ITMI961638A1

ITMI961638A1 - Dispositivo per l'inserimento e l'estrazione ottici.

Info

Publication number: ITMI961638A1
Application number: IT96MI001638A
Authority: IT
Inventors: Giorgio Grasso; Fausto Meli; Marcos Antonio Brandao Sanches; Mario Tamburello
Original assignee: Pirelli Cavi Spa
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-01-31
Also published as: WO1998005133A1; AU731543B2; EP1008239A1; CA2261918A1; AR008129A1; US6437888B1; IT1283372B1; US20020196495A1; NZ333360A; ITMI961638A0; AU3941497A; BR9710612A; EP1008239B1; US6288810B1

Description

Descrizione dellinvenzione dal titolo

Dispositivo per l’inserimento e l’estrazione di segnali ottici”"

DESCRIZIONE

Formano oggetto della presente invenzione un dispositivo per l'inserimento e l'estrazione di segnali ottici a diversa lunghezza d’onda verso e da un cammino ottico e un metodo per inserire e / o estrarre segnali ottici a diverse lunghezze d'onda verso e da un cammino ottico.

E' noto, nella più recente tecnica delle telecomunicazioni, l'impiego di fibre ottiche per l'invio di segnali ottici, portanti l'informazione da comunicare a distanza.

Sono noti sistemi di telecomunicazione ottica con trasmissione del tipo a multiplazione in lunghezza d'onda (Wavelength Division Multiplexing, WDM). In tali sistemi 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 assodato ad una lunghezza d'onda specifica.

La Richiedente ha osservato che i sistemi di comunicazione WDM noti sono limitati, per quanto riguarda il numero dei canali, ovvero delle lunghezze d’onda indipendenti utilizzabili per la trasmissione all’interno della banda di lunghezze d’onda disponibile per la trasmissione e l’amplificazione dei segnali.

Per combinare e separare i segnali aventi diverse lunghezze d’onda, ad esempio per combinare i segnali alla stazione di trasmissione, per poterne spillare alcuni verso ricevitori posti in nodi intermedi della linea, o inserirne altri in nodi intermedi, o per poterli inviare, alla stazione di ricezione, verso ricevitori separati, canali adiacenti (in termini di lunghezza d’onda) devono essere separati più di un valore minimo prefissato.

Detto valore minimo dipende dalle caratteristiche dei componenti impiegati nel sistema, quali caratteristiche spettrali dei componenti selettivi in lunghezza d'onda (ad esempio larghezza di banda, attenuazione a centro banda, figura di merito) e stabilità (termica e temporale) in lunghezza d’onda dei componenti selettivi stessi e delle sorgenti dei segnali ottici.

In particolare, la Richiedente ha osservato che la selettività spettrale di componenti selettivi in lunghezza d’onda attualmente disponibili può limitare fortemente la possibilità di effettuare l'inserimento e l’estrazione di segnali in sistemi di trasmissione multicanale, in particolare in presenza di segnali con lunghezze d'onda ravvicinate, ad esempio separati da meno di 2 nm

La Richiedente ha trovato che è possibile inserire e/o estrarre in un sistema di telecomunicazione ottica un numero di canali ottici indipendenti superiore a quanto consentito dalle tecniche note e più ravvicinati fra loro in lunghezza d'onda, impiegando componenti selettivi in lunghezza d'onda di pari caratteristiche, se i segnali in ingresso vengono divisi in due serie di lunghezze d'onda, fra loro sfalsate, i segnali di ciascuna serie vengono indipendentemente estratti o segnali di corrispondente lunghezza d'onda inseriti, e i segnali delie due serie vengono infine combinati.

Secondo un primo aspetto la presente invenzione riguarda un dispositivo per l'inserimento e l'estrazione di segnali ottici verso e da un cammino ottico di trasmissione, comprendente mezzi di ingresso di almeno due segnali ottici aventi lunghezze d’onda distinte,

caratterizzato dal fatto di comprendere:

mezzi di selezione spettrale atti ad inviare verso un primo cammino ottico almeno un primo di detti segnali, e ad inviare verso un secondo cammino ottico almeno un secondo di detti segnali;

almeno un mezzo di commutazione selettiva in lunghezza d'onda, lungo almeno uno di detti primo e secondo cammino ottico, atto ad inserire ed estrarre almeno un segnale ottico a lunghezza d’onda prefissata, scelta tra le lunghezze d'onda di detti segnali ottici. In una versioni; della presente invenzione detti mezzi di selezione spettrale comprendono un cireolatore ottico ed un circuito a riflessione selettiva per ciascuno di detti cammini ottici. Detto circuito a riflessione selettiva può comprendere almeno un filtro a reticolo di Bragg. Le lunghezze d'onda di detto primo e di detto secondo segnale ottico possono essere spaziate fra loro di un valore inferiore alla risoluzione spettrale di detto mezzo di commutazione selettiva.

Secondo un altro aspetto la presente invenzione riguarda un sistema di telecomunicazione ottica multicanale per la trasmissione di segnali ottici comprendente:

una linea a fibra ottiche;

mezzi di immissione, in detta linea, di segnali ottici aventi lunghezze d’onda fra loro distinte e spaziate di una quantità superiore o uguale ad un valore minimo predeterminato;

- una unità di ingresso / estrazione comprendente un mezzo di commutazione selettiva, a risoluzione spettrale predeterminata, associato ad un rispettivo cammino ottico in detta unità, e mezzi di selezione spettrale, associati a detto cammino ottico, caratterizzato dal fatto che detto valore minimo è inferiore a detta risoluzione spettrale predeterminata.

Secondo un terzo aspetto la presente invenzione riguarda un metodo di inserimento / estrazione di segnali ottici comprendente le fasi di:

alimentare due segnali ottici a lunghezze d’onda contigue rispettivamente su due cammini ottici separati;

estrarre almeno uno di detti due segnali da detto cammino ottico e / o alimentare almeno un segnale ottico a corrispondente lunghezza d’onda in detto cammino ottico.

Maggiori informazioni potranno essere ricavate dalla seguente descrizione, con riferimento ai disegni allegati in cui si mostra;

in fig. 1 uno schema di un sistema di telecomunicazione ottica;

in fig. 2 uno schema di un'unità di interfacciamento in trasmissione;

in fig. 3 uno schema di un amplificatore ottico di potenza;

in fig. 4 uno schema di un preamplificatore ottico;

in fig. 5A uno schema di un demultiplatore ottico;

in fig. 5B uno schema di un divisore ottico selettivo in lunghezza d'onda;

in fig. 6 uno schema di un amplificatore ottico bidirezionale;

in fig. 7 uno schema di un amplificatore ottico comprendente un dispositivo per l'inserimento e l'estrazione di segnali;

in fig. 8 uno schema di un dispositivo per l'inserimento e l'estrazione di segnali ottici; in fig. 9 uno schema di un commutatore acusto-ottico di un primo tipo;

in fig. 10 uno schema di un commutatore acusto-ottico di un secondo tipo.

Come mostra la figura 1, un sistema di telecomunicazione ottica bidirezionale a multiplazione di lunghezza d'onda secondo la presente invenzione comprende due stazioni terminali A e 3, ciascuna delle quali include una rispettiva stazione di trasmissione 1A, 1B, ed una rispettiva stazione di ricezione 2A, 2B.

In particolare, nella versione rappresentata in figura, la stazione di trasmissione 1A comprende 16 trasmettitori di segnali ottici avente una prima serie di lunghezze d'onda, indicate con indici dispari, (ad esempio comprese nella banda di lunghezze d'onda 1530 -1 565 nm) e la stazione di trasmissione 1B comprende 16 trasmettitori ottici avente una seconda serie di lunghezze d'onda, indicate con indici pari,

Le lunghezze d'onda della seconda serie sono scelte in modo da essere sfalsate rispetto alle lunghezze d'onda della prima serie.

Con questi) si intende che fra due lunghezze d'onda di una delle due serie è compresa una lunghezza d'onda dell'altra serie.

Nel caso presente, le lunghezze d’onda delle due serie verranno indicate come sfalsate, più in generale, anche quando le lunghezze d’onda dei segnali di ciascuna di dette serie, corrispondenti ai segnali ottici emessi da una delle stazioni di trasmissione 1A, 1B e propaganti ne sistema in una delle due direzioni, sono separate (in frequenza) di una quantità uguale o superiore a 2D, dove si è indicata con D la larghezza di banda minima (in frequenza) dei componenti selettivi in lunghezza d’onda utilizzati nel sistema per separare i segnali alle diverse lunghezze d’onda.

Il numero di lunghezze d’onda indipendenti adottate per i segnali per ciascuna stazione di trasmissione non è limitato al valore di 16 indicato nel dispositivo descritto, e può assumere un valore diverso. Il numero di lunghezze d'onda, corrispondente al numero di canali ottici utilizzabili per la trasmissione in ciascuna direzione, può essere scelto in funzione delle caratteristiche del sistema di telecomunicazione. In particolare in un sistema di telecomunicazione secondo la presente invenzione è possibile, in una fase successiva alla realizzazione del sistema, aumentare il numero di canali per aumentare la capacità di trasmissione del sistema stesso, ad esempio per venire incontro ad un aumento di domanda di traffico, secondo quanto verrà indicato nel seguito.

Le lunghezze d'onda possono essere scelte in modo che le corrispondenti frequenze siano fra loro equispaziate all'interno della banda spettrale di amplificazione disponibile, cosi da utilizzare in modo efficiente la banda stessa.

E' tuttavia possibile anche che le frequenze siano del tutto o in parte non equispaziate, ad esempio allo scopo di ridurre l’effetto di fenomeni non lineari, quali l'interazione a quattro onde (FWM, Four Wave Mixing), nelle fibre ottiche impiegate per la trasmissione dei segnali.

E’ possibile, inoltre, che la banda di amplificazione utile degli amplificatori sia costituita da due o piùi bande spettrali disgiunte, separate da bande spettrali non adatte alla trasmissione o all’amplificazione dei segnali, ad esempio per le particolari caratteristiche spettrali degli amplificatori o delle fibre ottiche impiegate nel sistema di telecomunicazione. In questo caso le lunghezze d'onda dei canali di comunicazione possono, ad esempio, essere scelte in modo che le corrispondenti frequenze siano equispaziate all'interno di ciascuna singola banda spettrale, la separazione fra canali adiacenti propaganti in una medesima direzione essendo superiore o uguale (in frequenza) al doppio di detto valore D.

A titolo di esempio, le lunghezze d’onda possono assumere valori compresi fra circa 1535 nm e circa 1561 nm, dove lunghezze d'onda consecutive, in ordine crescente, sono usate alternatamente per ciascuna delle due serie La spaziatura tra le 32 lunghezze d'onda complessive è in questo caso di circa 0,8 nm.

