ITMI981078A1

ITMI981078A1 - Sistema di comunicazione ottica a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda per la trasmissione di segnali ottici con livelli

Info

Publication number: ITMI981078A1
Application number: IT98MI001078A
Authority: IT
Inventors: Atsushi Toyohara
Original assignee: Nec Corp
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-15
Also published as: IT1299269B1; JPH10322313A; US6271948B1; FR2763449A1

Description

D E S C R I Z IO N E

L'invenzione riguarda un sistema di comunicazione ottica multiplato a divisione di lunghezza d'onda (in seguito chiamato WDM) e, più particolarmente, un sistema di comunicazione ottica WDM di basso costo e piccole dimensioni per trasmettere segnali ottici con livelli alti ed equalizzati.

Recentemente, un sistema di comunicazione ottica WDM in cui una pluralità di segnali con lunghezze d'onda diverse sono multiplati e trasmessi attraverso una singola linea di trasmissione ottica, viene intensamente sviluppato come mezzo per realizzare un sistema di trasmissione ottica di elevata capacità.

Per estendere la distanza di trasmissione del sistema di comunicazione ottica WDM, è importante che i livelli di trasmissione dei rispettivi segnali ottici siano quanto più alti possibile e quanto più possibile uguali fra loro. Perciò, per raggiungere lo scopo summenzionato, sono stati sinora adottati i procedimenti seguenti.

Il primo procedimento è quello di multiplare mediante un accoppiatore la pluralità di sorgenti di luce di segnale di lunghezze d'onda diverse, e regolare le sorgenti di luce di segnale in modo tale che i livelli di potenza dei segnali ottici siano equalizzati in corrispondenza del porto o terminale di uscita dell'accoppiatore.

Il secondo procedimento è quello di inserire attenuatori ottici variabili rispettivamente tra le sorgenti di luce di segnale e l'accoppiatore, e di regolare gli attenuatori ottici variabili in maniera tale che i livelli di potenza dei segnali ottici siano equalizzati in corrispondenza del porto o terminale di uscita dell'accoppiatore.

Il terzo procedimento è quello di inserire rispettivamente amplificatori a fibre ottiche tra le sorgenti di luce di segnale e l'accoppiatore, e di regolare i guadagni degli amplificatori a fibre ottiche in maniera tale che i livelli di potenza dei segnali ottici siano equalizzati sul porto terminale di uscita dell'accoppiatore.

Tuttavia, nel primo e secondo procedimenti, poiché i livelli di potenza dei segnali ottici sono regolati in base al livello di potenza minimo di essi, non possono così essere ottenuti i livelli alti di potenza di trasmissione .

Secondo il terzo procedimento, poiché ciascuna delle sorgenti di luce di segnale è rispettivamente dotata dell'amplificatore a fibre ottiche, le dimensioni del sistema aumentano ed aumenta pure il suo costo.

Perciò, uno scopo dell'invenzione è quello di fornire un sistema di comunicazione ottica di basso costo e piccole dimensioni, suscettibile di trasmettere segnali ottici con livelli<' >alti ed equalizzati, mediante classificazione di segnali ottici in una pluralità di gruppi di più segnali ottici .

Un ulteriore scopo dell<1 >invenzione è quello di fornire un sistema di comunicazione ottica di basso costo e piccole dimensioni suscettibile di trasmettere segnali ottici con livelli alti ed equalizzati mediante classificazione di segnali ottici in uno o più segnali ottici individuali ed in uno o più gruppi di segnali ottici plurimi.

Secondo la prima caratteristica dell’invenzione, un sistema di trasmissione ottica WDM comprende:

una pluralità di sorgenti di luce di segnale per generare rispettivamente segnali ottici con lunghezze d'onda diverse,

in cui i segnali ottici sono classificati in una pluralità di gruppi della pluralità di segnali ottici,

una pluralità di accoppiatori ottici di primo stadio per multiplare rispettivamente la pluralità di gruppi della pluralità di segnali ottici, una pluralità di amplificatori ottici per amplificare rispettivamente uscite della pluralità di accoppiatori ottici di primo stadio, e

un accoppiatore ottico di secondo stadio per multiplare uscite della pluralità di amplificatori ottici.

Conformemente alla seconda caratteristica dell'invenzione, un sistema di trasmissione ottica WDM comprende:

in cui i segnali ottici sono classificati in uno o più segnali ottici individuali ed uno o più gruppi di segnali ottici,

uno o più accoppiatori ottici di primo stadio per multiplare rispettivamente l'uno o più gruppi dei segnali ottici,

una pluralità di amplificatori ottici per amplificare rispettivamente l'uno o più segnali ottici individuali ed uscite dell'uno o più accoppiatori ottici di primo stadio, e

accoppiatori ottici di secondo stadio per multiplare uscite della pluralità di amplificatori ottici.

