la qualità trasmissiva richiesta.

All'amplificatore 83 è quindi collegato un primo tratto 84a di linea ottica, usualmente costituito da una fibra ottica monomodale, di tipo a salto di indice, inserita in un adatto cavo ottico, di alcune decine (o centinaia) di chilometri di lunghezza, ad esempio di circa 100 chilometri.

Al termine di detto primo tratto 84a di linea ottica è collegato un primo circuito ottico 10a, descritto nel seguito, atto a ridurre il rumore ottico derivante da intermodulazione fra i canali di comunicazione per effetto di interazione a quattro onde. L'uscita del circuito ottico 10a termina in un primo amplificatore di linea 85a, atto a ricevere i segnali, attenuati nel percorso in fibra, e ad amplificarli fino ad un livello sufficiente ad alimentarli ad un secondo tratto di fibra ottica 84b, di caratteristiche analoghe al tratto precedente.

Successivi circuiti per la riduzione del rumore ottico 10b, 10c, 10d, amplificatori di linea 85b, 85c, 85d e tratti di fibra ottica 84c, 84d, 84e coprono la distanza di trasmissione complessiva richiesta, fino a pervenire ad una stazione di ricezione 6, che comprende un preamplificatore 87, atto a ricevere i segnali e ad amplificarli, compensando la perdita data dalle successive apparecchiature di demultiplazione, fino ad un livello di potenza adeguato alla sensibilità dei dispositivi di ricezione.

Dal preamplificatore 87 i segnali sono inviati ad un demultiplatore 88, attraverso cui i segnali stessi sono separati in dipendenza dalle relative lunghezze d'onda, e quindi inviati alle rispettive apparecchiature di ricezione 89, 90, 90', 90".

Il demultiplatore 88 è un dispositivo atto a ripartire su più fibre in uscita i segnali ottici alimentati ad una fibra in ingresso, separandoli in relazione alle rispettive lunghezze d'onda; tale demultiplatore può essere costituito da un divisore a fibre fuse, che suddivide il segnale in ingresso in segnali su più fibre di uscita, ciascuno dei quali segnali è alimentato ad un rispettivo filtro passa-banda, centrato su ciascuna delle lunghezze d'onda di interesse.

Ad esempio, può essere usato un componente uguale al combinatore di segnale 81, già descrìtto, montato in configurazione opposta, in unione con rispettivi filtri passa-banda. Filtri passa-banda del tipo indicato sono ad esempio posti in commercio da MICRON-OP-TICS, INC., 2801 Buford Hwy, Suite 140, Atlanta, Georgia, US; un modello adatto è FFP-100.

La configurazione descritta si presta in modo particolarmente soddisfacente a trasmissioni su distanze dell'ordine di circa 500 Km, con velocità di trasmissione elevata, ad esempio 2,5 Gbit/s (realizzando con quattro lunghezze d'onda multiplate una capacità di trasmissione equivalente a 10 Gbit/s su singola lunghezza d'onda), facendo uso di quattro amplificatori di linea, di un amplificatore di potenza e di un pre- .

Ai fini della presente invenzione e per l'impiego sopra descritto, l'amplificatore di potenza 83 è, ad esempio, un amplificatore ottico a fibra di tipo commerciale, avente le seguenti caratteristiche:

potenza di ingresso -13,5 -3,5 dBm

potenza di uscita 12 → 14 dBm

lunghezza d'onda di lavoro 1534 1560 nm.

L'amplificatore di potenza è privo di filtro ferma-banda.

Un modello adatto è TPA/E-MW, posto in commercio dalla Richiedente.

Detto amplificatore fa uso di fibra ottica attiva drogata con Erbio, di tipo Al/Ge/Er.

Per amplificatore di potenza si intende un amplificatore funzionante in condizioni di saturazione, in cui la potenza in uscita dipende dalla potenza di pompaggio, come descritto in dettaglio nel brevetto europeo EP 439.867, qui incorporato per riferimento.

Ai fini della presente invenzione e per l'impiego sopra descritto, per preamplificatore si intende un amplificatore posto all'estremo della linea, in grado di elevare il segnale da alimentare al ricevitore ad un valore opportunamente superiore alla soglia di sensibilità del ricevitore stesso (per esempio da -26 a -11 dBm in ingresso al ricevitore), nel contempo introducendo il minimo rumore possibile e mantenendo l'equalizzazione dei segnali.

Ad esempio, per realizzare il preamplificatore 87 può essere usato un amplificatore di linea facente uso della stessa fibra attiva degli amplificatori di linea 85a-85d, descritti nel seguito, oppure un preamplificatore espressamente disegnato allo scopo in base a specifiche esigenze.

Un modello adatto è RPA/E-MW, posto in commercio dalla Richiedente.

La configurazione del sistema di trasmissione sopra descritta si mostra particolarmente adatta a fornire le prestazioni desiderate, in particolar modo per trasmissione su più canali a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda, se viene operata una particolare scelta delle proprietà degli amplificatori di linea che ne fanno parte, in particolare per quanto riguarda la capacità di trasmettere le lunghezze d'onda selezionate senza che alcune di esse risultino penalizzate rispetto ad altre.

In particolare, si può garantire il comportamento uniforme per tutti i canali, nella banda di lunghezze d'onda compresa tra 1530 e 1560 nm, in presenza di amplificatori adatti ad operare in cascata, facendo uso di amplificatori di linea che abbiano una risposta sostanzialmente uniforme (o "piatta") alle varie lunghezze d'onda, nel funzionamento in cascata.

Al fine sopra indicato un amplificatore, previsto per l'impiego come amplificatore di linea, è stato realizzato secondo lo schema mostrato in figura 2 e comprende una prima fibra attiva 62, drogata con Erbio, ed un relativo laser di pompa 64, ad essa collegato attraverso un accoppiatore dicroico 63; un primo isolatore ottico 61 è posto a monte della fibra 62, nel senso del percorso del segnale da amplificare, mentre un secondo isolatore ottico 65 è posto a valle della fibra attiva stessa.

L'amplificatore comprende inoltre una seconda fibra attiva 66 drogata con Erbio, associata ad un relativo laser di pompa 68 attraverso un accoppiatore dicroico 67; a valle della fibra 66 è quindi presente un ulteriore isolatore ottico 69.

In alternativa, non illustrata, l'amplificatore di linea può essere realizzato anche in configurazione a singolo stadio, in base alle specifiche esigenze di impiego.

In una forma di realizzazione preferita, neH'amplifìcatore di linea del tipo sopra descrìtto è impiegata una fibra attiva drogata con Erbio, come descritto in dettaglio nella domanda di brevetto italiana NT MI94A 000712 del 14 Aprile 1994 della stessa Richiedente, che si incorpora per riferimento, ed i cui contenuti sono qui di seguito riassunti.

Una composizione e caratteristiche ottiche preferite delle fibre attive deH'amplificatore di linea sono riepilogate nella tabella seguente:

Le analisi delle composizioni sono state realizzate su preforma (prima della filatura della fibra) mediante una microsonda abbinata ad un microscopio elettronico a scansione (SEM HITACHI).

Le analisi sono state condotte a 1300 ingrandimenti in punti discreti, disposti lungo un diametro e separati di 200 μm l'uno dall'altro. Le fibre indicate sono state realizzate mediante la tecnica di deposizione chimica in fase vapore, all'interno di un tubo in vetro di quarzo. Nelle fibre indicate, l'incorporazione di Germanio come drogante nella matrice di Si02 nei nucleo della fibra è ottenuta in fase di sintesi.