I trasmettitori ottici compresi nelle stazioni di trasmissione 1A, 1B sono trasmettitori modulati, direttamente o con modulazione esterna, secondo le esigenze della sistema, in particolare in relazione alla dispersione cromatica delle fibre ottiche del sistema, alla loro lunghezza e alla velocità di trasmissione prevista.

Le uscite di ciascuno dei trasmettitori delle stazioni di trasmissione 1A, 1B sono collegate rispettivamente ai multiplatori 3A, 3B, che combinano i relativi segnali ottici ciascuno verso una singola uscita, connessa rispettivamente all'ingresso di amplificatori ottici di potenza 5A, 5B. Le uscite di questi ultimi sono collegate ad una porta di ingresso di circolatori ottici 7A, 7B.

Una porta intermedia dei circolatori ottici 7A, 7B è collegata ad un estremo di una linea ottica 8, comprendente una fibra ottica, che collega le due stazioni terminali A e B tra loro.

La fibra ortica della linea ottica 8 è, usualmente, una fibra ottica monomodale, di tipo a salto di indice o a dispersione spostata, convenientemente inserita in un adatto cavo ottico, ed ha, complessivamente, alcune decine (o centinaia) di chilometri di lunghezza tra ciascun amplificatore, fino a coprire la distanza desiderata del collegamento.

Interposti lungo la linea 8 sono amplificatori ottici bidirezionali 9. Ciascuno di essi comprende due circolatori ottici 91 , 92 e due amplificatori ottici 93, 94, che verranno descrìtti nel seguito. Una porta centrale di ciascun cireolatore ottico è connessa alla fibra ottica della linea 8, ad esempio tramite un connettore ottico, e funge da porta di ingresso/uscita per Γ amplificatore bidirezionale. L'amplificatore ottico 93 è collegato otticamente fra una porta di uscita del cireolatore ottico 91 ed una porta di ingresso del cireolatore ottico 92. L’amplificatore ottico 94 è collegato otticamente fra una porta di uscita del cireolatore ottico 92 ed una porla di ingresso del cireolatore ottico 91 .

Sebbene nella figura 1 siano Indicati due amplificatori ottici bidirezionali 9, in relazione alla lunghezza complessiva del collegamento ottico ed alle potenze nei vari tratti dello stesso potranno essere presenti uno o più amplificatori ottici bidirezionali in successione. Ad esempio, un tratto di fibra compreso tra una stazione terminale ed un amplificatore, o tra due amplificatori successivi, può avere una lunghezza dell'ordine di circa 100 chilometri.

Le stazioni di ricezione 2A, 2B sono collegate a porte di uscita dei circolatori ottici 7A, 7B, attraverso preamplificatori 6A, 6B e demultiplatori 4A, 4B.

I circolatori ottici sono componenti ottici passivi, dotati comunemente di tre o quattro porte di accesso poste in una sequenza ordinata. Dopo aver definito “porta di ingresso" una prima porta di accesso, scelta arbitrariamente, indicheremo come porta centrale e porta di uscita le successive porte in sequenza. I circolatori ottici 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 nella presente invenzione sono preferibilmente del tipo con risposta indipendente dalla polarizzazione.

Per preamplificatore si intende, nel contesto della presente invenzione, un amplificatore dimensionato per compensare le perdite dell’ultimo tratto di linea ottica e le perdite di inserimento del demultiplatore 4A o 4B, in modo che il segnale in ingresso al ricevitore abbia un livello di potenza adeguato alla sensibilità del dispositivo stesso. Il preamplificatore ha anche il compito di limitare la dinamica dei segnali, riducendo la variazione del livello di potenza dei segnali in ingresso al ricevitore rispetto alla variazione del livello di potenza dei segnali provenienti dalla linea di trasmissione.

I demultiplatori 4A, 4B sono atti a separare su 16 fibre ottiche in uscita 16 segnali sovrapposti in un unica porta di ingresso collegata all'uscita del preamplificatore 6A, 6B, in dipendenza delle lunghezze d'onda rispettive.

Nel caso che i segnali ottici da trasmettere siano generati da sorgenti di segnali che possiedono proprie caratteristiche di trasmissione (come lunghezza d'onda, tipo di modulazione, potenza) diverse da quelle previste per il collegamento descritto, ciascuna stazione di trasmissione 1A, 1B comprende unità di interfacciamento, 901 , 903, .... 931 e rispettivamente 902, 904, ..., 932, atte a ricevere i segnali ottici generati dalle stazioni di trasmissione 1A, 1B, a rivelarli, a rigenerarli con nuove caratteristiche adatte al sistema di trasmissione e ad inviarle ai multiplatori 3A, 3B.

In particolare, dette unità di interfacciamento generano rispettivi segnali ottici di lavoro aventi lunghezze d'onda e rispettivamente adatte alle esigenze del sistema, come descrìtto nel seguito.

Nel brevetto US 5.267.073, della stessa Richiedente, la cui descrizione è incorporata per riferimento, sono descrìtte unità di interfacciamento comprendenti in particolare un adattatore di trasmissione, atto a convertire un segnale ottico in ingresso in forma adatta alla linea di trasmissione ottica, ed un adattatore di ricezione, atto a riconvertire il segnale trasmesso in forma adatta ad una unità di ricezione.

Per l'impiego nel sistema della presente invenzione, l'adattatore di trasmissione comprende, preferìbilmente, come sorgente di generazione di segnale in uscita, un laser a modulazione esterna.

Uno schema di una unità 900 di interfacciamento in trasmissione, di tipo adatto all'impiego nell'ambito della presente invenzione, è illustrato in figura 2, in cui, per chiarezza, le connessioni ottiche sono rappresentate con linea continua, mentre le connessioni di tipo elettrico sono rappresentate con linea tratteggiata.

il segnale ottico, proveniente da una sorgente esterna 207, è ricevuto da un fotorivelatore (fotodiodo) 208, che emette un segnale elettrico che viene alimentato ad un amplificatore elettronico 209.

Il segnale elettrico in uscita dall'amplificatore 209 è alimentato ad un circuito 210 di pilotaggio di un emettitore laser modulabile, globalmente designato con 211 , atto a generare un segnale ottico alla lunghezza d'onda prescelta, contenente le informazioni del segnale in ingresso.

Convenientemente al circuito di pilotaggio 210 si può collegare un circuito 212 di immissione di un canale di servizio.

L'emettitore laser modulabile 211 comprende un laser 213, ad emissione continua, ed un modulatore esterno 214, ad esempio del tipo Mach-Zehnder, pilotato dal segnale in uscita del circuito 210.

Un circuito 215 controlla la lunghezza d'onda di emissione del laser 213, mantenendola costante al valore preselezionato, compensando eventuali perturbazioni esterne come temperatura e simili.

Unità di interfacciamento in trasmissione del tipo indicato, sono descritte nei brevetto sopra menzionato e poste in commercio dalla Richiedente, con la sigla TXT/EM-XXX.

In alternativa i trasmettitori laser compresi nelle stazioni di trasmissione 1A, 1B possono essere trasmettitori laser operanti alle lunghezze d'onda prescelte, ad esempio impieganti laser DFB alle lunghezze d'onda e rispettivamente

Preferìbilmente, la lunghezza d'onda di ciascuna delle sorgenti impiegate per i segnali è stabile entro /- 0,25 nm, più preferibilmente entro /- 0,1 nm.

Con riferimento alla fig. 1, i circolatori ottici sono componenti disponibili commercialmente. Adatto all'impiego nella presente invenzione è ad esempio il modello PIFC-100 prodotto da E-TEK DYNAMICS Ine., 1885 Lundy Ave., San Jose, CA (US), caratterizzato da una attenuazione di circa 0,7 dB nella trasmissione fra due porte consecutive e da una risposta sostanzialmente indipendente dalla polarizzazione.

Gli amplificatori di potenza 5A, 5B elevano il livello dei segnali generati dalle stazioni di trasmissione 1A, 1B fino ad un valore sufficiente a percorrere il successivo tratto di fibra ottica intercorrente prima delia stazione di ricezione o di mezzi di amplificazione mantenendo al termine un sufficiente livello di potenza per garantire la qualità trasmissiva richiesta.

Un amplificatore di potenza adatto per l'uso nella presente invenzione verrà ora descrìtto con riferimento alla figura 3.

L’amplificatore di potenza rappresentato è del tipo a due stadi. Un primo stadio di amplificazione comprende una fibra attiva 32, pompata controdirezionalmente da una sorgente di pompaggio 34 tramite un accoppiatore dicroico 33.

Un secondo stadio di amplificazione comprende una fibra attiva 36, pompata controdirezionalmente da una sorgente di pompaggio 38 tramite un accoppiatore dicroico 37.

Un ingresso 310 dell’amplificatore è collegato tramite un primo isolatore ottico 31 , al primo stadio di amplificazione, e precisamente alla fibra attiva 32, la cui uscita termina in un ramo dell’accoppiatore dicroico 33. Ad un secondo ramo dell'accoppiatore dicroico 33 è collegata la sorgente di pompa 34, mentre un terzo ramo dello stesso accoppiatore dicroico costituisce l’uscita del primo stadio per i segnali.

Un secondo isolatore ottico è posto fra l’uscita del primo stadio e un ingresso della fibra attiva 36 del secondo stadio, la cui uscita termina in un ramo dell’accoppiatore dicroico 37. Ad un secondo ramo dell'accoppiatore dicroico 37 è collegata la sorgente di pompa 38, mentre un terzo ramo dello stesso accoppiatore dicroico costituisce l'uscita del secondo stadio per i segnali, che termina in un'uscita 320, preferibilmente costituita da un connettore ottico a bassissima riflessione, ad esempio un connettore angolato con riflettività inferiore a -55 dB. Connettori ottici di questo tipo sono posti in commercio, ad esempio, da SEIKOH GIKEN, 296-1 Matsuhidai, Matsudo, Chiba (JP).

L'uscita 320 è collegata, nel sistema di telecomunicazione di figura 1 , con un circolatore ottico (7A o 7B). Questo cireolatore consente il passaggio unidirezionale di radiazione in uscita daH’amplificatore di potenza ed impedisce alla radiazione di entrare da tale uscita. Il cireolatore equivale quindi ad un ulteriore isolatore ottico collegato in uscita al’amplificatore, in particolare nel limitarne il rumore interferenziale.

Le fibre ottiche attive 32, 36 sono preferibilmente fibre ottiche in silice. Come drogante principale è usata una Terra Rara, preferibilmente Erbio. Come droganti secondari si possono vantaggiosamente usare Alluminio, Germanio e Lantanio, oppure Alluminio e Germanio.

