PL164809B1

PL164809B1 - Wzmacniacz dla telekomunikacyjnego lacza optycznego PL PL PL

Info

Publication number: PL164809B1
Application number: PL90286131A
Authority: PL
Inventors: Giorgio Grasso; Aldo Righetti; Flavio Fontana
Original assignee: Pirelli Cavi Spa
Priority date: 1989-07-21
Filing date: 1990-07-19
Publication date: 1994-10-31
Also published as: NZ234255A; CA2021706C; JP3113244B2; EP0408905B1; EP0408905A2; CN1058500A; HU904558D0; NO903260D0; ATE150920T1; CA2021706A1; ID18627A; JP2001044939A; HUT54262A; FI903681A0; IT1231379B; ES2154780T3; ATE198394T1; DE69033678T2; NO982208D0; DE69033678D1

Abstract

1. W z m a c n i a c z d la t e l e k o m u n i k a c y j n e g o la c z a o p t y c z n e g o , u m i e s z c z o n y w e w n a t r z s z c z e ln e j o b u d o w y , k t ó r y j e s t d o l a c z o n y d o k o n c a d w ó c h k a b l i s w i a t l o w o - d o w y c h i z a w i e r a o d c i n e k s w i a t l o w o d u z r d z e n i e m a k t y w n y m , k t ó r e g o k o n c e s a p o l a c z o n e o p t y c z n i e z k o n - c e m s w i a t l o w o d u p i e r w s z e g o k a b l a i z k o n c e m s w i a t l o - w o d u d r u g i e g o k a b l a , p r z y c z y m j e d e n z d w ó c h k o n c ó w o d c i n k a s w i a t l o w o d u z r d z e n i e m a k t y w n y m d o l a c z o n y j e s t d o p i e r w s z e g o z e s p o l u z r ó d l a p r o m i e n i o w a n i a p o m - p o w a n i a , znamienny tym, z e d o d r u g i e g o k o n c a o d c i n k a s w i a t l o w o d u z r d z e n i e m a k t y w n y m ( 1 6 ) d o l a c z o n y j e s t d r u g i z e s p ó l z r ó d l a p r o m i e n i o w a n i a p o m p o w a n i a ( 2 0 ), p r z y c z y m j e d e n k o n i e c o d c i n k a s w i a t l o w o d u z r d z e n i e m a k t y w n y m ( 1 6 ) j e s t p o l a c z o n y z p ie r w s z a f o t o d i o d a ( 2 7 ), a d r u g i k o n i e c z tr z e c ia f o t o d i o d a ( 2 8 ) , k t ó r y c h w y j s c ia p o l a c z o n e s a z m i k r o p r o c e s o r e m ( 2 9 ) , p o n a d t o p ie r w s z y z e s p ó l z r ó d l a p r o m i e n i o w a n i a p o m p o w a n i a ( 1 9 ) z a w ie r a z r ó d l o p r o m i e n i o w a n i a ( 1 9 ) p o l a c z o n e z d r u g a f o t o d i o d a ( 3 0 ) , k tó r a p r z e z w z m a c n i a c z ( 3 1 ) , p o l a c z o n a je s t z m i k r o p r o c e s o r e m ( 2 9 ) , p o n a d t o z r ó d l o p r o m i e n i o w a n i a p o m p o w a n i a ( 1 9 '), p o p r z e z k o m u t a t o r p rze t w a r z a n ia ( 3 5 ) i p r z e k a z n i k ( 3 8 ) , p o l a c z o n e je s t z p r z y n a j m n ie j j e d - n y m m o d u l a t o r e m n is k ie j c z e s t o t l i w o s c i ( 3 7 ) i ( 3 7 ') o r a z m i k r o p r o c e s o r e m ( 2 9 ) , p r z y c z y m d r u g ie w e j s c ie k o m u - t a t o r a p r z e tw a r z a n i a ( 3 5 ) j e s t r ó w n i e z p o l a c z o n e z m i k r o p r o c e s o r e m (2 9 ). Fig 2 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wzmacniacz dla telekomunikacyjnego łącza optycznego, zwłaszcza łącza podwodnego zawierającego wzmacniacze ze światłowodem z rdzeniem aktywnym, wykorzystywanym do wzmacniacza sygnałów świetlnych. Wzmacniacze tego rodzaju umieszczone są w miejscach trudnodostępnych.