L'incorporazione di Erbio, Allumina e Lantanio nel nucleo della fibra è stato ottenuto mediante la tecnica detta del "drogaggio in soluzione”, in cui una soluzione acquosa di cloruri dei droganti è posta in contatto con il materiale di sintesi del nucleo della fibra, mentre esso si trova allo stato particellare, prima del consolidamento della preforma.

Maggiori dettagli sulla tecnica del drogaggio in soluzione si possono rilevare ad esempio in US 5.282.079, che si incorpora per riferimento.

I laser di pompa 64, 68, sono preferibilmente laser di tipo Quantum Well, con le seguenti caratteristiche:

lunghezza d'onda di emissione λρ = 980 nm;

potenza ottica massima di uscita Pu = 80 mW.

Laser del tipo indicato sono prodotti, ad esempio, da LASERTRON Ine., 37 North Avenue, Burlington, MA (USA).

Gli accoppiatori dicroici 63, 67 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 GOULD Ine., Fibre Optic Division, Baymeadow Drive, Glem Bumie, MD (US) e da SIFAM Ltd., Fibre Optic Division, Woodland Road, Torquay, Devon (GB).

Gli isolatori ottici 61, 65, 69 sono isolatori ottici di tipo indipendente dalla polarizzazione del segnale di trasmissione, con isolamento maggiore di 35 dB e riflettività inferiore a -50 dB.

Gli isolatori sono, ad esempio, il modello MDL 1-15 PIPT-A S/N 1016 della società ISO-WAVE, 64 Harding Avenue, Dover, NJ (US) o il modello PI FI 1550 IP02 della E-TEK DYNAMICS Ine., 1885 Lundy Ave., San Jose, CA (US).

L'amplificatore di linea descritto è previsto per il funzionamento con una potenza ottica di uscita complessiva (segnali più emissione spontanea) di circa 14 dBm e con un guadagno per piccoli segnali di circa 30 dB.

Nelle condizioni previste di funzionamento la potenza totale in ingresso al secondo stadio ha preferìbilmente un valore di circa 10 dBm, ed il secondo stadio opera in condizioni di saturazione. La potenza totale in uscita varia preferìbilmente di una quantità inferiore a circa 0,2 dBm per ogni dB di variazione della potenza totale in ingresso al secondo stadio. Con riferimento alla figura 3 verrà ora descritto un dispositivo secondo la presente invenzione per la riduzione del rumore ottico dovuto a interazione a quattro onde.

Il circuito ottico 10 comprende un cireolatore ottico 15, dotato di tre porte di accesso, indicate nell'ordine con 11, 12, 13, un filtro ottico 16 con riflessione selettiva alla lunghezza d'onda λ,, collegato alla porta 12 del cireolatore ottico 15, ed un circuito 17 di ritardo selettivo alla lunghezza d'onda comprendente una porzione 18 di fibra ottica monomodale, con un estremo connesso all'uscita del filtro 16, ed un filtro ottico 19, con riflessione selettiva alla lunghezza d'onda λ2, connesso all'altro estremo della porzione di fibra ottica 18. La porzione di fibra ottica monomodale 18 ha una lunghezza pari o superiore alla metà del valore massimo lc tra le lunghezze di coerenza ν/πΔν1, ν/πΔν2 ν/πΔν2', ν/πΔν2" delle sorgenti 1 , 2, 2', 2" dove v indica la velocità di propagazione della radiazione luminosa nella fibra.

Per filtro con riflessione selettiva alla lunghezza d'onda λ di uno dei segnali di comunicazione in un sistema di comunicazione a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda si intende un componente ottico in grado di riflettere una frazione sostanziale della radiazione con lunghezza d'onda compresa in una banda di lunghezza d'onda prefissata e trasmettere una frazione sostanziale della radiazione con lunghezza d'onda esterna a tale banda prefissata, dove tale banda di lunghezze d'onda prefissata include detta lunghezza d'onda λ ed esclude le lunghezze d'onda degli altri segnali di comunicazione.

Il circuito ottico 10 comprende anche i circuiti di ritardo selettivi 17', 17" ciascuno composto da una porzione di fibra ottica monomodale 18', 18" di lunghezza pah o superiore a lc / 2, avente un estremo connesso all'uscita del filtro del precedente circuito di ritardo selettivo e l'altro estremo connesso ad un ingresso di un filtro ottico 19', 19" con riflessione selettiva alla lunghezza d'onda λ,', λ,".

Le porte 11 e 13 del cireolatore ottico 15 sono previste per il collegamento lungo una linea di comunicazione a fibra ottica prevista per la trasmissione di segnali ottici alle lunghezze d’onda λ1, X2, λ2', λ2".

In particolare il circuito 10 è previsto per il collegamento lungo una linea di comunicazione con amplificatori ottici in cascata, ad esempio quella descritta con riferimento alla figura 1. In questo caso le porte 11 e 13 del cireolatore ottico 15 verranno collegate rispettivamente con l'uscita di una delle fibre ottiche 84a - 84d e con l'ingresso di uno degli amplificatori di linea 85a - 85d.

L'uscita dell'ultimo filtro a riflessione selettiva (quello posto a maggiore distanza dal cireolatore ottico), deve essere opportunamente terminata, in modo da evitare riflessioni spurie di radiazione verso il cireolatore ottico. A questo scopo può essere adottata una delle tecniche note al tecnico del ramo, per esempio la terminazione mediante un connettore angolato a bassa riflessione 24. Un connettore adatto è ad esempio il modello FC/APC, prodotto da SEIKOH GIKEN, 296-1 Matsuhidai, Matsudo, Chiba (JP). Se il circuito ottico 10 è posto lungo una linea di comunicazione con amplificatori ottici in cascata, la terminazione può essere anche effettuata mediante un accoppiatore dicroico, atto a separare la radiazione di pompa residua deH'amplificatore collegato a monte del circuito 10 dall'emissione spontanea dello stesso amplificatore, cosi da poter effettuare un monitoraggio delle rispettive intensità.

Le connessioni ottiche fra i vari componenti del circuito ottico possono essere realizzate mediante una delle tecniche note, ad esempio mediante saldatura a fusione. Le connessioni ottiche fra i diversi circuiti di ritardo selettivo 17, 17', 17" possono essere anche realizzate mediante connettori ottici, preferibilmente del tipo a bassa riflessione, in modo da consentire una facile aggiunta o rimozione di ulteriori circuiti di ritardo selettivo.

In alternativa è possibile realizzare la linea di ritardo selettiva, comprendente l'insieme del filtro ottico 16 e dei circuiti di ritardo selettivo 17, 17', 17", lungo un singolo tratto di fibra ottica, realizzando lungo di esso, a distanze maggiori di lc / 2 l'uno dall'altro, i filtri 16, 19, 19', 19", mediante le tecniche che verranno descritte nel seguito. Il tratto di fibra ottica viene dunque collegato alla porta 12 del cireolatore ottico. Questa alternativa presenta il vantaggio di non richiedere connessioni ottiche fra i diversi componenti della linea di ritardo selettiva, così da eliminare del tutto le relative attenuazioni.