La concentrazione dei droganti può corrispondere ad esempio ad una attenuazione di circa 7 dB/m per la fibra attiva in assenza di pompaggio.

In una forma di realizzazione preferita, neH’amplificatore sopra descritto sono impiegate fibre attive drogate con Erbio del tipo presentato in dettaglio nella domanda di brevetto EP 677902, a nome della Richiedente, che si incorpora per riferimento.

La lunghezza delle fibre attive 32, 36, può essere rispettivamente di circa 7 m e 5 m. Per gli accoppiatori dicroici 33, 37 possono essere impiegati accoppiatori a fibre fuse, formati con fibre monomodali a 980 nm e nella banda 1530 - 1565 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, dalla già citata E-TEK DYNAMICS.

Gii isolatoli ottici 31 , 35 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 ISOWAVE, 64 Harding Ave., Dover, NJ (US) o il modello PIFI 1550 IP02 della già citata E-TEK DYNAMICS.

Le sorgenti di pompa 34, 38 possono essere ad esempio laser di tipo Quantum Well con lunghezza d'onda di emissione λρ = 980 nm. E’ prevista una potenza ottica di emissione di circa 75 mW per la sorgente 34 e di circa 90 mW per la sorgente 38.

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

Un amplificatore di potenza come quello descritto fornisce, ad esempio, una potenza di uscita di circa "6 dBm, con una figura di rumore di circa 5 dB.

L’amplificatore di potenza descritto con riferimento alla figura 3 prevede il pompaggio contropropagante di entrambe gli stadi di amplificazione. Il pompaggio copropagante di entrambe gli stadi, o di uno solo di essi, in particolare del primo stadio, è ugualmente possibile. La scelta della configurazione da adottare, in funzione delle caratteristiche del sistema di comunicazione nel suo complesso, è lasciata al tecnico del ramo.

L'amplificatore ottico di potenza può essere realizzato, in dipendenza dal guadagno richiesto e dalle caratteristiche del sistema di telecomunicazione in cui ne è previsto l'impiego, anche come amplificatore a singolo stadio. Ad esempio è possibile omettere, con riferimento al dispositivo di fig. 3, il secondo stadio comprendente la fibra attiva 36, l’accoppiatore dicroico 37 e la sorgente di pompa 38. Questa configurazione più semplice è caratterizzata da una minore potenza ottica di uscita, e può essere sufficiente per particolari forme di realizzazione del sistema di amplificazione, ad esempio con un numero ridotto di canali di comunicazione o con tratte di fibra ottica di lunghezza limitata a valle dell’amplificatcre.

I preamplificatori 6A, 6B del sistema di figura 1 sono, ad esempio, amplificatori ottici del tipo che verrà ora descritto con riferimento alla figura 4, che rappresenta un preamplificatore del tipo a due stadi.

Un primo stadio di amplificazione comprende una prima fibra attiva 44, pompata da una sorgente di pompaggio 42 tramite un accoppiatore dicroico 43, un attenuatore differenziale 45, collegato all’uscita della fibra attiva 44, per attenuare i segnali di telecomunicazione senza sostanzialmente attenuare la radiazione di pompaggio residua, ed una seconda fibra attiva 46, pompata mediante detta radiazione di pompaggio residua.

Un secondo stadio di amplificazione comprende una fibra attiva 47, pompata da una sorgente di pompaggio 49 tramite un accoppiatore dicroico 48.

Un ingresso 410 dei preamplificatore, preferibilmente costituito da un connettore ottico a bassissima riflessione, ad esempio del tipo precedentemente indicato, è collegato al primo stadio di amplificazione, e precisamente ad un primo ingresso dell'accoppiatore dicroico 43, ad un secondo ingresso del quale è collegata la sorgente di pompa 42. Una uscita dell’accoppiatore dicroico 43 termina nella fibra attiva 44

L'ingresso 410 è collegato, nel sistema di telecomunicazione di figura 1, con un cireolatore ottico (7A o 7B). Questo cireolatore consente il passaggio unidirezionale di radiazione in ingresso al preamplificatore ed impedisce alla radiazione di uscire da tale ingresso. Il cireolatore equivale quindi ad un ulteriore isolatore ottico collegato in ingresso all'amplificatore in particolare nel limitarne il rumore interferenziale.

L’attenuatore differenziale 45 è collegato fra la fibra attiva 44 e la fibra attiva 45. Esso ha la funzione di attenuare i segnali di telecomunicazione, di una quantità prefissata, senza attenuare in modo sostanziale la radiazione di pompaggio residua dalla fibra attiva 44. Una attenuazione differenziale dei segnali rispetto alla pompa, in una opportuna posizione intermedia fra due tratti di fibra attiva di un amplificatore ottico, consente, come descritto nelle domande di brevetto EP567941 e EP695050 a nome della Richiedente, di comprimere la dinamica dell’ampiificatore, ovvero di limitare le variazioni di potenza dei segnali in uscita dall’amplificatore rispetto alle variazioni di potenza dei segnali in ingresso.

L’attenuatore differenziale 45 comprende un accoppiatore dicroico 451, atto a separare verso una prima uscita i segnali alle lunghezze d'onda dei canali di telecomunicazione e verso una seconda uscita la radiazione residua alla lunghezza d’onda della sorgente di pompaggio 42. Detta prima uscita è collegata, tramite un isolatore ottico 452, ad un primo ingresso di un accoppiatore dicroico 454. Detta seconda uscita è collegata mediante un tratto di fibra ottica ad un secondo ingresso dell'accoppiatore dicroico 454. L’isolatore ottico 452 fornisce una attenuazione di circa 1 dB ai segnali di telecomunicazione che transitano attraverso di esso, mentre la radiazione di pompa residua non viene sensibilmente attenuata. L’isolatore ottico, inoltre, blocca la radiazione contropropagante, con l'effetto di ridurre il rumore dell’amplificatore. In sostituzione dell'isolatore ottico o, preferibilmente, in serie con esso, è possibile collegare un tratto di fibra ottica attenuante 454, di attenuazione prefissata. Le caratteristiche di tale fibra attenuante possono essere prefissate secondo le indicazioni contenute nelle due domande di brevetto citate.

L’accoppiatore dicroico 454 combina la radiazione di pompa residua con i segnali di telecomunicazione attenuati verso la fibra attiva 46, che amplifica ulteriormente i segnali.

Un isolatore ottico 461 è posto fra l’uscita del primo stadio e l'ingresso del secondo stadio.

Una uscita di detto isolatore termina in una estremità della fibra attiva 47, la cui altra estremità è collegata ad un accoppiatore dicroico 48. La sorgente di pompaggio 49 è collegata ad un ingresso di tale accoppiatore dicroico 48 in modo da alimentare la fibra attiva 48. Una uscita dell’accoppiatore dicroico 48 è collegata, tramite un isolatore ottico 462, ad una uscita 420 del preamplificatore.

Sebbene lo schema di pompaggio descrìtto (copropagante per il primo stadio e contropropagante per il secondo stadio) sia preferibile, diversi schemi di pompaggio sono ugualmente pcssibili.

Le caratteristiche ed il tipo dei componenti dei preamplificatori possono in generale essere scelti secondo quanto precedentemente indicato con riferimento agli amplificatori di potenza descrìtti.

in particolare, nel caso del preamplificatore, la lunghezza delle fibre attive 44, 46, 47 può essere vantaggiosamente di circa 7 m, 3 m e rispettivamente 6 m.

Le sorgenti di pompa 42, 49 possono essere ad esempio laser di tipo Quantum Well con lunghezza d'onda di emissione λρ = 980 nm. E' prevista una potenza ottica di emissione di circa 65 mW per la sorgente 42 e di circa 75 mW per la sorgente 49.

Un preamplificatore come quello descrìtto fornisce, ad esempio, una potenza di uscita di circa 16 dBm, con una figura di rumore di circa 5 dB.

Il preamplificatore può essere realizzato, in dipendenza dal guadagno richiesto e dalle caratteristiche del sistema di telecomunicazione in cui ne è previsto l’impiego, anche come amplificatore a singolo stadio.

I multiplatori 3A e 3B del sistema di figura 1 sono dispositivi ottici passivi, mediante i quali 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. A titolo di esempio, multlplatori adatti sono posti in commercio dalla citata E-TEK DYNAMICS.

Un esempio di demultiplatore adatto all’impiego nella presente invenzione è indicato nella figura 5A. Nella figura è rappresentato un demultiplatore adatto all'impiego in un sistema con 16 canali, ovvero 16 lunghezze d'onda indipendenti, per ciascun verso di percorrenza. Uno schema analogo potrà essere impiegato nei casi in cui il sistema preveda un differente numero di canali. I segnali in ingresso ad una porta 500 vengono separati mediante un divisore a 3 dB, 540, verso due gruppi 550, 560 di divisori selettivi in lunghezza d'onda (brevemente indicati come divisori selettivi) collegati in cascata. Ciascun divisore selettivo è atto a trasmettere verso una sua prima uscita i segnali applicati ad un suo ingresso aventi lunghezza d'onda in una banda centrata intorno ad uno dei canali di trasmissione impiegati nel sistema ed a riflettere verso una seconda uscita i segnali con lunghezze d'onda esterne a tale banda. Detta seconda uscita di ciascun divisore selettivo è collegata all'ingresso di un successivo divisore selettivo, in modo da formare un collegamento in cascata. Nel dispositivo illustrato in figura, corrispondente al demultiplatore 4B di figura 1, 1 gruppo 550 comprende i divisori selettivi 501, 503, . 515, rispettivamente selettivi intorno alle lunghezze d’onda mentre il gruppo 560 comprende i divisori selettivi 517, 519 . . 531, rispettivamente selettivi intorno alle lunghezze d'onda

Il dispositivo descritto è adatto ad essere impiegato come demultiplatore 4B nel sistema di telecomunicazione di figura 1. Un dispositivo analogo, facente uso di divisori selettivi alle lunghezze d’onda può essere impiegato per realizzare il demultiplatore 4A del sistema di telecomunicazione di figura 1.