L'invenzione sarà spiegata più dettagliatamente con riferiment ai disegni acclusi, in cui:

le figure 1A e 1B illustrano sistemi di trasmissione ottica WDM convenzionali .

La figura 2 illustra un sistema di trasmissione ottica WDM convenzionale di un altro tipo.

La figura 3 illustra una forma di realizzazione preferita dell'invenzione.

La figura 4 illustra un altro tipo di forma di realizzazione preferita dell'invenzione, e la figura 5 illustra la dipendenza del guadagno di un amplificatore a fibra ottica dalla lunghezza ottica.

Prima di illustrare un sistema di trasmissione ottica WDM nella forma di realizzazione preferita secondo l'invenzione, saranno illustrati facendo riferimento alle figure 1A e 2 i summenzionati sistemi di trasmissione ottica WDM convenzionali.

Il primo procedimento convenzionale è quello di equalizzare i livelli di uscita delle sorgenti di luce di segnale da il a 14 regolando le rispettive sorgenti di luce di segnale come rappresentato in figura 1A.

Il secondo procedimento convenzionale è quello di collegare rispettivamente attenuatori ottici variabili (ATT) da 61 a 64 con i porti o terminali di uscita delle sorgenti da 11 a 14 di luce di segnale, e regolarli in maniera tale che i livelli di trasmissione dei rispettivi segnali ottici siano equalizzati, come è illustrato in figura 1B.

Il terzo procedimento è quello di collegare rispettivamente gli amplificatori da 21 a 24 a fibre ottiche, con guadagni variabili, con i porti o terminali di uscita delle sorgenti di luce di segnale o di segnali' luminosi da il a 14, come è rappresentato in figura 2.

Conformemente al primo e secondo procedimento, nelle summenzionate soluzioni convenzionali, non possono essere ottenute alte potenze di trasmissione dei segnali ottici, poiché i livelli di trasmissione dei rispettivi segnali ottici sono regolati in base al livello minimo di essi.

Secondo il terzo procedimento, le sorgenti di luce di segnale o di segnali luminosi sono rispettivamente dotate degli amplificatori a fibre ottiche, per cui il sistema risulta di dimensioni aumentate e costoso.

Successivamente, sarà illustrato il principio ed il funzionamento dell'invenzione. Nell'invenzione, i segnali ottici sono classificati in vari gruppi in considerazione della dipendenza del guadagno dell'amplificatore a fibra ottica dalla lunghezza d'onda ed i segnali ottici appartenenti al medesimo gruppo sono multiplati mediante il medesimo accoppiatore ottico. Vengono proposti due modi per classificare i segnali ottici. In uno di tali modi, i segnali ottici pressoché con le medesime lunghezze d'onda, vengono classificati nel medesimo gruppo, mentre nell'altro dei modi, vengono classificati nel medesimo gruppo i segnali ottici che hanno all'incirca i medesimi livelli di potenza in corrispondenza dei porti di uscita degli amplificatori a fibre ottiche, a causa delle dipendenze dei guadagni degli amplificatori a fibre ottiche dalle lunghezze d'onda dei segnali ottici.

La pluralità di segnali ottici appartenenti al medesimo gruppo sono multiplati mediante il medesimo accoppiatore, alimentati al medesimo amplificatore a fibre ottiche, che è collegato con il porto di uscita dell'accoppiatore, ed amplificati alle potenze desiderate.

Inoltre, le uscite degli amplificatori a fibre ottiche sono multiplate mediante un accoppiatore e trasmesse attraverso la medesima linea di trasmissione ottica.

Qui di seguito facendo riferimento ai disegni acclusi, saranno illustrate le forme di realizzazione dell'invenzione. Le figure 3 e 4 sono schemi a blocchi per illustrare un sistema di comunicazione ottica WDM per otto segnali ottici, ad esempio, illustrati come la forma di realizzazione dell'invenzione. Inoltre, figura 5 esemplifica la dipendenza del guadagno di un amplificatore a fibra ottica impiegato nelle forme di realizzazione dalla lunghezza d'onda del segnale ottico.