Tale linea di ritardo selettiva può essere anche realizzata in una versione modulare, secondo un'ulteriore alternativa, predisponendo lungo tratti di fibra ottica, secondo le tecniche illustrate nel seguito, un numero predeterminato di filtri a riflessione selettiva, con distanze reciproche maggiori di lc / 2. Tratti di fibra ottica di questo tipo possono essere predisposti per diverse combinazioni di lunghezze d'onda e di larghezza di banda dei filtri, e possono venire connessi alternativamente alla porta 12 del cireolatore ottico oppure collegati in serie fra loro, a seconda del numero e delle caratteristiche dei canali che si intendono impiegare nel sistema di comunicazione.

In ciascuna delle versioni descritte, l'ordine con cui sono disposti lungo la linea di ritardo selettiva i filtri a riflessione selettiva 16, 19, 19', 19" non costituisce un aspetto critico della presente invenzione: tale ordine può essere modificato in fase di realizzazione della stessa.

I circolatori ottici sono componenti ottici passivi, dotati in generale di tre o quattro porte poste in una sequenza ordinata, che trasmettono unidirezionalmente la radiazione in ingresso da ciascuna delle porte verso una sola delle altre porte e precisamente verso la successiva nella sequenza. I circolatori impiegati sono preferibilmente del tipo con risposta indipendente dalla polarizzazione. I circolatori ottici sono componenti disponibili commercialmente. Adatti all'impiego nella presente invenzione sono ad esempio il modello CR1500, prodotto da JDS FITEL Inc., 570 Heston Drive, Nepean, Ontario (CA) o il modello PIFC-100 prodotto dalla già citata E-TEK DYNAMICS.

Filtri a riflessione selettiva adatti per l'impiego nella presente Invenzione sono ad esempio i filtri in guida d'onda ottica a riflessione di Bragg distribuita. Essi riflettono la radiazione in una stretta banda di lunghezze d'onda e trasmettono la radiazione all'esterno di tale banda. Sono costituiti da una porzione di una guida d'onda ottica, ad esempio fibra ottica, lungo la quale l'indice di rifrazione presenta una variazione periodica: se le porzioni di segnale riflesse in corrispondenza di ogni cambio d'indice risultano in fase tra loro si ha interferenza costruttiva e il segnale incidente viene riflesso. La condizione di interferenza costruttiva, corrispondente al massimo della riflessione, è espressa dalla relazione 2 · I = λ, / n, dove I indica il passo del reticolo formato dalle variazioni di indice di rifrazione, λ, la lunghezza d'onda della radiazione incidente ed n l'indice di rifrazione del nucleo della guida d'onda ottica. Il fenomeno descritto è indicato in letteratura come riflessione distribuita alla Bragg.

La variazione periodica di indice di rifrazione può essere ottenuta con tecniche note, per esempio esponendo una porzione di fibra ottica, privata del rivestimento protettivo, alle frange di interferenza formate da un intenso fascio UV (come quello generato da un laser a eccimeri, un laser ad Argon duplicato in frequenza o un laser a Nd:YAG quadruplicato in frequenza) fatto interferire con sé stesso mediante un adeguato sistema interferometrico, ad esempio mediante una maschera di fase in Silicio, come descritto nel brevetto US 5.351.321. La fibra, ed in particolare il nucleo, vengono così esposti a radiazione UV di intensità che varia periodicamente lungo l'asse ottico. Nelle parti del nucleo raggiunte dalla radiazione UV si verifica una rottura parziale dei legami Ge - O, che provoca una modifica permanente dell'indice di rifrazione.

Scegliendo il passo del reticolo in modo da verificare la relazione di interferenza costruttiva si può determinare a piacere la lunghezza d'onda centrale della banda riflessa.

Con questa tecnica è possibile ottenere filtri con una banda di lunghezze d'onda riflessa a -3 dB tipicamente di soli 0,2 0,3 nm, riflettività al centro della banda fino al 99%, lunghezza d'onda centrale della banda riflessa determinabile in fase di realizzazione entro circa ± 0,1 nm e variazione della lunghezza d'onda centrale della banda con la temperatura non superiore a 0,02 nm/°C.

Nel caso in cui le lunghezze d'onda delle sorgenti 1, 2, 2', 2" abbiano un intervallo di tolleranza più ampio di 0,2 0,3 nm, è necessario disporre di filtri con una banda passante di ampiezza corrispondente. Per sorgenti costituite da laser a semiconduttore attualmente di comune impiego, ad esempio, la lunghezza d'onda di emissione è tipicamente determinata con una precisione di ± 1 nm.

E' possibile realizzare filtri in fibra ottica a riflessione di Bragg distribuita con le caratteristiche indicate: l'ampiezza della banda in riflessione può essere resa maggiore di 0,2 0,3 nm imponendo un passo variabile al reticolo, impiegando tecniche note, per esempio, dall'articolo di P.C. Hill et al. pubblicato su Electronics Letters, voi. 30, n. 14, 07/07/94, pag.

1172-1174.

Se le condizioni operative in una linea di comunicazione ottica lungo la quale è impiegato il dispositivo di figura 3 sono tali da rendere necessaria la compensazione della dispersione cromatica alle lunghezze d'onda dei segnali di comunicazione, è possibile impiegare, per i filtri a riflessione selettiva 16, 19, 19', 19", filtri a fibra ottica a riflessione di Bragg distribuita con reticolo a passo variabile, realizzati con le caratteristiche note, per esempio, dall'articolo di F. Ouellette pubblicato su Optics Letters, Voi. 12, n. 10, pag. 847-849, dell'ottobre 1987.

Se è previsto l'impiego del circuito ottico 10 in condizioni caratterizzate da variazioni significative di temperatura, può essere necessario stabilizzare termicamente i filtri in fibra ottica 16, 19, 19', 19".

Il funzionamento del dispositivo di figura 3 avviene nella maniera seguente: i segnali alle lunghezze d'onda λ1, λ2, X2', λ2", giungono alla porta 11 del cireolatore ottico 15, e da qui propagano verso la porta 12 dello stesso. I segnali raggiungono quindi il filtro a riflessione selettiva 16. Il segnale con lunghezza d'onda X, viene riflesso verso la porta 12 del cireolatore, e da qui propaga verso la porta 13 dello stesso. La radiazione con lunghezza d'onda esterna ad una stretta banda centrata a λ1, tra cui i rimanenti segnali a lunghezze d'onda λ2, λ2', λ2", vengono invece trasmessi dal filtro 16 e raggiungono, attraverso la porzione 18 di fibra ottica monomodale, il filtro a riflessione selettiva 19, che riflette la radiazione con lunghezza d'onda X2 e trasmette gli altri segnali. Il segnale a lunghezza d'onda X2, ritorna attraverso la fibra 18 ed il filtro 16 alla porta 12 del cireolatore ottico, dove si sovrappone al segnale con lunghezza d'onda X1. Per effetto del doppio passaggio attraverso la porzione 18 di fibra ottica, il segnale con lunghezza d'onda viene scorrelato in fase dal segnale a lunghezza d'onda λ1, ovvero sfasato di una lunghezza 1C' maggiore della lunghezza di coerenza delle sorgenti 1 e 2. I segnali alle altre lunghezze d'onda λ2', λ2", trasmessi attraverso il filtro 19 e la porzione 18' di fibra ottica, raggiungono il filtro 19', dal quale il segnale a lunghezza d'onda λ2' viene riflesso. Tale segnale ritorna quindi alla porta 12 del cireolatore ottico 15 sfasato di una lunghezza maggiore di 2 IC rispetto al segnale a lunghezza d'onda λ,, e di una lunghezza maggiore di lc rispetto al segnale a lunghezza d'onda λ2, ovvero sfasato di una lunghezza maggiore della lunghezza di coerenza rispetto a ciascuno dei due segnali e quindi scorrelato in fase da entrambi.