I divisori selettivi possono preferibilmente essere del tipo schematizzato in dettaglio in figura 5B, aventi quattro fibre ottiche di accesso (porte di ingresso o uscita) designate rispettivamente con 591, 592, 593, 594 e contenenti nella parte centrale un componente riflettente selettivo 595 che si comporta come passa banda in trasmissione e come elimina banda in riflessione, è cioè atto a trasmettere con bassa attenuazione (ad esempio con attenuazione inferiore a 1,5 dB) i segnali con lunghezze d'onda all'interno di una banda prefissata ed a riflettere (con attenuazione dello stesso ordine di grandezza) i segnali con lunghezze d'onda esterne a tale banda. Un segnale in ingresso alla fibra 591 del divisore selettivo con lunghezza d'onda λρ interna alla banda passante del componente 595, per esempio, viene trasmesso verso la fibra 593 e, analogamente, segnali a vengono trasmessi dalla fibra 594 verso la fibra 592 o, simmetricamente, dalla fibra 593 verso la fibra 591 e dalla fibra 592 verso la fibra 594. Un segnale in ingresso alla fibra 591 con lunghezza d'onda esterna a tale banda, invece, viene riflesso verso la fibra 594 e analogamente segnali a procedono dalla fibra 592 verso la fibra 593 e simmetricamente dalla fibra 594 verso la fibra 591 e dalla fibra 593 verso la fibra 592.

Nel seguito verrà indicata come banda passante a 0,5 dB del componente riflettente selettivo 595 o, per estensione, come banda passante a 0,5 dB del divisore selettivo, la banda di lunghezze d'onda, vicine ad una lunghezza d'onda di attenuazione minima in trasmissione, cui corrisponde, nella trasmissione attraverso il componente riflettente selettivo 595, un'attenuazione di non più di 0,5 dB in aggiunta all'attenuazione minima.

Analogamente verrà indicata nel seguito come banda riflessa a 0,5 dB del componente riflettente selettivo 595 o, per estensione, come banda riflessa a 0,5 dB del divisore selettivo, la banda di lunghezze d'onda, vicine ad una lunghezza d'onda di attenuazione minima in riflessione, cui corrisponde, nella riflessione da parte del componente riflettente selettivo 595, un'attenuazione di non più di 0,5 dB in aggiunta all'attenuazione minima.

I divisori selettivi sono scelti in modo tale che per ciascuno la lunghezza d'onda di uno dei canali di comunicazione sia inclusa nella rispettiva banda passante a 0,5 dB, mentre le lunghezze d'onda dei restanti canali di comunicazione sono comprese nella rispettiva banda riflessa a 0,5 dB.

Per analogia si indica come banda passante a -20 dB del divisore selettivo la banda di lunghezze d'onda cui corrisponde, nella trasmissione attraverso il divisore selettivo, una attenuazione di non più di 20 dB in aggiunta all'attenuazione minima.

Benché descrìtti con quattro fibre di accesso, i divisori selettivi adatti all'uso sopra indicato possono avere solo tre fibre di accesso, la quarta (per esempio quella indicata con 594) restando inutilizzata.

Divisori selettivi del tipo indicato e adatti all’impiego nella presente invenzione sono posti in commercio, ad esempio, da Optical Corporation of America, 170 Locke Drive, Marlborough, MA (US).

Sono attualmente disponibili divisori selettivi del tipo indicato per i quali, ad esempio, la larghezza della banda passante a 0,5 dB è di circa 0,7 nm e la larghezza della banda a 20 dB è di circa 2,4 nm.

Di possibile impiego nella presente invenzione sono anche, ad esempio, demultiplatorì realizzati, secondo lo schema generale di figura 5A, mediante gruppi di divisori selettivi in cascata integrati su singolo substrato, come ad esempio quelli prodotti dalla stessa Optical Corporation of America.

Demultiplatorì del tipo descritto possono essere facilmente adattati ad operare con un numero di canali diverso da quello previsto nella fase di installazione del sistema. E' possibile ad esempio aggiungere uno o più divisori selettivi in cascata ai divisori selettivi già presenti, in modo da consentire la demultiplazione di lunghezze d'onda aggiuntive.

La Richiedente osserva che il numero di canali indipendenti trasmessi nel sistema può essere, mediante la presente invenzione, del numero di canali che possono essere separati mediante i demultiplatorì disponibili. Così, ad esempio, con riferimento all'esempio descritto, 32 canali vengono complessivamente trasmessi lungo il sistema (16 in ciascuna direzione) utilizzando demultiplatorì atti a separare 16 canali.

Un amplificatore ottico multicanale bidirezionale 9 secondo la presente invenzione, adatto per l’uso nel sistema di telecomunicazione di figura 1, verrà ora descrìtto in maggiore dettaglio con riferimento alla figura 6.

Gli amplificatori ottici multicanale 93, 94 connessi fra i circolatori ottici 91 e 92 in modo da amplificare i segnali propaganti dalla stazione di trasmissione 1A alla stazione di ricezione 2B e, rispettivamente, dalla stazione di trasmissione 1B alla stazione di ricezione 2A, sono realizzati come amplificatori ottici selettivi in lunghezze d'onda, e precisamente selettivi alle lunghezze d’onda

In un primo stadio dell'amplificatore 93, un accoppiatore dicroico 62, alimenta i segnali di comunicazione, provenienti da una porta di ingresso 641, collegata ad una porta di uscita del cireolatore ottico 91 , e la radiazione di pompaggio, proveniente da una prima sorgente ottica di pompaggio 61 collegata all'accoppiatore dicroico 62, ad una prima fibra ottica attiva 63, la cui uscita termina in un ingresso di un accoppiatore dicroico 671. Una prima uscita dell’accoppiatore dicroico 671, è coilegata in ingresso ad un isolatore ottico 672, mentre una seconda uscita dell’accoppiatore dicroico 671 è collegato ad un ingresso di un accoppiatore dicroico 675 mediante un tratto di fibra ottica, in modo da costituire un percorso a bassa attenuazione per la radiazione di pompa residua a valle della fibra attiva 63.

Fra l'uscita dell'isolatore ottico 672 ed un secondo ingresso dell'accoppiatore dicroico 675 è collegato, mediante connettori a bassa riflettività 673, 674, un filtro a pettine.

Il filtro a pettine ha una banda passante che comprende le lunghezze d’onda

dei segnali propaganti dalla stazione di trasmissione 1A alla stazione di ricezione

2B. Le lunghezze d'onda dei segnali propaganti nel sistema nella direzione opposta sono invece esterne alla banda passante di detto filtro a pettine.

Tale filtro a pettine può comprendere, come illustrato in figura, un cireolatore ottico 64 ad una porta intermedia del quale è collegato un circuito a riflessione selettiva 65. Tale circuito 65 comprende, collegati in serie fra loro, i filtri 601, 603, 605, ..., 629, 631, con riflessione selettiva rispettivamente alle lunghezze d'onda ed è terminato da una terminazione a bassa rifiettività 650.

Un uscita dell’accoppiatore dicroico 675 termina in una seconda fibra ottica attiva 66, che termina a sua volta ad un ingresso di un isolatore ottico 676.

Detta seconda fibra attiva 66 è pompata tramite la radiazione di pompa residua dalla prima fibra attiva 63.

L'uscita dell'isolatore ottico 676 è collegata ad una terza fibra ottica attiva 67. La fibra attiva 67 è alimentata con radiazione di pompaggio contropropagante tramite una sorgente ottica di pompaggio 69 ed un accoppiatore dicroico 68.

Un uscita dell'accoppiatore dicroico 68 è collegata ad una porta di uscita 68, collegata ad una porta di ingresso del cireolatore ottico 92.

Nell'amplificatore 93, segnali alle lunghezze d'onda in ingresso alla porta 641 , vengono amplificati nel primo stadio di amplificazione, trasmessi dal filtro a pettine, attraverso la riflessione di ciascun segnale da parte di uno dei filtri a riflessione selettiva del circuito 65, ed ulteriormente amplificati nel secondo stadio di amplificazione.

Eventuali altri segnali, o rumore, a lunghezze d'onda esterne alle bande dei filtri a riflessione selettiva 601 , 603, .... 631 , dopo il passaggio attraverso il primo stadio di amplificazione sono trasmessi attraverso il circuito 65 senza essere riflessi, e vengono eliminati dal circuito attraverso la terminazione a bassa rifiettività 650.

L’amplificatore muiticanale 94 è analogo all’amplificatore multicanale 93. Per la descrizione delle parti corrispondenti e del funzionamento generale dell'amplificatore 94 si fa quindi riferimento alla precedente descrizione dell'amplificatore 93.

Nell’amplificatore 94, il filtro a pettine ha una banda passante che comprende le lunghezze d’onda dei segnali propaganti dalla stazione di trasmissione 1B alla stazione di ricezione 2A. Le lunghezze d’onda dei segnali propaganti nel sistema nella direzione opposta sono invece esterne alla banda passante di detto filtro a pettine.

Tale filtro a pettine può comprendere, come illustrato in figura, un cireolatore ottico 654 ad una porta intermedia del quale è collegato un circuito a riflessione selettiva 655. Tale circuito 655 comprende, collegati in serie fra loro, i filtri 602, 604, 606, .... 630, 632, con riflessione selettiva rispettivamente alle lunghezze d'onda II circuito a riflessione selettiva 655 è terminato da una terminazione a bassa riflettività 650.

Gli amplificatori ottici 93, 94 descrìtti sono del tipo a due stadi. Un primo stadio di amplificazione comprende i tratti 63, 653 e 66, 656 di fibra attiva. Le fibre attive 63, 653 sono pompate direttamente dalle sorgenti 61 , 651 tramite gli accoppiatori dicroici 62, 652. Le fibre attive 66, 656, collegate a valle del filtro a pettine, sono pompate con la radiazione di pompaggio residua presente all'uscita della fibra attiva 63, 653, mediante il percorso a bassa attenuazione realizzato collegando fra loro gli accoppiatori dicroici 671 , 675 e, rispettivamente, 681, 685.

L'attenuazione dei segnali da parte dell'isolatore ottico 672, del cireolatore ottico 64 e del circuito a riflessione selettiva 65, collegati lungo il cammino ottico dei segnali nel tratto compreso fra gli accoppiatori dicroici 671 , 675 e, rispettivamente, 681 , 685 e la ridotta attenuazione della pompa residua consentono, secondo il meccanismo precedentemente illustrato con riferimento all’attenuatore differenziale 45 del dispositivo di figura 4, di comprìmere la dinamica dei segnali nel primo stadio dell’amplificatore.

Un secondo stadio di amplificazione comprende i tratti 67, 657 di fibra attiva, che sono pompati dalle sorgenti di pompaggio 69, 659 tramite gli accoppiatori dicroici 69, 659.

Il secondo stadio, operante in saturazione, comprìme ulteriormente la dinamica dei segnali.

La lunghezza della fibra attiva 67, 657 del secondo stadio è vantaggiosamente circa 2/3 della lunghezza complessiva della fibra attiva del primo stadio (fibre 63 e 66).

La lunghezza della fibra attiva 66, 656, collegata a vaile del filtro a pettine, è vantaggiosamente circa la metà della lunghezza della fibra attiva 63, 653, collegata a monte del filtro a pettine.