Światłowody z rdzeniem aktywnym zawierają płaszcz, wewnątrz którego znajduje się rdzeń. Do materiału rdzenia dodaje się substancje domieszkujące, które powodują zwiększenie współczynnika załamania światła w rdzeniu w stosunku do płaszcza. Ponadto stają się źródłem promieniowania świetlnego o długości fali λ i, wykorzystywanego do transmisji sygnału, gdy zostaną pobudzone promieniowaniem o długości λ₂ (różnej od >1), różnym w zależności od zastosowanych różnych substancji domieszkujących. Przykładami substancji domieszkowych, posiadających taką właściwość są erb i neodym.

W rdzeniu aktywnym światłowodu następuje emisja promieniowania świetlnego o długości fali λ i wówczas, gdy przez ten światłowód przepływa promieniowanie świetlne o długości fali λ2, zazwyczaj nazywane promieniowaniem pompowania. To wyjaśnia zjawisko wzmacniacza sygnału uzyskane przez zastosowanie światłowodu z rdzeniem aktywnym.

Zastosowanie wzmacniaczy wykorzystujących światłowód z rdzeniem aktywnym w podwodnych światłowodowych łączach telekomunikacyjnych eliminuje stosowanie optoelektronicznych wzmacniaków przesyłanego sygnału. Zwiększa to pewność działania, co wynika z mniejszej ilości stosowanych elementów elektronicznych. Jak wiadomo, elementy elektroniczne wchodzące w skład wzmacniaków optoelektronicznych spełniają w ich budowie bardzo ważną rolę i należą do klasy elementów pracujących przy wysokich częstotliwościach. We wzmacniakach optoelektronicznych wejściowy sygnał świetlny, modulowany wysoką częstotliwością, zostaje przekształcony w sygnał elektryczny, także o wysokiej częstotliwości. Sygnał elektryczny zostaje wzmocniony przy wysokiej częstotliwości i przetworzony ponownie na wzmocniony sygnał świetlny, również wysokoczęstotliwościowy.

164 809

Elementy elektroniczne przystosowane do pracy przy wysokiej częstotliwości okazały się niezbyt pewnymi w eksploatacji, a ich awarie powodują przerwanie pracy łącza. Ta wada układu jest bardzo niebezpieczna w eskploatacji, zwłaszcza w podwodnych światłowodowych łączach telekomunikacyjnych. W takich łączach dostęp do wzmacniaków optoelektronicznych wymagających naprawy, jest utrudniony, co wydłuża okres czsu niezbędny do ponownego uruchomienia pracy łącza.

W przeciwieństwie do wzmacniaków optoelektronicznych, wzmacniacze ze światłowodem o rdzeniu aktywnym nie zawierają wysokoczęstotliwościowych elementów elektronicznych, a jedynym wrażliwym ich elementem jest źródło pompowania promieniowania świetlnego, na ogół w postaci lasera, diody laserowej lub innego podobnego urządzenia.

Z opisu patentowego USA nr 4 723 824 znany jest wzmacniacz światłowodowy zawierający kryształ neodymowy YAG. Kryształ DND: YAG połączony jest szeregowo z transmitującym sygnał światłowodem, i jest zasilany przez włókno optyczne zarówno wzmacnianym sygnałem jak i promieniowaniem pompowania. Promieniowanie pompowania jest doprowadzone do światłowodu przez sprzęgacz multipleksujący, łączący wzmacniany sygnał z promieniowaniem pompowania.

Chociaż światłowodowe łącza telekomunikacyjne z zastosowaniem wzmacniaczy z rdzeniem aktywnym są bardziej niezawodne w porównaniu ze wzmacniaczami optoelektronicznymi, z uwagi na mniejsze prawdopodobieństwo uszkodzeń, to z kolei takie łącza nie są zdolne do przekazania do stacji końcowych, a w przypadku łączy podwodnych, do stacji nabrzeżnych, sygnałów ostrzegawczych jakie mogą pojawić się w przypadku awarii łącza, a ponadto niemożliwia jest lokalizacja uszkodzeń wzdłuż łącza. Z tego powodu w światłowodowych łączach telekomunikacyjnych ważne jest, aby zapewnić dużą ilość rezerwowych kanałów optycznych, zarówno w kablach jak i wzmacniaczach lub wzmacniakach. Kanały te są niezależne od siebie i każdy z nich może być włączony do pracy, gdy inny pracujący kanał łącza zostanie uszkodzony. W rezultacie, łącza stają się bardzo złozone i zmniejsza się efektywność światłowodowych łączy telekomunikacyjnych w ich aktualnym wykonaniu.