Il segnale alla lunghezza d'onda λ2". infine, viene riflesso dal filtro 19". Per effetto del doppio percorso attraverso il tratto 18" di fibra ottica, esso si sovrappone agli altri segnali sfasato di una lunghezza maggiore della lunghezza di coerenza rispetto a ciascuno di essi e quindi scorrelato in fase da essi.

Dalla porta 12 del cireolatore ottico 15 i segnali propagano infine verso la porta 13 dello stesso, che è collegata alla linea di comunicazione ottica come indicato nella figura 1. La descrizione fin qui fatta è immediatamente estensibile ad un numero maggiore di segnali ad altre lunghezze d'onda. Il dispositivo può essere facilmente predisposto per funzionare con un numero a piacere di segnali di comunicazione a lunghezze d'onda diverse, collegando, in una qualsiasi successione, un circuito di ritardo selettivo per ogni canale di comunicazione oltre al primo.

Un tale dispositivo è facilmente modificabile anche dopo la realizzazione, in modo da poterlo riconfigurare per il numero voluto di canali.

La descrizione del dispositivo per la riduzione del rumore ottico fin qui fatta con riferimento alla figura 3 ha riguardato la configurazione preferenziale in cui detto dispositivo comprende un filtro a riflessione selettiva per ciascuno dei segnali di comunicazione trasmessi attraverso di esso.

Oltre a tale configurazione preferenziale è possibile realizzare il dispositivo secondo una configurazione alternativa, in cui solo ad alcuni dei canali di comunicazione corrispondono filtri a riflessione selettiva, separati fra loro da porzioni di fibra ottica monomodale con lunghezza superiore alla metà della massima lunghezza di coerenza dei segnali, mentre i rimanenti canali di comunicazione vengono riflessi da uno o più riflettori con banda di lunghezze d'onda in riflessione sufficientemente ampia. Tale configurazione consente di scorrelare in fase tra loro alcuni dei segnali di FWM generati a monte del dispositivo per la riduzione del rumore ottico dai corrispondenti segnali di FWM generati a valle del dispositivo.

Esperimento

Per verificare il funzionamento del dispositivo per la riduzione del rumore ottico, la Richiedente ha messo a confronto nel corso di un esperimento una linea di comunicazione ottica secondo l'invenzione con una linea di comunicazione ottica di tipo tradizionale.

La configurazione sperimentale verrà ora descritta con riferimento alla figura 4.

Con 31 e 32 sono state indicate due sorgenti ottiche coerenti. Si tratta di due laser sintonizzabili a semiconduttore del tipo a cavità esterna, rispettivamente il modello HP81678A prodotto dalla HEWLETT PACKARD Co., Rockwell, MD (US) e il modello TSL-80 prodotto dalla SANTEC, Micom Valley Tohkadai, Kamisue, Komaki, Aichi 485 (JP). La larghezza di riga di queste sorgenti è di circa Δν = 100 KHz. Mediante la relazione Ι6=ν/πΔν, dove v indica la velocità di propagazione della radiazione lungo la fibra, si ricava per la lunghezza di coerenza nella fibra delle sorgenti impiegate il valore le = 650 m.

La polarizzazione del segnale prodotto dalla sorgente 32 è stata allineata alla polarizzazione del segnale prodotto dalla sorgente 31 mediante un dispositivo per il controllo della polarizzazione 33, posto all'uscita della sorgente 32, costituito da due elementi, orientabili intorno ad un asse, formati da spire di fibra ottica monomodale di circa 20 40 mm di diametro, t due segnali allineati in polarizzazione sono stati combinati tramite un accoppiatore 34 a -3 dB ed inviati ad un amplificatore di potenza 35 del già citato modello TPA/E-MW, posto in commercio dalla Richiedente.

I segnali amplificati sono stati inviati lungo il primo stadio della linea di trasmissione, costituito dalla fibra ottica monomodale a dispersione spostata 36, avente una lunghezza L1 = 13,8 Km. La fibra presenta una dispersione nulla intorno alla lunghezza d'onda di 1543 nm, una pendenza della curva di dispersione di circa 0,1 ps/(nm<2>-km) e un assorbimento alle lunghezze d'onda utilizzate di circa 0,21 dB/km.

Al termine della fibra ottica 36 è stato collegato il circuito 20 per la riduzione del rumore ottico. Esso comprende un cireolatore ottico 15, del modello CR1500, della già citata JDS FITEL, collegato tramite la porta 11 alla fibra ottica 36; un filtro in fibra ottica 16 a riflessione di Bragg distribuita, collegato alla porta 12 del cireolatore ottico, con riflettività massima alla lunghezza d'onda di 1543,7 nm; una fibra ottica monomodale 18, collegata all'uscita del filtro 16, della lunghezza di 460 m, superiore quindi alla metà della lunghezza di coerenza (circa 325 m, nel caso delle sorgenti impiegate); un filtro in fibra ottica 19 a riflessione di Bragg distribuita, collegato alla fibra 18 e scelto di volta in volta con caratteristiche spettrali adattate alla lunghezza d'onda dei segnali nel corso dell'esperimento. La figura 5 mostra la curva spettrale 47 della potenza riflessa dal filtro 16 descritto, collegato in serie con uno dei filtri 19 impiegati nel corso dell'esperimento. Per questa misura i filtri sono stati collegati, come nella configurazione sperimentale della figura 4, alla porta centrale di un cireolatore ottico. La curva 47, riferita alla scala indicata a sinistra del grafico, riporta la potenza misurata alla porta di uscita di tale cireolatore ottico, mentre alla porta di ingresso del cireolatore era presente un segnale con la potenza spettrale indicata in figura 5 dalla curva 48, riferita alla scala indicata a destra del grafico.

II circuito ottico 20 comprende ancora un filtro interferenziale sintonizzabile 21 , collegato all'uscita del filtro 19 e regolato in modo da trasmettere la lunghezza d'onda del segnale generato per interferenza a quattro onde ed eliminare le componenti alle lunghezze d'onde dei segnali residue dopo il passaggio della radiazione attraverso i filtri 16 e 19. Il filtro 21 è stato collegato ad un ingresso dell'accoppiatore a -3 dB 22, all’altro ingresso del quale è stata connessa la porta 13 del cireolatore ottico 15. Le connessioni fra i componenti ottici sono state realizzate mediante saldatura a fusione.

Mediante il filtro 21 e l'accoppiatore 22, che non sono presenti nello schema generale del circuito 10 di riduzione del rumore descritto con riferimento alla figura 3, si consente il passaggio al secondo stadio della linea di comunicazione alla radiazione prodotta per interazione a quattro onde nel primo stadio.