Ad esempio, se vengono impiegate fibre attive del tipo precedentemente indicato con liferimento all ’amplificatore di potenza di figura 3, la lunghezza delle fibre attive 63 e 653, 66 e 656, 67 e 657 può essere rispettivamente di circa 7 m, 3 m, 6 m.

La fibra attiva 66, 656 può essere vantaggiosamente utilizzata, secondo quanto descrìtto, per compensare, almeno in parte, l’attenuazione dei segnali da parte del filtro a pettine.

Tale fibra attiva 66, 656, tuttavia, può essere omessa, in particolare se l'attenuazione del filtro a pettine è sufficientemente bassa. Se la fibra 66, 656 non è presente nell ’amplificatore, può essere omesso anche il percorso a bassa attenuazione per la radiazione di pompaggio, comprendente gli accoppiatori dicroici 671, 675 e, rispettivamente, 681, 685, e le relative fibre ottiche di collegamento. In questo caso la fibra attiva 63, 653 è collegata direttamente all’ingresso dell’isolatore ottico 672, 682, ed il connettore 674, 684 collega direttamente la porta di uscita del cireolatore ottico 64, 654 e l’ingresso dell’isolatore ottico 676, 686.

Gli amplificatori ottici 93, 94 possono essere realizzati, in dipendenza dal guadagno richiesto e dalle caratteristiche del sistema di telecomunicazione in cui ne è previsto l'impiego, anche come amplificatori a singolo stadio. Ad esempio è possibile omettere, con riferimento al dispositivo 93 di fig. 6, il secondo stadio comprendente la fibra attiva 67, l'accoppiatore dicroico 68 e la sorgente di pompa 69. Questa configurazione più semplice può essere sufficiente per coprire tratte ridotte di linea ottica.

Sebbene la soluzione appena descritta con riferimento alla figura 6 sia preferìbile, in particolare in termini di figura di rumore e di potenza di uscita, una ulteriore alternativa consiste nel collegare il filtro a pettine a valle o rispettivamente a monte dell'amplificatore ottico.

Un amplificatore ottico multicanale bidirezionale 9 può essere realizzato impiegando, ove non sia diversamente specificato, componenti analoghi a quelli precedentemente descritti con riferimento ai dispositivi delle figure 3 e 4.

Le sorgenti di pompa 61, 69, 651, 659 possono essere ad esempio laser di tipo Quantum Weli con lunghezza d'onda di emissione = 980 nm. E' prevista una potenza ottica di emissione di circa 90 mW per ciascuna sorgente.

I connettori ottici 676, 674, 683, 684 sono ad esempio connettori con riflettività inferiore a -40 dB. Connettori di questo tipo sono prodotti, ad esempio, dalla già citata SEIKOH GIKEN.

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 un parametro ottico, ad esempio 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 dove I indica il passo del reticolo formato dalle variazioni di indice di rifrazione 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 conre riflessione distribuita alla Bragg.

Una variazione periodica dell'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 verìfica 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, rìflettività al centro della banda fino quasi al 100%, 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.

Filtri in fibra ottica a riflessione di Bragg distribuita con banda in riflessione più ampia possono essere realizzati facendo variare gradualmente il passo del reticolo, lungo l'estensione dello stesso, fra due valori, corrispondenti alle lunghezze d’onda che delimitano la banda in riflessione desiderata.

Filtri in fibra ottica a riflessione di Bragg distribuita e a passo del reticolo variabile sono noti, ad esempio, dall'articolo di P.C. Hill et al. pubblicato su Electronics Lettere, vol. 30, n.

14, 07/07/94, pag. 1172-1174.

La variazione graduale del passo del reticolo, in un filtro a riflessione di Bragg distribuita, può essere impiegata anche per realizzare filtri in grado di compensare il ritardo (o anticipo) di alcune componenti cromatiche di un segnale ottico rispetto ad altre. Per questo, componenti a diversa lunghezza d’onda di un segnale devono essere riflesse da parte di porzioni diverse del medesimo reticolo, distanziate di un cammino ottico tale da compensare detto ritardo o detto anticipo.

La dispersione cromatica, ovvero il ritardo (o anticipo) per unità di lunghezza d'onda, di un reticolo avente un passo variabile fra due valori estremi dipende, oltre che dalla ampiezza della banda riflessa, dalla lunghezza del reticolo ovvero, in maggiore dettaglio, da una quantità pari al doppio della lunghezza del reticolo moltiplicata per l’indice di rifrazione efficace del mezzo nel quale esso è realizzato. Tale quantità corrisponde alla differenza fra i cammini ottici delle componenti cromatiche di segnale riflesse in prossimità dei due estremi del reticolo stesso.

L’impiego di filtri a riflessione di Bragg distribuita per la compensazione della dispersione cromatica è noto, per esempio, dal già citato articolo di F. Ouellette pubblicato su Optics Letters o dal brevetto US 4.953.939.

Per la compensazione della dispersione cromatica alle lunghezze d'onda dei segnali di comunicazione, è possibile impiegare, per i filtri a riflessione selettiva 601 , 603. 631 , e 602, 604, .... 632, filtri a fibra ottica a riflessione di Bragg distribuita con reticolo a passo variabile.

Ciascuno dei filtri verrà in questo caso realizzato con lunghezza d'onda centrale ed ampiezza della banda passante adeguate a riflettere la radiazione corrispondente ad uno dei canali di comunicazione, e con caratteristiche di dispersione atte a compensare la dispersione cromatica del corrispondente canale di comunicazione.

A seconda delle condizioni di impiego del dispositivo i filtri potranno essere realizzati in modo da fornire al segnale di comunicazione riflesso una dispersione cromatica uguale in valore assoluto e di segno opposto a quella (stimata o misurata) accumulata dal segnale attraverso i tratti di fibra da esso percorso, oppure tale da sovracompensare la dispersione accumulata dal segnale, cosi che la dispersione si annulli in un punto successivo del cammino ottico del segnale, comprendente un ulteriore tratto di fibra ottica.

Se è previsto l'impiego dell’amplificatore in condizioni caratterizzate da variazioni significative di temperatura, può essere opportuno stabilizzare termicamente i filtri in fibra ottica 601, 603 . 631, e 602, 604, .... 632.

La potenza ottica di uscita di un amplificatore ottico 93 e 94 come descritto è, in un esempio, di circa 16 dBm in condizioni operative, con i circolatori 91 , 92 collegati ai due estremi e con una potenza ottica di circa -10 dBm in ingresso. La figura di rumore è di circa 5 dB.

La Richiedente osserva che i circolatori ottici 91 e 92 permettono l’ingresso e l’uscita di radiazione in una sola direzione per ciascuno degli amplificatori ottici 93,94 e precisamente alla sola radiazione propagante dalla stazione di trasmissione 1A alla stazione di ricezione 2B per l'amplificatore 93 e alla sola radiazione propagante dalla stazione di trasmissione 1 B alla stazione dì ricezione 2A per l’amplificatore 94.

I circolatori ottici 91 e 92 agiscono quindi come componenti unidirezionali posti all'ingresso ed all'uscita dei due stadi degli amplificatori ottici 93 e 94 e riducono il rumore, in particolare quello dovuto all'emissione spontanea contropropagante, alla diffusione di Rayleigh e di Brillouin ed alle relative riflessioni lungo la linea di comunicazione.

Oltre a consentire l’amplificazione bidirezionale dei segnali, l'amplificatore bidirezionale descritto permette di attenuare l'emissione spontanea amplificata (ASE) propagante insieme ai segnali. Negli amplificatori 93 e 94, le componenti di ASE provenienti dagli ingressi 641 e 643 e quelle generate nelle fibre attive 63, 653, vengono rimosse attraverso i rispettivi filtri a pettine e non propagano verso le fibre attive 66 e 656.

La Richiedente ha valutato che l'amplificatore bidirezionale 9 descritto ha un funzionamento stabile e privo di oscillazioni ed un rumore interferometrico trascurabile. Si ritiene che ciò sia dovuto al fatto che la disposizione delle lunghezze d'onda dei segnali, insieme alle caratteristiche spettrali dei filtri a pettine, prevengono il costituirsi di possibili anelli retroazionati includenti gli amplificatori 93 e 94, che potrebbero venirsi a formare in presenza di eventuali retroriflessioni lungo le fibre ottiche della linea 8, ad esempio da parte di connettori di collegamento dei circolatori ottici 91, 92 con la stessa fibra ottica della linea 8.

Un amplificatore ottico secondo la presente invenzione è atto ad essere impiegato oltre che lungo linee di comunicazione predisposte per avere basse riflessioni (ad esempio impieganti connettori ottici e saldature a bassa riflessione), anche lungo linee di comunicazione ottica già installate e in presenza di componenti con riflettività residua non trascurabile, in particolare in caso di impiego lungo linee di trasmissione a fibre ottiche in cui l'amplificatore è collegato alle fibre di linea per mezzo di connettori ottici, che possono essere dei tipo che, pur trasmettendo la maggior parte della potenza dei segnali che transitano per essi e quindi garantendo la continuità ottica ai segnali stessi, in talune condizioni ne retroriflettono una piccola parte (nel caso, per esempio, di un non perfetto serraggio, causa di cattivo posizionamento al loro interno delle terminazioni delle due fibre).

Tuttavia, per ottenere un rapporto segnale / rumore elevato nella trasmissione lungo il sistema di telecomunicazione, tale da consentire la trasmissione a velocità uguali o superiori a 2,5 Gb/s, le connessioni ottiche di collegamento tra un amplificatore ottico 9 e la linea di comunicazione ottica 8 hanno preferibilmente una riflettività inferiore a -31 dB, più preferibilmente inferiore a -40 dB. Per facilitare le operazioni di installazione e manutenzione della linea, inoltre, tali connessioni ottiche sono vantaggiosamente realizzate mediante connettori ottici.

La Richiedente ha valutato che un amplificatore ottico del tipo descritto consente di rendere minimo il “gain tilt”, un fenomeno dovuto alle caratteristiche della fibra drogata e, in particolare, all'andamento relativo dell'emissione spontanea amplificata (ASE) e dei segnali lungo la linea di comunicazione e negli amplificatori collegati in cascata lungo di essa, che consiste in una variazione del guadagno con la lunghezza d’onda e che comporta un guadagno diverso per i diversi canali.

Sfruttando la piccola attenuazione residua dei filtri a riflessione selettiva nella banda trasmessa (circa 0,1 dB, ad esempio, per il passaggio in ciascuna direzione attraverso ciascun filtro a riflessione selettiva del tipo a reticolo di Bragg), è possibile disporre i filtri stessi, nel circuito a riflessione selettiva che fa parte del filtro a pettine, in un ordine tale da compensare le differenze di guadagno.