La figura 3 illustra 1'esempio più fondamentale delle forme di realizzazione dell'invenzione. Il sistema di comunicazione ottica WDM è dotato di sorgenti da 11 a 18 di luce di segnale o di segnali luminosi, le lunghezze d’onda dei cui segnali sono rispettivamente da λ-l a λβ. La figura 5 illustra la dipendenza del guadagno dell'amplificatore a fibra ottica dalla lunghezza d'onda del segnale ottico. In questa forma di realizzazione, le lunghezze d'onda dei segnali ottici sono classificate in quattro gruppi, vale a dire da 11, λ.2, ).3 a ^4 e da ^5 e

I segnali ottici corrispondenti alle lunghezze d'onda di λ-ΐ e X2 sono rispettivamente alimentati agli amplificatori 21·e 22 a fibre ottiche ed amplificati sino alle potenze desiderate.

I segnali ottici corrispondenti alle lunghezze d'onda di λ-3 e λ4 sono multiplati mediante l'accoppiatore 31 ed alimentati all'amplificatore 23 a fibre ottiche. Come è rappresentato in figura 4, poiché i guadagni dell'amplificatore 23 a fibre ottiche per entrambi i segnali ottici sono all'incirca i medesimi, le uscite dell'amplificatore 23 a fibre ottiche sono all'incirca le medesime per entrambi i segnali ottici.

Nel caso del gruppo da λ.5 a 3⁄48, i segnali ottici sono multiplati mediante l'accoppiatore ottico 32 ed alimentati all'amplificatore 24 a fibre ottiche, analogamente al caso del gruppo λ-3 e λ-4.

I segnali ottici appartenenti al gruppo da λΐ, λ-2, ^.3 a ,ϊ.4 e da λ-5 a ^8 sono rispettivamente amplificati mediante gli amplificatori a fibre ottiche 21, 22, 23 e 24 e sono multiplati mediante l'accoppiatore 4 e trasmessi attraverso una linea di trasmissione ottica.

In una forma di realizzazione rappresentata in figura 4, filtri passabanda ottici da 51 a 54 sono rispettivamente collegati con i porti di uscita degli amplificatori a fibre ottiche da<' >51 a 54, ed i segnali ottici alimentati dai filtri passabanda ottici da 51 a 54 sono multiplati mediante l'accoppiatore 4 e trasmessi attraverso la medesima linea di trasmissione ottica. In questa forma di realizzazione, i rapporti S/N dei segnali ottici possono essere migliorati mediante il funzionamento dei filtri passabanda ottici da 51 a 54.

Le lunghezze d'onda dei segnali ottici della forma di realizzazione illustrata in figura 3 sono le seguenti:

Le dipendenze dei guadagni di tutti gli amplificatori a fibre ottiche dalla lunghezza d'onda del segnale ottico sono uguali fra loro come è rappresentato in figura 5. In considerazione delle summenzionate caratteristiche degli amplificatori a fibre ottiche, i segnali ottici sono classificati in quattro gruppi che rispettivamente corrispondono alle lunghezze d'onda da λΐ, λ-2, ^-3 a ^4 e da 1.5 a λ-8, ed uno o più segnali ottici appartenenti al medesimo gruppo sono amplificati mediante i medesimi amplificatori ottici corrispondenti ai gruppi.

I segnali ottici appartenenti al gruppo da λ-3 a λ4 sono multiplati mediante l'accoppiatore 31 con l'attenuazione di inserzione di 3 dB e quelli appartenenti al gruppo da λ.5 a sono multiplati mediante l'accoppiatore 32 con l'attenuazione di inserzione di 6 dB.

Le potenze di uscita delle sorgenti da 11 a 18 di luce di segnale sono regolate in maniera tale che il livello di potenza di ciascuno dei segnali ottici sia -20 dBm in corrispondenza del porto di ingresso di ciascuno degli amplificatori a fibre ottiche.

I valori numerici del guadagni dell'amplificatore a fibra ottica rappresentato in figura 5 sono riportati nella Tabella 1.

TABELLA 1

I livelli della potenza di uscita dei rispettivi segnali ottici in corrispondenza dei porti di uscita degli amplificatori da 21 a 24 a fibre ottiche sono elencati nella Tabella 2.

TABELLA 2

Come è rappresentato nella Tabella 2, la differenza massima tra i livelli di uscita dei segnali ottici in corrispondenza dei porti di uscita degli amplificatori a fibre ottiche, si verifica tra i segnali ottici corrispondenti alle lunghezze d'onda 1 e λθ, in cui il valore della differenza massima è 8,0 dB.

Conformemente alla Tabella 2, i livelli della potenza di uscita dell'amplificatore 23 a fibre ottiche, che simultaneamente amplifica i segnali ottici delle lunghezze d'onda di A 3 e X4, sono rispettivamente di 6,8 dBm, che è di 3 dB inferiore al livello di potenza ottica ottenuto mediante la relazione seguente.