Il passaggio di tale radiazione viene consentito per il seguente motivo: l'esperimento è relativo al caso di segnali di comunicazione a due sole lunghezze d'onda; in queste condizioni il segnale generato per FWM ha una lunghezza d'onda diversa da quella dei due segnali e si sarebbe potuto eliminare il problema della sua propagazione lungo la linea di comunicazione mediante l'impiego di filtri; tale tecnica del filtraggio della radiazione di FWM non sarebbe tuttavia utilizzabile, come precedentemente indicato, nel caso più generale di un numero maggiore di canali di comunicazione, in cui le lunghezze d'onda dei segnali generati per FWM possono coincidere con le lunghezze d'onda dei canali stessi e non verrebbero quindi filtrate; per poter eseguire un esperimento con due soli segnali di comunicazione che permetta di verificare in che modo i segnali derivanti da interazione a quattro onde nei due stadi si sommano, un esperimento che sia quindi significativo anche per il caso più generale, è necessario consentire il passaggio al secondo stadio della radiazione prodotta per FWM nel primo stadio; il filtro 21 e l'accoppiatore 22 hanno questa funzione.

Gli accoppiatori a -3 dB, 22 e 34 sono del tipo a fibre fuse, prodotti dalla già citata GOULD.

Al circuito 20 è stato fatto seguire un amplificatore di linea 37 e precisamente il modello OLA/E-MW, realizzato dalla Richiedente, che è basato su una fibra attiva drogata con Erbio pompata otticamente alla lunghezza d'onda di = 980 nm. Questo amplificatore di linea presenta, alla potenza totale dei canali in ingresso di -20 dBm, un guadagno di circa 30 dB. La potenza ottica di uscita complessiva (segnali più emissione spontanea amplificata) è invece di circa 12 14 dBm.

I segnali uscenti dall'amplificatore di linea 37 sono stati inviati al secondo stadio della linea di trasmissione, costituito da una fibra ottica monomodale a dispersione spostata 38, con lunghezza L2 = 5,1 Km. La fibra presenta una dispersione nulla intorno alla lunghezza d'onda di 1545 nm, una pendenza della curva di dispersione di circa 0,1 ps/(nm<2 >km) e un assorbimento alle lunghezze d'onda utilizzate di circa 0,21 dB/km.

Dopo la propagazione nella fibra ottica 38 i segnali sono stati analizzati con un analizzatore di spettro ottico 39, del modello MS9030A/MS9701B, prodotto da ANRITSU Corp., 5-10-27 Minato-ku, Tokyo (JP).

Le figure 6A e 6B riportano i grafici della potenza del segnale di FWM generato rispettivamente lungo le fibra ottiche 36 e 38, misurata, al variare della lunghezza d'onda della sorgente 32, per una lunghezza d'onda fissa della sorgente 31. Per questa misura ciascuna delle due fibre è stata collegata direttamente fra un attenuatore variabile, collegato all'uscita deH'amplificatore 35, e l'analizzatore di spettro 39, escludendo temporaneamente gli altri componenti del circuito ottico e inviando una potenza di 2 4 mW per ciascuno dei due canali all'ingresso della fibra. I valori di potenza, in μW , riportati nelle figure 6A e 6B sono tuttavia normalizzati rispetto a segnali di ingresso con potenza di 1 mW (0 dBm) per canale, secondo la relazione:

dove P<in >31, P<in>32 sono i valori delle potenze delle portanti ottiche in ingresso. La polarizzazione del segnale proveniente dalla sorgente 32 è stata ruotata mediante il dispositivo 33 fino a rendere massimo il segnale di FWM misurato all'uscita della fibra 36 o rispettivamente della fibra 38.

Per la fibra 36 (figura 6A) la lunghezza d'onda λ1 della sorgente ottica 31 è stata fissata a 1533,58 nm e sono state eseguite misure della potenza generata per interazione a quattro onde variando la lunghezza d'onda λ2 della sorgente ottica 32 fra i valori di 1542,80 nm e 1543,80 nm, con passo di circa 0,05 nm. I risultati delle misure sono indicati dai quadretti pieni nella figura 6A, uniti dalla linea 41. Sono distintamente visibili tre picchi alle lunghezze d’onda di 1543,05 nm, 1543,51 nm e 1543,66 nm, spiegabili secondo la Richiedente con il fatto che a quelle lunghezze d'onda si annulla il valore della dispersione per la fibra 36 impiegata nell'esperimento ed è verificata la condizione di accordo di fase. Una simulazione basata su un modello numerico descritto da Journal of Lightwave Technology, vol. 10, n. 11, novembre 1992, pag. 1553-1561 , è stata condotta considerando la fibra ottica 36 come costituita da tre segmenti di fibra DS, aventi dispersione nulla rispettivamente alle lunghezze d'onda λο1 = 1543,05 nm, λο2 = 1543,51 nm e λ03 = 1543,66 nm.

Gli altri parametri introdotti nel modello p i tre segmenti di fibra sono stati i seguenti:

La potenza normalizzata calcolata dei picchi di intermodulazione P,™,, alle lunghezze d'onda dei segnali λ1 = 1533,58 nm e λ2 compresa fra 1542,80 nm e 1543,80 nm, è rappresentata in figura 6A dalla curva 42.

Dal confronto tra le curve 41 e 42 si può rilevare, per la fibra ottica 36, un profilo dei picchi di intermodulazione di FWM risultante dal modello del tutto simile qualitativamente a quello rilevato sperimentalmente. Tale risultato porta a ritenere che una fibra ottica con caratteristiche di dispersione del tipo ipotizzato nella simulazione rappresenti un modello accurato della fibra ottica reale 36, nella banda di lunghezze d'onda esaminata, in particolare per quanto riguarda la generazione di segnali di FWM.

La figura 6B riporta i corrispondenti risultati relativi alia fibra ottica 38, impiegata nel secondo stadio del dispositivo sperimentale. La curva 43, che unisce i punti delle misure sperimentali, indica la potenza normalizzata dei segnali di FWM generati a partire dall'intermodulazione fra un segnale a lunghezza d'onda λ, = 1534,84 ed un segnale con lunghezza d'onda λ2 variabile, con passo di 0,1 nm, fra 1544,10 nm e 1546,00 nm. Sono presenti due massimi alle lunghezze d'onda di 1544,80 e 1545,40 nm.

Anche in questo caso si ha una buona corrispondenza fra la curva sperimentale 43 e la curva 44, relativa ad una simulazione numerica in cui la fibra ottica 38 è stata modellizzata come composta da due segmenti di fibra, con dispersione nulla rispettivamente alle lunghezze d'onda = 1544,80 nm e = 1545,40 nm e con valori per gli altri parametri identici a quelli impiegati per la simulazione relativa alla fibra ottica 36.

I dati sulla dispersione delle fibre ottiche 36 e 38 cosi ottenuti sono stati utilizzati per la successiva simulazione numerica del comportamento globale del dispositivo per la riduzione del rumore ottico di figura 4. I dati della simulazione vengono messi a confronto nella figura 7 con i risultati sperimentali.

La figura 7 riporta le potenze normalizzate p dei segnali di FWM generati per l'intermodulazione fra un primo segnale, con lunghezza d'onda λ, = 1543,7 ed un secondo segnale, con lunghezza d'onda X2 che può assumere diversi valori. Sono riportati i risultati ottenuti sia in assenza sia in presenza del circuito 20 di figura 4 per la riduzione del rumore ottico. Gli esperimenti sono stati compiuti per tre valori della lunghezza d'onda λ2 del secondo segnale, rispettivamente λ21 = 1545,50 nm, = 1546,70 nm e = 1547,80 nm. Al posto del filtro 19 dello schema di figura 4 è stato di volta in volta collegato, mediante saldatura a fusione, un filtro ottico, del tipo descritto in precedenza, con una banda di lunghezze d'onda riflesse centrata alla corrispondente lunghezza d'onda.