In maggiore dettaglio, è possibile attenuare in misura minore i canali soggetti a minore guadagno, collegando i filtri a riflessione selettiva relativi a detti canali in prossimità dell'estremità del circuito a riflessione selettiva che è collegata al cireolatore ottico 64 (i segnali vengono riflessi dopo aver attraversato un numero ridotto di filtri a riflessione selettiva, quindi con attenuazione ridotta), e attenuare in misura maggiore i canali soggetti a maggior guadagno, collegando i relativi filtri a riflessione selettiva in prossimità dell’estremità opposta del circuito a riflessione selettiva.

Qualora fosse necessario compensare il gain tilt in misura maggiore a quanto consentito dalla attenuazione selettiva ottenibile mediante i filtri, è possibile collegare tratti di fibra ottica, con attenuazione calibrata, fra i filtri a riflessione selettiva.

Per compensare una predeterminata differenza di guadagno, in uscita ad un amplificatore, fra segnali a diversa lunghezza d’onda, la differenza di attenuazione dei due segnali nel filtro a pettine deve essere in generale maggiore, in valore assoluto, di detta predeterminata differenza di guadagno in uscita.

Nella configurazione descritta con riferimento alla figura 6, i filtri sono collegati lungo il circuito a riflessione selettiva con distanza crescente al crescere della lunghezza d’onda, in modo che ogni canale subisca una attenuazione maggiore di circa 0,2 dB (per effetto del doppio passaggio) del canale adiacente a lunghezza d'onda inferiore.

In un esempio, la Richiedente ha valutato il funzionamento di un sistema di telecomunicazione multicanale bidirezionale del tipo di quello descritto, in una configurazione comprendente cinque tratte di linea a fibra ottica 8, ciascuna con attenuazione complessiva massima di 26 dB (comprensiva delle attenuazioni alle giunzioni ottiche), collegate da quattro amplificatori bidirezionali 9, ciascuno del tipo descritto.

La Richiedente ha determinato che tale sistema di comunicazione consente la trasmissione contemporanea di 16 canali per ciascuna direzione di propagazione ad un tasso binario (bit rate) di 2,5 Gb/s, con un rapporto segnale / rumore minimo di 13 dB (misurato su una banda di 0,5 nm).

In un secondo esempio la Richiedente ha valutato il funzionamento di un sistema di comunicazione ottica multicanale bidirezionale analogo a quello descritto, ma configurato per operare con 8 lunghezze d'onda in ciascuna direzione di propagazione, con le lunghezze d’onda dei segnali propaganti in una direzione sfalsate rispetto a quelle dei segnali propaganti nell'altra direzione. La configurazione considerata comprende cinque tratte di linea a fibra ottica 8, ciascuna con attenuazione complessiva massima di 28 dB (comprensiva delle attenuazioni alle giunzioni ottiche), collegate da quattro amplificatori bidirezionali 9, ciascuno del tipo descritto.

La Richiedente ha determinato che tale sistema di comunicazione consente la trasmissione contemporanea di 8 canali per ciascuna direzione di propagazione ad un tasso binario (bit rate) di 2,5 Gb/s, con un rapporto segnale / rumore minimo di 13 dB (misurato su una banda di 0,5 nm).

In un ulteriore esempio, relativo ad un sistema di comunicazione analogo a quello del secondo esempio, nel quale però l'attenuazione complessiva massima di ciascuna tratta di linea ottica è di 23 dB (comprese le attenuazioni alle giunzioni ottiche), e nel quale i quattro amplificatori bidirezionali 9 comprendono mezzi di compensazione della dispersione cromatica, del tipo indicato in precedenza, la Richiedente ha determinato che è possibile trasmettere contemporaneamente 8 canali per ciascuna direzione di propagazione ad un tasso binario (bit rate) di 10 Gb/s, con un rapporto segnale / rumore minimo di 18 dB (misurato su una banda di 0,5 nm).

E' noto che un sistema di comunicazione ottica può assumere la struttura di una rete ottica collegante più stazioni fra loro. Si intende qui in generale per rete ottica l'insieme di più linee di trasmissione a fibra ottica e delle relative stazioni di interconnessioni fra le linee di trasmissione, dette anche nodi di interscambio. Nei nodi di interscambio i segnali ottici possono essere istradati da una delle linee di trasmissione confluenti nel nodo verso una o più delle altre linee di trasmissione confluenti nel nodo. Nodi di immissione ed estrazione di segnali ottici verso e dalla rete possono essere disposti sia lungo le linee di trasmissione, sia in corrispondenza dei nodi di interscambio. Alcune delle linee di trasmissione facenti parte di una tale rete ottica possono in particolare avere una struttura ad anello.

Un esemp o particolare di rete ottica con nodi di immissione e di estrazione di segnali è quello di un sistema di comunicazione WDM, comprendente una linea a fibra ottica estesa fra stazioni di trasmissione e ricezione, e stazioni intermedie di immissione / estrazione di segnali, poste lungo la linea. I segnali a diverse lunghezze d’onda emessi da una stazione di trasmissione propagano lungo una fibra ottica, attraverso eventuali amplificatori, per esempio del tipo a fibra ottica attiva, fino ad una stazione intermedia di immissione / estrazione di segnali, che è configurabile in modo che la radiazione ad alcune delle lunghezze d'onda dei segnali venga spillata dalla linea di comunicazione verso appositi ricevitori (che ad esempio convertono i segnali in forma elettrica), mentre contemporaneamente viene introdotta nella linea di comunicazione, a valle del punto di estrazione, radiazione ad una o più delle stesse lunghezze d'onda, generalmente modulata da segnali di trasmissione (per esempio in forma elettrica) presenti all'ingresso della stazione intermedia. La radiazione ottica uscente dalla stazione intermedia viene trasmessa lungo una ulteriore tratta di fibra ottica ed eventualmente attraverso ulteriori amplificatori e stazioni intermedie di immissione / estrazione di segnali ottici, fino a raggiungere una stazione di ricezione.

Ciascuna lunghezza d'onda costituisce un canale di comunicazione indipendente. Il sistema di telecomunicazione ottica può essere configurato in modo da trasmettere separatamente! segnali ottici fra coppie di stazioni comprese fra le stazioni terminali e le stazioni poste lungo la linea. E' anche possibile trasmettere segnali indipendenti aventi la medesima lunghezza d'onda lungo tratte prive di porzioni comuni.

In tale linea di comunicazione esiste la possibilità di aggiungere o spillare in punti diversi (nodi) lungo la linea segnali ad alcune delle lunghezze d'onda di comunicazione, in modo che percorrano solo una parte dell'estensione della linea.

Uno schema di un amplificatore ottico multicanale comprendente un dispositivo di un primo tipo per l'immissione / estrazione di segnali ottici verrà ora descritto con riferimento alla figura 7.

La figura rappresenta un amplificatore ottico 93', atto ad essere impiegato in un sistema di telecomunicazione del tipo descritto con riferimento alla figura 1, al posto di uno o più degli amplificatori ottici 93 di detto sistema. Nell'esempio indicato in figura 7, l'amplificatore 93’ è atto ad amplificare segnali ottici propaganti dalla stazione di trasmissione 1A alla stazione di ricezione 2B, ad alcune delle lunghezze d'onda non selezionate, ad estrarre dalla linea di comunicazione ottica segnali alle rimanenti tra le lunghezze d’onda lunghezze d'onda selezionate, e ad immettere sulla stessa linea nuovi segnali ad alcune o a tutte dette lunghezze d'onda selezionate. Lo schema di figura 7, può essere modificato, applicando tecniche note, in modo da adattarlo alle lunghezze d’onda da amplificare / estrarre / immettere in ciascun caso di interesse. Ad esempio è possibile realizzare un amplificatore, non rappresentato in figura, atto ad amplificare segnali ottici propaganti dalla stazione di trasmissione 1B alla stazione di ricezione 2A ad alcune delle lunghezze d’onda non selezionate, ad estrarre dalla linea di comunicazione ottica segnali alle rimanenti tra le lunghezze d’onda selezionate, e ad immettere sulla stessa linea nuovi segnali ad alcune o a tutte dette lunghezze d’onda selezionate.

L’amplificatore ottico 93’ comprende, fra una porta di ingresso 741 ed una porta di uscita 742, uno o più stadi di amplificazione. Nell'esempio sono indicati due stadi di amplificazione 71 , 72, che possono essere, ad esempio, analoghi agli stadi di amplificazione precedentemente descritti con riferimento all'amplificatore 93 di figura 6.

In posizione intermedia fra le porte di ingresso 741 e di uscita 742 è collegato un dispositivo 750 di immissione / estrazione di segnali ottici e di filtraggio.

La posizione di tale dispositivo 750 può essere determinata secondo quanto indicato in precedenza in relazione all’amplificatore di figura 6.

Un dispositivo per l’inserimento e l’estrazione di segnali verso e da una fibra ottica verrà ora descritto con riferimento alla figura 8. Tale dispositivo svolge anche una azione di filtraggio per i segnali.

Esso comprende una porta di ingresso 950 per segnali ottici alle lunghezze d’onda

collegata ad una prima porta di un primo cireolatore ottico 951. Una seconda porta del circolatore ottico è collegata ad un circuito a riflessione selettiva 959, comprendente filtri ottici 601 , 605, .... 629, collegati in cascata e aventi riflessione selettiva rispettivamente alle lunghezze d’onda L'uscita dei circuito a riflessione selettiva 959 è otticamente connessa ad un primo ingresso di un primo commutatore selettivo in lunghezza d'onda 953. Una prima uscita del commutatore selettivo 953 è collegata ad una prima porta di un secondo cireolatore ottico 961.

Una seconda porta del cireolatore ottico 961 è collegata ad un circuito a riflessione selettiva 969, comprendente filtri ottici 603, 607, .... 631, collegati in cascata e aventi riflessione selettiva rispettivamente alle lunghezze d'onda L'uscita del circuito a riflessione selettiva 969 è otticamente connessa ad un primo ingresso di un secondo commutatore selettivo in lunghezza d’onda 963. Una prima uscita del commutatore selettivo 963 è collegata ad una terza porta del primo cireolatore ottico 951.

Le lunghezze d’onda delle due serie sono fra loro sfalsate. La separazione fra lunghezze d’onda di canali adiacenti entro ciascuna delle due serie è almeno doppia della separazione minima di canali adiacenti tra i segnali alle lunghezze d'onda in ingresso al dispositivo.