-20,0 (dBm) 29,8 (dB) = 9,8 (dBm)

La ragione è che la potenza ottica totale amplificata mediante l ' amplificatore a f ibra ottica è limitata ad un valore peculiare dell'amplificatore a fibra ottica stesso per cui, quando n segnali ottici con le medesime potenze sono simultaneamente amplificati mediante il medesimo amplificatore a fibra ottica, il livello della potenza di uscita per segnale ottico è ridotto di un fattore di 1/n, rispetto a quello per il caso di n=l. Quindi,

10 log (l/n) = -3 (dB), per n=2,

= -6 (dB), per n=4.

I livelli della potenza di uscita dell'amplificatore 24 a fibra ottica rappresentati nelle Tabelle 1 e 2, possono essere giustificati dalla considerazione precedentemente menzionata.

11 guadagno dell'amplificatore 21 a fibra ottica, che corrisponde al segnale ottico della lunghezza d'onda di λι, deve essere ridotto di 8,0 dB. Analogamente, i guadagni degli altri amplificatori 22 e 23 a fibre ottiche devono essere regolati in maniera tale che il livello della potenza di uscita di ciascuno dei segnali ottici sia quasi uguale a 4,5 dBm.

Secondo l'invenzione, i livelli di potenza dei segnali ottici trasmessi nel sistema di comunicazione ottica WDM, possono essere aumentati e le differenze nei livelli di potenza tra i segnali ottici possono essere circa uguali a zero.

Inoltre, secondo l'invenzione, il numero degli amplificatori a fibre ottiche può essere ridotto rispetto a quello del convenzionale sistema di comunicazione ottica WDM, ed il sistema diviene di basso costo e di piccole dimensioni.

Benché l'invenzione sia stata descritta con riferimento ad una forma di realizzazione specifica per una divulgazione completa e chiara, le rivendicazioni accluse non devono essere a ciò limitate ma devono essere considerate come incorporanti tutte le modifiche e le strutture alternative suscettibili di presentarsi all'esperto del ramo e di rientrare negli insegnamenti basilari qui forniti.

Claims

R IV E N D I C A Z IO N I 1. Sistema di comunicazione ottica a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda {in seguito WDM) comprendente una pluralità di sorgenti di luce di segnale per generare rispettivamente segnali ottici con lunghezze d'onda diverse, in cui detta pluralità di segnali ottici sono classificati in una pluralità di gruppi di detti segnali ottici, una pluralità di accoppiatori ottici di primo stadio per multiplare rispettivamente detta pluralità di gruppi di detta pluralità di segnali ottici, una pluralità di amplificatori ottici per amplificare rispettivamente uscite di detta pluralità di accoppiatori ottici di primo stadio, e un accoppiatore ottico di secondo stadio per multiplare uscite di detta pluralità di amplificatori ottici.
2. Sistema di comunicazione ottica WDM secondo la rivendicazione 1 comprendente inoltre: una pluralità di filtri passabanda ottici per trasmettere rispettivamente uscite di detta pluralità di amplificatori ottici, che sono rispettivamente disposti tra detta pluralità di amplificatori ottici e detto accoppiatore ottico di secondo stadio.
3. Sistema di comunicazione ottica WDM secondo la rivendicazione 1, in cui: detti amplificatori ottici sono rispettivamente amplificatori a fibre ottiche, i nuclei delle quali sono drogati con metallo di terra rara.
4. Sistema di comunicazione ottica WDM comprendente: una pluralità di sorgenti di luce di segnale per generare rispettivamente segnali ottici con lunghezze d'onda diverse, in cui detti segnali ottici sono classificati in uno o più segnali ottici individuali e uno o più gruppi di una pluralità di segnali ottici, uno o più accoppiatori ottici di primo stadio per multiplare rispettivamente detto uno o detti gruppi di detta pluralità di segnali ottici, una pluralità di amplificatori ottici per amplificare rispettivamente detti uno o più segnali ottici individuali e uscite di detti uno o più accoppiatori ottici di primo stadio, e un accoppiatore ottico di secondo stadio per multiplare uscite di detta pluralità di amplificatori ottici.
5. Sistema di comunicazione ottica WDM secondo la rivendicazione 4 comprendente inoltre: una pluralità di filtri passabanda ottici per trasmettere rispettivamente uscite di detta pluralità di amplificatori ottici, che sono rispettivamente disposti tra detta pluralità di amplificatori ottici e detto accoppiatore ottico di secondo stadio.
6. Sistema di comunicazione ottica WDM secondo la rivendicazione 4, in cui; detta pluralità di amplificatori ottici sono rispettivamente amplificatori a fibre ottiche, nuclei delle quali sono drogati con metallo di terra rara.