Le simulazioni numeriche sono state invece compiute per i valori di X2 compresi fra 1544 nm e 1549 nm.

Sull'asse delle ascisse del grafico di figura 7 è stato indicato il valore di λ2.

I valori indicati sull'asse delle ordinate sono invece quelli del parametro p, corrispondente al valore normalizzato della differenza fra la potenza PFWM(tot) dei segnali di FWM misurati all'uscita del dispositivo e la somma delle potenze PFWM(1) e PFWM(2); queste ultime rappresentano le potenze, misurate aH'uscita del secondo stadio, dei segnali di FWM generati separatamente lungo il primo ed il secondo stadio, ovvero lungo le fibre 36 e 38 dello schema di figura 4.

Più precisamente il parametro p è dato dalla seguente espressione:

Per valutare p è stato necessario misurare, per ognuna delle lunghezze d'onda λ2 dell'esperimento, oltre alla potenza totale del segnale di FWM in uscita dal dispositivo, le potenze, in uscita dal secondo stadio, dei segnali di FWM che verrebbero generati indipendentemente lungo il primo ed il secondo stadio in caso di assenza di interferenza. La potenza ottica PFWM(1) in uscita dal dispositivo del segnale derivante da interazione a quattro onde lungo il primo stadio può essere misurata direttamente, collegando temporaneamente l'analizzatore spettrale 39 all'uscita dell'amplificatore 37, ovvero all'ingresso del secondo stadio, e dividendo questo valore per il valore noto dell'attenuazione della fibra 38, che costituisce il secondo stadio.

La potenza ottica PFWM(2) del segnale derivante da interazione a quattro onde lungo il secondo stadio viene misurata, in presenza del circuito ottico per la riduzione del rumore 20, interrompendo temporaneamente il collegamento ottico fra l'uscita del filtro 21 e l'accoppiatore 22, in modo da impedire al segnale di FWM generato nel primo stadio di raggiungere il secondo stadio, senza modificare la potenza dei canali in ingresso al secondo stadio.

In assenza dei circuito per la riduzione del rumore 20 la potenza ottica PFWM(2) viene invece misurata sostituendo temporaneamente la fibra ottica 36 del primo stadio con un attenuatore di attenuazione corrispondente, in modo da eliminare la generazione di segnali di FWM senza modificare la potenza dei canali in ingresso al secondo stadio.

I punti 51 , 52, 53 nel grafico di figura 7 riportano i risultati sperimentali, per le tre lunghezze d'onda λ21, λ22 e λ23 indicate, relativi al caso in cui il circuito 20 per la riduzione dei rumore ottico è presente fra il primo ed il secondo stadio del dispositivo di figura 4.

Si può osservare che il parametro p assume costantemente un valore nullo.

La potenza complessiva generata per FWM è, per ciascuna lunghezza d'onda del secondo segnale, uguale alla somma delle potenze dei segnali di FWM generati nei due stadi. Viene quindi evitato qualsiasi effetto addizionale dovuto all'interferenza fra i due segnali di FWM generati nei singoli stadi.

In assenza del circuito 20 per la riduzione del rumore ottico, collegando cioè direttamente nel dispositivo di figura 4 l'uscita della fibra 36 all'ingresso dell'amplificatore 37, una tale interferenza è invece presente, come confermato dalle misure indicate sul grafico di fìgura 7 con i punti 54, 55, 56. Nei primi due casi la potenza complessiva del segnale di FWM all'uscita dal dispositivo è maggiore circa dell'80% rispetto alla somma delle potenze dei segnali di FWM generati nel primo e nel secondo stadio.

Nel caso della misura 56, relativa alla lunghezza d'onda del secondo segnale λ2 = λ23 la potenza complessiva del segnale di FWM all'uscita dal dispositivo è inferiore alla somma delle potenze dei segnali di FWM dei due stadi; in questo caso l'interferenza fra i due segnali di FWM del primo e secondo stadio è parzialmente distruttiva e l'inserimento del circuito ottico per la riduzione del rumore 20 rende il rumore dovuto ad FWM più elevato rispetto al caso di assenza del circuito 20.

La contraddizione è tuttavia solo apparente, in quanto in generale le lunghezze d'onda dei segnali e le caratteristiche di dispersione della fibra ottica di trasmissione non sono determinabili con precisione. In generale non è possibile, come spiegato, mettersi nella condizione più favorevole; è sempre possibile invece che, a causa dell'indeterminazione o di variazioni anche piccole in uno dei parametri, ci si venga a trovare nella condizione di interferenza positiva fra i segnali di FWM generati nei singoli stadi.

La presente invenzione consente di evitare che si possa verificare tale condizione sfavorevole, limitando la potenza del segnale di FWM complessivo alla somma delle potenze generate nei singoli stadi di amplificazione.

Le curve 57 e 58 del grafico di figura 7 riportano i risultati delle simulazioni numeriche della potenza totale dei segnali di FWM nel dispositivo a due stadi privo di circuito di riduzione del rumore.

Per la simulazione della curva 57 sono stati utilizzati per le fibre ottiche 36 e 38 dei due stadi del dispositivo i modelli descritti in precedenza con i relativi parametri numerici.

La curva 58 risulta invece da una simulazione numerica in cui, a parità di valore per tutti gli altri parametri, si sono assunte (e seguenti lunghezze d'onda di annullamento della dispersione per la fibra ottica 36 del primo stadio:

Questi valori si discostano di poco dai valori di dispersione impiegati nella prima simulazione numerica. Le differenze osservabili tra le curve 57 e 58 mostrano l'elevata sensibilità dell'interferenza fra i segnali di FWM generati nei due stadi a variazioni relativamente piccole dei valori di annullamento della dispersione lungo le fibre ottiche. Questa elevata sensibilità, unita alla relativa imprecisione con cui sono note le caratteristiche di dispersione delle fibre ottiche, spiegano secondo la Richiedente l'imperfetta coincidenza fra le misure sperimentali (la misura 56 in particolare) ed i risultati della simulazione numerica (curva 58).

Il circuito per la riduzione del rumore ottico secondo la presente invenzione è particolarmente adatto all'impiego lungo una linea di comunicazione ottica multistadio.

In particolare è adatto per l'impiego in combinazione con un amplificatore previsto come amplificatore di linea, ad esempio in combinazione con l'amplificatore di linea descritto con riferimento alla figura 2.

Una delle possibili disposizioni relative è quella indicata nella figura 1 , in cui il circuito per la riduzione del rumore ottico è disposto a valle deH'amplificatore nei senso del percorso dei segnali ottici.

Un amplificatore di linea a doppio stadio di pompaggio includente un circuito per la riduzione del rumore ottico dovuto ad interazione a quattro onde è riportato nella figura 8. I componenti corrispondenti a componenti della figura 2, già descritti, sono stati indicati con lo stesso riferimento numerico.

Un tale amplificatore comprende una prima fibra attiva 62, drogata con Erbio, ed un relativo laser di pompa 64, ad essa collegato attraverso un accoppiatore dicroico 63; un primo isolatore ottico 61 è posto a monte della fibra attiva 62, nel senso del percorso del segnale da amplificare, mentre un circuito ottico 10 per la riduzione del rumore ottico, già descritto con riferimento alla figura 3, è posto a valle della fibra attiva 62.