Una terza porta del secondo cireolatore ottico 961 è collegata ad una porta di uscita 960. Segnali ad una o più delle lunghezze d’onda provenienti dall'esterno, ad esempio da trasmettitori 954, vengono multiplati, mediante un multiplatore 955, verso un secondo ingresso del primo commutatore selettivo 953, attraverso un eventuale amplificatore ottico 956.

I segnali presenti ad una seconda uscita del primo commutatore selettivo 953 vengono demultiplati mediante un demultiplatore 957e resi disponibili ad una utenza esterna, ad esempio costituita da ricevitori ottici 958, collegati alle uscite del demultiplatore.

Segnali acl una o più delle lunghezze d'onda provenienti dall'esterno, ad esempio da trasmettitori 964, vengono multiplati, mediante un multiplatore 965, verso un secondo ingresso del secondo commutatore selettivo in lunghezza d'onda 963, attraverso un eventuale amplificatore ottico 966.

I segnali presenti ad una seconda uscita del secondo commutatore selettivo in lunghezza d'onda 963 vengono demultiplati mediante un demultiplatore 967 e resi disponibili ad una utenza esterna, ad esempio costituita da ricevitori ottici 968, collegati alle uscite del demultiplatore.

Il funzionamento del dispositivo di figura 8 è il seguente.

I segnali in ingresso alla porta 950 vengono trasmessi attraverso il cireolatore ottico 951 verso il circuito a riflessione selettiva 959. I segnali alle lunghezze d'onda

vengono riflessi, da parte dei filtri 601, 605 . 629, verso il cireolatore ottico 951, che li trasmette al primo ingresso dei commutatore selettivo 963. Il commutatore selettivo è atto a trasmettere verso la seconda uscita i segnali ad alcune delle lunghezze d'onda, selezionate mediante appositi segnali di controllo, e a trasmettere verso la prima uscita i segnali alle rimanenti lunghezze d'onda. I segnali che raggiungono la seconda uscita sono separati su diversi cammini ottici, in base alle rispettive lunghezze d’onda, mediante il demultiplatore 967, e inviati a rispettivi ricevitori 968.

I segnali alle lunghezze d'onda selezionate (comprese tra le lunghezze d'onda

vengono pertanto separati dai restanti segnali in ingresso alla porta 960 del dispositivo. Segnali alle medesime lunghezze d'onda selezionate, generati dai trasmettitori 964, combinati su un singolo cammino ottico mediante il multiplatore 965 ed eventualmente amplificati dall ’amplificatore ottico 966, vengono inviati da parte del commutatore selettivo 963 dalla seconda porta di ingresso alla prima porta di uscita del commutatore stesso. Alla prima porta di uscita del commutatore selettivo 963, pertanto, i segnali alle lunghezze d’onda non selezionate entranti dalla prima porta di ingresso del commutatore selettivo stesso sono sovrapposti ai segnali alle lunghezze d’onda selezionate provenienti dai trasmettitori 964.

Il commutatore selettivo 963, complessivamente, spilla i segnali entranti alle lunghezze d'onda selezionate, trasmette in uscita i segnali alle lunghezze d'onda non selezionate, cui sono sommati riuovi segnali alle lunghezze d'onda selezionate.

I segnali alle lunghezze d’onda in uscita dal commutatore selettivo 963 sono quindi trasmessi attraverso il circuito a riflessione selettiva 969 (tale circuito 969, infatti, non riflette alcuna delle lunghezze d’onda e, attraverso il cireolatore ottico 961 , inviati alla porta di uscita 960.

I restanti segnali in ingresso alla porta 950, con lunghezze d’onda

seguono cammini ottici in parte diversi.

Con maggiore dettaglio, questi segnali raggiungono, attraverso il cireolatore ottico 951 , il circuito a riflessione selettiva 959 e lo attraversano senza subire riflessioni, così da raggiungere il primo ingresso dei commutatore selettivo 953. Tale commutatore selettivo, in modo analogo a quanto precedentemente indicato per il commutatore selettivo 963, spilla verso la seconda uscita i segnali ad alcune delle lunghezze d'onda selezionate mediante segnali di controllo inviati al commutatore selettivo stesso. I segnali alle lunghezze d'onda non selezionate sono trasmessi verso la prima uscita dei commutatore selettivo, mentre segnali alle lunghezze d'onda selezionate, presenti al primo ingresso del commutatore selettivo, vengono sovrapposti, a detta prima uscita, a detti segnali alle lunghezze d'onda non selezionate.

I segnali alle lunghezze d’onda successivamente, sono trasmessi mediante il cireolatore ottico 961 al circuito a riflessione selettiva 969. 1 filtri 603, 606, .... 631 in detto circuito riflettono i segnali verso il cireolatore ottico 961, che li invia verso l’uscita 960. Su tale uscita 960, pertanto, segnali alle lunghezze d'onda sono sovrapposti a segnali alle lunghezze d'onda

La radiazione a lunghezze d'onda intermedie tra quelle indicate, in ingresso dalla porta 950, segue un cammino ottico attraverso cireolatore ottico 951 , circuito a riflessione selettiva 959, commutatore selettivo 953, cireolatore ottico 961, circuito a riflessione selettiva 969, commutatore selettivo 963, cireolatore ottico 951 e viene quindi retroriflessa verso la porta 950. Tale radiazione a lunghezze d'onda intermedie, pertanto, non viene trasmessa verso la porta di uscita 960, e i segnali in uscita dal dispositivo sono filtrati da eventuale rumore presente a lunghezze d’onda intermedie fra quelle dei segnali.

La radiazione a lunghezze d'onda intermedie che è retroriflessa verso la porta 950 è attenuata, rispetto alia radiazione in ingresso alle medesime lunghezze d'onda, in misura corrispondente alla somma delle attenuazioni dei componenti ottici attraversati. Ad esempio, nella configurazione descritta, con l’impiego di 8 filtri a riflessione selettiva collegati in cascata per ciascun circuito a riflessione selettiva, dei circolatori ottici e dei commutatori selettivi del tipo descrìtto nel seguito, l’attenuazione massima è di circa 9 - 10 dB.

I circolatori ottici 951 , 961, i filtri a riflessione selettiva 601 . 631 , i trasmettitori 954, 964, i multiplatori 955, 965, i demultiplatorì 957, 967 e i ricevitori 958, 969 possono essere dei tipi precedentemente descritti.

Gli amplificatori ottici 956, 966 sono atti a portare i segnali provenienti dai trasmettitori 954 ad un livello di potenza adeguato rispetto a quello dei segnali ottici provenienti dalla porta di ingresso 950, in modo che i rispettivi livelli di potenza alla porta di uscita 960 siano equalizzati.

I commutatori ottici selettivi in lunghezza d’onda 953, 963 sono componenti ottici atti a trasmettere segnali ottici fra i due ingressi e le due uscite sulla base delle lunghezze d'onda dei segnali e di opportuni segnali di controllo. Mediante detti segnali di controllo, alimentati a ciascuno di tali commutatori, è possibile modificarne lo stato di trasmissione, indipendentemente per ciascuna lunghezza d'onda, in uno dei seguenti due modi: modo diretto (bar), corrispondente al collegamento diretto di detto primo ingresso con detta prima uscita e modo incrociato (cross), corrispondente al collegamento di detto primo ingresso con detta seconda uscita e, rispettivamente, di detto secondo ingresso con detta prima uscita.

Un commutatore ottico selettivo è vantaggiosamente un commutatore acusto-ottico 2x2, selettivo in lunghezza d'onda, a risposta indipendente dalla polarizzazione.

Sono noti dispositivi acusto-ottici integrati il cui funzionamento è basato sull'interazione fra segnali luminosi, propaganti in guide d'onda ricavate su un substrato in materiale birifrangente a fotoelastico, ed onde acustiche propaganti alla superficie del substrato, generate tramite appositi trasduttori. L'interazione fra un segnale ottico polarizzato ed un'onda acustica produce una conversione di polarizzazione del segnale, vale a dire rotazione della polarizzazione delle sue componenti TE (elettrica trasversale) e TM (magnetica trasversale), mutuamente ortogonali.

In tali dispositivi acusto-ottici, controllando la frequenza delle onde acustiche è possibile sintonizzare lai curva di risposta spettrale, il che rende i dispositivi adatti per essere usati come commutatori delle reti di telecomunicazione ottica a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda. Questi dispositivi consentono di modificare la selezione dei segnali senza variare il cablaggio dei componenti; consentono, inoltre, la commutazione e la selezione contemporanea di diversi segnali o canali, se l'onda acustica propagante alla superficie del substrato è la sovrapposizione di onde acustiche differenti. Infatti, i commutatori effettuano la commutazione combinata dei segnali alle lunghezze d'onda corrispondenti alle frequenze applicate simultaneamente agli elettrodi dei trasduttori elettro-acustici.

Se viene selezionato un canale ad una determinata lunghezza d'onda, i segnali ottici a quella lunghezza d'onda, entranti da un ingresso, sono indirizzati alla corrispondente uscita di stato incrociato e quelli entranti dall'altro ingresso sono indirizzati alla corrispondente altra uscita di state incrociato (commutatore nello stato incrociato, cross-state). I segnali non selezionati sono indirizzati da un ingresso alla corrispondente uscita diretta (commutatore in trasmissione diretta, bar-state).

Un commutatore acusto-ottico 201 in una forma di realizzazione, è mostrato in figura 9. Il commutatore comprende un substrato 101 in materiale birifrangente e fotoelastico, costituito da niobato di litio (LiNb03).

Nel substrato 101 sono ricavati due rami di guida d'onda ottica d'ingresso 102 e 103, le cui estremità 104 e 105 recano le due porte di ingresso 202, 204, cui si possono connettere rispettive fibre ottiche 106 e 107 di collegamento, attraverso noti dispositivi di connessione, o "pigtailing", scismaticamente rappresentati in figura.

Allo scopo di consentire il collegamento a dette fibre ottiche (con diametro di circa 250 micron) le porte 106 e 107 sono preferibilmente distanziate di almeno 125 μm.

Nel substrato 101 sono anche ricavati due elementi selettivi di polarizzazione 108 e 109, uno stadio di conversione 110 e due rami di guida d'onda ottica d'uscita 111 e 112, recanti alle estremità 113, 114 rispettive porte di uscita 203, 205, attraverso cui si collegano rispettive fibre ottiche di uscita 115, 116.

Gli elementi selettivi di polarizzazione 108 e 109 sono formati, preferibilmente, da divisori di polarizzazione, realizzati mediante accoppiatori direzionali ad onda evanescente, atti a separare su due guide d'onda in uscita due rispettive polarizzazioni alimentate ad un ingresso comune e, rispettivamente, a riunire in una guida d’onda di uscita comune due rispettive polarizzazioni alimentate a due guide d'onda separate in ingresso; in particolare, ciascuno di essi comprende una guida d'onda ottica centrale, rispettivamente 117 e 118, e coppie di guide d'onda ottica di ingresso e di uscita, rispettivamente 119, 120, 121, 122 e 123, 124, 125, 126.

Lo stadio di conversione 110 comprende due rami di guida d'onda ottica 127 e 128 paralleli, connessi alla coppia di guide di uscita 121 e 122 del divisore di polarizzazione 108 e alla coppia di guide d'onda di ingresso 123 e 124 del divisore di polarizzazione 109; comprende inoltre una guida d'onda acustica 129, contenente i rami di guida d'onda ottica 127 e 128 e un trasduttore elettro-acustico 130, formato da una coppia di elettrodi interdigitali, atto a generare un'onda acustica di superficie a radiofrequenza.

Convenientemente, ii trasduttore 130 è posto in una guida d'onda acustica 131 comunicante con la guida d'onda acustica 129, in modo da formare un accoppiatore acustico.

All'estremità di una ulteriore guida d'onda acustica 132, atta a ricevere ii segnale acustico dalla guida acustica 129, è disposto un assorbitore acustico 133. Le guide d'onda acustiche 129, 131 e 132 sono delimitate da zone 150, 151, 152, 153 in corrispondenza alle quali il substrato è drogato in modo da causare una velocità di propagazione delle onde acustiche più elevata che nelle guide 129, 131 e 132, confinando il segnale acustico nelle guide.

lI complesso formato dal trasduttore elettro-acustico 130 dalle guide d’onda acustiche 129, 131, 132 e dalle guide d’onda ottiche contenute nella guida acustica 129, costituisce un convertitora acusto-ottico 140, mediante il quale viene realizzata l’interazione tra l’onda acustica ed i segnali ottici.

il funzionamento dei commutatore della figura 9 è il seguente.

Quando al trasduttore elettro-acustico 130 non è applicata tensione, il commutatore è disinserito (off-state) e si trova in condizione di trasmissione diretta (bar-state) in cui c'è corrispondenza diretta fra le porte di ingresso 202 e 204 e le porte di uscita 203 e 205, rispettivamente.

I segnali luminosi entrano dalle porte 202 e 204 ed entrano nel divisore di polarizzazione 108, dove le componenti di polarizzazione TE e TM vengono separate nelle guide d'onda 121 e 122, percorrono inalterate i rami 127 e 128 dello stadio di conversione 110 e sono poi inviate nel divisore di polarizzazione 109, in cui le componenti di polarizzazione si ricombinano, inviando i segnali nelle guide d'onda 125 e 126, in modo che i segnali entranti dalle porte 202 e 204 escano immutati dalle porte 203 e 205.

Applicando un appropriato segnale di commutazione agli elettrodi del trasduttore 130, il commutatore viene inserito (on-state) e passa in condizione di trasmissione incrociata (cross-state) per le lunghezze d’onda selezionate, in cui le porte di ingresso 202 e 204 sono in corrispondenza con le porte di uscita incrociate, rispettivamente 205 e 203.

A tal fine il trasduttore 130 genera una onda acustica di superficie a radiofrequenza con frequenze acustiche di pilotaggio fac (circa 174 ± 10 MHz per dispositivi funzionanti intorno a 1550 nm e 210 ± 10 MHz per quelli funzionanti intorno a 1300 nm) corrispondenti alle lunghezze d'onda ottica di risonanza a cui avviene la conversione di polarizzazione TE→TM o TM→TE per una o più prefissate lunghezze d'onda di segnale, per i quali è richiesta la commutazione.

I segnali luminosi entrano nel divisore di polarizzazione 108 dove le componenti di polarizzazione TE e TM vengono separate e attraversano i rami 127 e 128 dello stadio di conversione 110 dove quelli dei segnali alle suddette prefissate lunghezze d’onda sono trasformate nelle relative componenti ortogonali.

Le componenti di polarizzazione TE e TM sono poi inviate nel divisore di polarizzazione 109 in modo che le componenti di polarizzazione selezionate provenienti dalla porta di ingresso 202 escano dalla porta di uscita 205, insieme alle componenti non selezionate provenienti dalla porta 204, e le componenti di polarizzazione selezionate provenienti dalla porta di ingresso 204 escano dalla porta di uscita 203, insieme alle componenti non selezionate provenienti dalla porta 202.

In tal modo, i segnali che nello stadio di conversione 110 subiscono una conversione di polarizzazione sono guidati allo stato completamente incrociato (cross-state), producendo la funzione di totale commutazione, mentre quelli che non hanno interagito con l'onda acustica passano inalterati.

In una particolare forma di realizzazione, illustrata in figura 10, nel substrato 101 è ricavato inoltre un compensatore 160, comprendente due rami di guida d'onda ottica 161 e 162 paralleli, connessi ad un estremità alle porte di ingresso 202 e 204 ed all’altra estremità ai rami 119, 120 del divisore di polarizzazione 108.

I due rami di guida d'onda ottica 161 e 162 sono contenuti all'interno della guida d'onda acustica 129 di un convertitore acusto-ottico 164, avente struttura analoga al convertitore 140 già descrito, i cui componenti sono indicati con gli stessi riferimenti.

In tale forma di realizzazione, i segnali in ingresso con le componenti di polarizzazione TE e TM combinate percorrono i rami 161 e 162 del compensatore 160 e, quando il convertitore 1(54 è acceso, sono trasformate nelle relative componenti ortogonali, rimanendo combinate.

Successivamente i segnali entrano in un convertitore 140 realizzato sul medesimo substrato ed analogo a quello del dispositivo di figura 9; in esso le componenti di polarizzazione TE e TM sono riconvertite nello stato di polarizzazione originario.

In tale realizzazione, convenientemente, gli spostamenti in frequenza che si generano nelle due componenti TE e TM del segnale a seguito della interazione acusto-ottica nello stadio di conversione sono compensati dagli spostamenti opposti che hanno luogo nello stadio di compensazione.

In un commutatore acusto-ottico del tipo indicato, realizzato dalla Richiedente, la larghezza di banda relativa ad una attenuazione di 20 dB, in corrispondenza dello stato incrociato, è di circa 2 nm.

L'attenuazione massima di detto commutatore è di circa 5 dB, compresa l'attenuazione dei relativi collegamenti ottici.

Detto commutatore acusto-ottico può essere pertanto impiegato nel dispositivo di figura 8 se la separazione fra canali adiacenti alle lunghezze d’onda e fra canali adiacenti alle lunghezze d’onda è superiore o uguale a circa 2 nm. Complessivamente, commutatori acusto-ottici del tipo indicato possono essere impiegati nel dispositivo di figura 8 se la separazione fra canali adiacenti, a tutte le lunghezze d'onda dei segnali in ingresso nel dispositivo, è superiore o uguale a circa 1 nm.

Se il dispositivo di figura 8, avente commutatori selettivi del tipo descrìtto, è impiegato in un sistema di telecomunicazione ottica, i commutatori selettivi possono essere controllati dal sistema di supervisione del sistema di comunicazione. E’ possibile in questo modo riconfigurare rapidamente le lunghezze d’onda e il numero dei canali da estrarre o inserire nei diversi nodi del sistema, per venire incontro a mutate esigenze di traffico o a guasti. In alternativa, è possibile impiegare al posto dei commutatori selettivi 953, 963 dispositivi di altro tipo, atti a consentire l'inserimento e l'estrazione di segnali ad alcune lunghezze d’onda selezionate da e verso una linea ottica. Tali dispositivi possono anche essere di tipo passivo. In questo caso la selezione delle lunghezze d’onda relative ai segnali estratti e / o inseriti da e verso la linea è effettuata selezionando componenti passivi con le caratteristiche spettrali desiderate. Una configurazione di questo tipo, nella quale una variazione di selezione dei canali richiede la sostituzione di componenti ottici, presenta tuttavia il vantaggio di un costo minore.

La Richiedente osserva che nel dispositivo di figura 8 descrìtto possono essere impiegati commutatori selettivi in lunghezza d'onda 953, 963 con una risoluzione in lunghezza d'onda relativamente bassa. Infatti è sufficiente che i commutatori selettivi siano atti a separare segnali differenti in lunghezza d'onda del doppio della minima distanza in lunghezza d’onda fra segnali in ingresso al dispositivo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo per l'inserimento e l’estrazione di segnali ottici verso e da un cammino ottico di trasmissione, comprendente mezzi di ingresso di almeno due segnali ottici aventi lunghezze d’onda distinte, caratterizzato dal fatto di comprendere: mezzi di selezione spettrale atti ad inviare verso un primo cammino ottico almeno un primo di detti segnali, e ad inviare verso un secondo cammino ottico almeno un secondo di detti segnali; almeno un mezzo di commutazione selettiva in lunghezza d’onda, lungo almeno uno di detti primo e secondo cammino ottico, atto ad inserire ed estrarre almeno un segnale ottico a lunghezza d'onda prefissata, scelta tra le lunghezze d’onda di detti segnali ottici.
2) Dispositivo per l'inserimento e l'estrazione di segnali ottici secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detti mezzi di selezione spettrale comprendono un cireolatore ottico ed un circuito a riflessione selettiva per ciascuno di detti cammini ottici.
3) Dispositivo per l'inserimento e l'estrazione di segnali ottici secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto circuito a riflessione selettiva comprende almeno un filtro a reticolo di Bragg.
4) Dispositivo per l’inserimento e l’estrazione di segnali ottici secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che le lunghezze d’onda di detto primo e di detto secondo segnale ottico sono spaziate fra loro di un valore inferiore alla risoluzione spettrale di detto mezzo di commutazione selettiva.
5) Sistema di telecomunicazione ottica multicanale per la trasmissione di segnali ottici comprendenti!: una linea a fibra ottiche; mezzi di immissione, in detta linea, di segnali ottici aventi lunghezze d’onda fra loro distinte e spaziate di una quantità superiore o uguale ad un valore minimo predeterminato; una unità di ingresso / estrazione comprendente un mezzo di commutazione selettiva, a risoluzione spettrale predeterminata, associato ad un rispettivo cammino ottico in detta unità, e mezzi di selezione spettrale, associati a detto cammino ottico, caratterizzato dal fatto che detto valore minimo è inferiore a detta risoluzione spettrale predeterminata.
6) Metodo di inserimento / estrazione di segnali ottici comprendente le fasi di: alimentare due segnali ottici a lunghezze d’onda contigue rispettivamente su due cammini ottici separati; estrarre almeno uno di detti due segnali da detto cammino ottico e / o alimentare almeno un segnale ottico a corrispondente lunghezza d’onda in detto cammino ottico.