Il cireolatore ottico presente all'interno del circuito ottico 10 impedisce la propagazione di segnali retroriflessi, o di rumore ottico di qualsiasi origine, in direzione opposta ai segnali di comunicazione.

L’amplificatore comprende inoltre una seconda fibra attiva 66 drogata con Erbio, associata ad un relativo laser di pompa 68 attraverso un accoppiatore dicroico 67; a valle della fibra 66 è quindi presente un isolatore ottico 69.

Le caratteristiche e le tipologie dei componenti corrispondenti a quelli presenti neli'amplificatore a due stadi della figura 2 possono essere vantaggiosamente scelte in modo analogo a quel caso.

Le lunghezze delle fibre attive 62 e 66 dei due stadi e la potenza emessa dai laser di pompa 64 e 68 sono preferibilmente scelte in modo che, per una potenza totale (segnali più emissione spontanea) in ingresso di circa -16 dBm, la potenza totale in ingresso al secondo stadio sia di circa 7 dBm e la potenza totale in uscita dal secondo stadio sia di circa 13 dBm.

Il posizionamento del circuito ottico 10 fra i due stadi deH'amplificatore consente di minimizzare l'aumento della figura di rumore e le perdite dovuti all'inserimento del circuito ottico stesso; grazie alla presenza di un secondo stadio in condizioni di saturazione, infatti, viene compensata in gran parte l'attenuazione del circuito 10 e la diminuzione della potenza di uscita totale deH'amplificatore a seguito dell'inserimento del circuito ottico 10 viene limitata a circa 1 dB.

In caso di inserimento del circuito ottico 10 a monte o a valle di un amplificatore di linea, è possibile compensare l'attenuazione che ne deriva, mediante l'impiego, in serie con il circuito ottico stesso, di un corto tratto di fibra attiva alimentata tramite un accoppiatore dicroico da radiazione di pompaggio di bassa potenza (fornita ad esempio da un piccolo laser a semiconduttore), in modo da amplificare i segnali di una quantità corrispondenti all'attenuazione del circuito ottico 10.

Comunque venga posizionato rispetto all'amplificatore di linea, il circuito ottico 10 presenta il vantaggio di filtrare l'emissione spontanea propagante lungo la linea di comunicazione ottica ed eventualmente generata all'interno dell'amplificatore stesso. L'amplificatore combinato con il circuito per la riduzione del rumore, infatti, amplifica i segnali di comunicazione ed attenua la radiazione alle altre lunghezze d'onda, esterne alle bande riflesse dei filtri presenti nel circuito 10.

In alternativa a quanto descrìtto con riferimento alla figura 8, l'amplificatore di linea può essere realizzato anche in configurazione a singolo stadio di pompaggio, in base alle specifiche esigenze di impiego. Anche in questo caso un circuito per la riduzione del rumore ottico da FWM può essere vantaggiosamente combinato con l'amplificatore. Nella configurazione illustrata nella figura 9 un circuito 10 del tipo di quello descrìtto con riferimento alla figura 3 è collegato lungo la fibra attiva 1 14 dell'amplifìcatore. I segnali di comunicazione, trasmessi attraverso un isolatore ottico 111 , vengono combinati mediante un accoppiatore dicroico 112 con la radiazione di pompaggio proveniente dalla sorgente 113. In posizione intermedia lungo la fibra attiva 114 viene realizzato un opportuno by-pass per la pompa, mediante gli accoppiatori dicroici 115 e 116, mentre la radiazione nella banda di lunghezza d'onda dei segnali viene inviata attraverso il circuito ottico 10. Al termine della fibra attiva 114 è posto un secondo isolatore ottico 117.

Il circuito 10 per la riduzione del rumore ottico descrìtto con riferimento alla figura 3 consente di scorrelare fra loro i segnali di FWM generati nei diversi stadi di una linea di comunicazione ottica per intermodulazione tra i segnali di comunicazione propaganti in una direzione determinata lungo la linea stessa.

La figura 10 illustra un circuito 10' di riduzione del rumore ottico in un sistema di comunicazione ottica bidirezionale a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda, secondo una versione alternativa della presente invenzione.

II circuito 10' è previsto per il collegamento lungo una linea di comunicazione ottica bidirezionale, in particolare lungo una linea di comunicazione comprendente tratte di fibra ottica passiva intervallate da amplificatori ottici bidirezionali.

Il circuito illustrato in figura 10 è previsto per il caso di quattro canali di comunicazione in ciascuna direzione. Il dispositivo illustrato può essere tuttavia adattato, analogamente al circuito monodirezionale della figura 3, in funzione del numero di canali effettivamente impiegati per la trasmissione in ciascuna direzione.

Il circuito ottico 10' comprende un cireolatore ottico 15', dotato di quattro porte di accesso, indicate nell'ordine con 11, 12, 13, 14.

Il circuito 10' verrà ora illustrato facendo riferimento al caso di quattro segnali ottici provenienti dalla porzione della linea di comunicazione collegata alla porta 11 del cireolatore ottico, rispettivamente con le lunghezza d'onda λ1 λ2, λ2', λ2". e altri quattro segnali ottici provenienti dalla porzione della linea di comunicazione collegata alla porta 13 del cireolatore ottico, rispettivamente con le lunghezza d'onda λ7, λ8 λ8', λ8" · Le larghezze di riga dei segnali vengono rispettivamente indicate con Δν1, Δν2, Δν2 , Δν2", Δν7, Δν8, Δν8', Δν8". Alla porta 12 del cireolatore ottico 15' è collegato un filtro ottico 16 con riflessione selettiva alla lunghezza d'onda λ1. Al filtro ottico 16 è collegato un circuito 17 di ritardo selettivo alla lunghezza d'onda λ2, comprendente una porzione 18 di fibra ottica monomodale, con un estremo connesso all'uscita del filtro 16, e l'altro estremo connesso ad un filtro ottico 19, con riflessione selettiva alla lunghezza d'onda La porzione di fibra ottica monomodale 18 ha una lunghezza pari o superiore alla metà del valore massimo lc tra le lunghezze di coerenza ν/πΔν,, ν/πΔν2, ν/πΔν2', ν/πΔν2", ν/πΔν7, ν/πΔν8 ν/πΔν8', ν/πΔν8", delle sorgenti 1 , 2, 2', 2", 7, 8, 8', 8" nella fibra ottica, dove v indica la velocità di propagazione della radiazione luminosa nella fibra.

Alla porta 14 del cireolatore ottico 15' è collegato un filtro ottico 76 con riflessione selettiva alla lunghezza d'onda λ7 Al filtro ottico 76 è collegato un circuito 77 di ritardo selettivo alla lunghezza d'onda λ8, comprendente una porzione 78 di fibra ottica monomodale, con un estremo connesso aH'uscita del filtro 76, e l'altro estremo connesso ad un filtro ottico 79, con riflessione selettiva alla lunghezza d'onda λ8. La porzione di fibra ottica monomodale 78 ha una lunghezza pari o superiore a lc / 2.

Il circuito ottico 10' comprende ulteriori circuiti di ritardo selettivi 17', 17", 77', 77", ciascuno composto da una porzione di fibra ottica monomodale 18', 18", 78', 78" di lunghezza pari o superiore a lc / 2, avente un estremo connesso all'uscita del filtro del precedente circuito di ritardo selettivo e l'altro estremo connesso ad un ingresso di un filtro ottico 19’, 19", 79', 79", con riflessione selettiva alla lunghezza d'onda 21 λ2, λ8', λ8" .

Le porte 11 e 13 del cireolatore ottico 15' sono previste per il collegamento lungo la linea di comunicazione, preferibilmente in prossimità degli amplificatori ottici bidirezionali.

Per i segnali a lunghezza d'onda λ1 λ2, λ2', λ2", provenienti dalla porzione della linea di comunicazione collegata alla porta 11 del cireolatore ottico, il funzionamento del circuito è identico a quello del circuito 10 di figura 3, e si rimanda alla descrizione già fatta.

II percorso dei segnali a lunghezza d'onda λ7 λ8, λ8', λ8", provenienti dalla porzione della linea di comunicazione collegata alla porta 13 del cireolatore ottico, comprende l’uscita dalla porta 14 del cireolatore ottico, il ritorno verso la stessa porta dopo una riflessione da parte del filtro 76 o rispettivamente dei circuiti di ritardo selettivo 77, 77', 77" e l'uscita dalla porta 11 del cireolatore ottico. I segnali con lunghezze d'onda esterne alla banda riflessa dei filtri 76, 79, 79', 79" escono invece dal circuito ottico 10' attraverso la terminazione Attraverso questo circuito viene limitata l'interferenza fra i segnali di FWM generati in en¬

trambe le direzioni lungo la linea di comunicazione.

Claims (19)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sistema di telecomunicazione ottica, comprendente: - almeno due sorgenti di segnali ottici modulati a lunghezze d'onda differenti, aventi rispettivi tempi di coerenza; - un multiplatore di detti segnali in un'unica fibra ottica comune; - una linea a fibra ottica collegata ad un primo estremo a detta fibra ottica comune di detto multiplatore; - mezzi di ricezione di detti segnali, collegati ad un secondo estremo di detta linea a fibra ottica ed includenti un demultiplatore di detti segnali ottici; caratterizzato dal fatto che comprende un elemento di riduzione dell’interazione a quattro onde fra detti segnali, otticamente collegato in serie lungo detta linea a fibra ottica, comprendente un circuito ottico che include almeno due filtri selettivi in lunghezza d'onda, ciascuno relativo ad una banda di lunghezze d'onda includente uno di detti segnali ottici, detti filtri essendo collegati otticamente in serie fra loro in un percorso ottico, la lunghezza di almeno una porzione di detto percorso ottico compresa fra due filtri consecutivi essendo superiore alla lunghezza corrispondente al tempo di coerenza di almeno una di dette sorgenti di segnali ottici.
2. 2) Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto circuito ottico include, per ciascuno di detti segnali ottici, un filtro selettivo in lunghezza d'onda relativo ad una banda di lunghezze d’onda includente il corrispondente segnale ottico ed escludente i rimanenti segnali ottici, detti filtri essendo collegati otticamente in serie fra loro in un percorso ottico, la lunghezza delle porzioni di detto percorso ottico comprese fra due filtri consecutivi essendo superiori alla lunghezza corrispondente al tempo di coerenza di ciascuna di dette sorgenti di segnali ottici.
3. 3) Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto circuito ottico comprende un cireolatore ottico, avente una porta di ingresso ed una porta di uscita collegate a detta linea a fibra ottica ed almeno una porta di ingresso / uscita collegata ad uno di detti filtri selettivi in lunghezza d'onda.
4. 4) Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detti filtri selettivi in lunghezza d'onda sono filtri a riflessione di Bragg distribuita.
5. 5) Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti filtri a riflessione di Bragg distribuita sono realizzati in fibra ottica.
6. 6) Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che lungo detta linea a fibra ottica è disposto almeno un amplificatore ottico.
7. 7) Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto amplificatore ottico comprende una fibra ottica attiva, drogata con una sostanza fluorescente, ed una sorgente di radiazione di pompaggio.
8. 8) Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 7, caraterizzato dal fatto che detta sostanza fluorescente è l'Erbio.
9. 9) Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto elemento di riduzione dell'interazione a quattro onde è otticamente collegato in serie in posizione intermedia lungo detta fibra ottica attiva.
10. 10) Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fato che è previsto un cammino ottico per la radiazione di pompaggio, esterno a detto elemento di riduzione dell'interazione a quattro onde, fra i due tratti in cui detta fibra ottica attiva viene suddivisa da detto elemento.
11. 11) Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto amplificatore ottico comprende due tratti di fibra ottica attiva, ciascuno provvisto di una sorgente di radiazione di pompaggio.
12. 12) Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la lunghezza di detti tratti di fibra ottica attiva, la concentrazione della sostanza fluorescente nella fibra ottica attiva e la potenza delle sorgenti di pompaggio sono operativamente scelti in modo che il guadagno complessivo di detto amplificatore differisca di meno di 2 dB dal guadagno dello stesso amplificatore privato di detto elemento di riduzione dell'interazione a quattro onde in modo da ripristinare la continuità ottica fra i due tratti di fibra ottica attiva.
13. 13) Procedimento di trasmissione di segnali ottici comprendente: - generare due segnali ottici modulati aventi rispettive lunghezze d'onda; - multipare detti segnali ad un estremo di una linea ottica di trasmissione comprendente almeno un tratto di fibra ottica monomodale entro cui si genera intermodulazione per interazione a quattro onde tra i segnali; - ricevere detti segnali ad un secondo estremo di detta linea ottica di trasmissione, caratterizzato dal fatto che comprende ritardare selettivamente detti segnali in una posizione intermedia lungo detta linea ottica di trasmissione, dove detta operazione di ritardare selettivamente comprende: - inviare selettivamente detti segnali in rispettivi percorsi ottici di lunghezze prefissate, dette lunghezze essendo tali da scorrelare in fase detti segnali fra loro; - riunire detti segnali dopo detti percorsi ottici; - in cui almeno una porzione di detti percorsi ottici è comune.
14. 14) Procedimento per la trasmissione di segnali ottici secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che comprende la fase di amplificare otticamente detti segnali almeno una volta lungo detta linea di trasmissione.
15. 15) Procedimento per la trasmissione di segnali ottici secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detta fase di ritardare selettivamente detti segnali è immediatamente preceduta e seguita dalle fasi di amplificare otticamente detti segnali.
16. 16) Amplificatore ottico, comprendente: - una prima ed una seconda fibra ottica attiva drogata con un drogante fluorescente; - mezzi di pompaggio di dette prima e seconda fibra ottica attiva, atti a fornire potenza ottica di pompaggio; - mezzi di accoppiamento entro detta prima fibra ottica attiva di detta potenza ottica di pompaggio e di almeno due segnali di trasmissione, a lunghezze d'onda differenti, aventi rispettivi tempi di coerenza; - elemento di riduzione dell'interazione a quattro onde fra detti segnali, otticamente collegato in serie fra detta prima e detta seconda fibra ottica attiva, caratterizzato dal fatto che detto elemento di riduzione dell'interazione a quattro onde comprende un circuito ottico includente percorsi ottici di lunghezza differente in cui vengono inviati selettivamente detti segnali di trasmissione, e dette lunghezze sono tali che almeno due fra i segnali subiscono un ritardo relativo maggiore dei rispettivi tempi di coerenza.
17. 17) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che almeno una porzione di detti percorsi ottici è comune a detti segnali.
18. 18) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detto drogante fluorescente è l'Erbio.
19. 19) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che detta fibra attiva comprende come ulteriori droganti Alluminio, Germanio, Lantanio.