Celem wynalazku jest poprawa niezawodności i efektywności światłowodowych łączy telekomunikacyjnych ze wzmacniaczami przenoszonego sygnału, poprzez umożliwienie sterowania łącza ze stacji końcowych, za pomocą sygnałów świetlnych informujących o stanie technicznym każdego wzmacniacza łącza, jak również każdego kanału światłowodu. Sygnały takie pozwalają na utrzymanie łącza w optymalnym stanie technicznym, pozwalają na redukcję kanałów rezerwowych, pozwalają na awaryjne włączenie rezerwowego kanału w przypadku uszkodzenia wewnątrz wzmacniacza i na natychmiastową lokalizację miejsca uszkodzenia łącza ze stacji krańcowych, co pozwala na skrócenie czasu usunięcia awarii.

Wzmacniacz, według wynalazku przeznaczony dla telekomunikacyjnego łącza optycznego, umieszczony jest wewnątrz szczelnej obudowy i jest dołączony do końców dwóch kabli światłowodowych. Zawiera on odcinek światłowodu z rdzeniem aktywnym. Końce tego odcinka są połączone optycznie z końcem światłowodu pierwszego kabla i z końcem światłowodu drugiego kabla. Jeden z dwóch końców odcinka światłowodu z rdzeniem aktywnym dołączony jest do pierwszego zespołu źródła promieniowania pompowania. Wzmacniacz charakteryzuje się tym, że do drugiego końca odcinka światłowodu z rdzeniem aktywnym dołączony jest drugi zespół źródła promieniowania pompowania.

Jeden koniec odcinka światłowodu z rdzeniem aktywnym jest połączony z pierwszą fotodiodą, a drugi koniec z trzecią fotodiodą. Ich wyjścia połączone są z mikroprocesorem. Pierwszy zespół źródła promieniowania pompowania zawiera źródło promieniowania połączone z drugą fotodiodą, która poprzez wzmacniacz połączona jest z mikroprocesorem. Natomiast źródło promieniowania pompowania, poprzez komutator przetwarzania i przekaźnik połączone jest z przynajmniej jednym modulatorem niskiej częstotliwości oraz z mikroprocesorem. Drugie wejście komutatora przetwarzania jest również połączone z mikroprocesorem.

Jeden koniec części światłowodu z rdzeniem aktywnym jest połączony z końcem światłowodu pierwszego kabla oraz z pierwszym zespołem źródła promieniowania pompowania, poprzezpierwszy sprzęgacz dichroiczny. Drugi koniec części światłowodu z rdzeniem aktywnym jest połączony z końcem światłowodu drugiego kabla oiaz z drugim zespołem źiódła promieniowania pompowania, poprzez drugi sprzęgacz dichroiczny.

164 809

Rozwiązanie według wynalazku, zostanie objaśnione w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat światłowodowego łącza telekomunikacyjnego w wykonaniu podwodnym, fig. 2 - elementy wzmacniacza światłowodowego łącza telekomunikacyjnego, fig. 3 -sprzęg dichroiczny wchodzący w skład wzmacniacza z fig. 2, fig. 4 - obwód fotodiody, fig. 5 -pierwszy przykład zespołu źródła promieniowania pompowania, fig. 6 - drugi przykład zespołu źródła promieniowania pompowania, a fig. 7 przedstawia schemat blokowy mikroprocesora wzmacniacza.

Na figurze 1 przedstawione jest światłowodowe łącze telekomunikacyjne w wykonaniu podwodnym. Łącze składa się z pewnej liczby odcinków kabli światłowodowych 1, 2, 3,4 i 5 połączonych szeregowo (jeden za drugim) i dołączonych parami do wzmacniaczy 6,7,8 i 9, dla przesyłania sygnałów świetlnych wzdłuż łącza.

Na końcach łącza znajduje się stacja nadawczo-odbiorcza 10, i odpowiednio stacja odbiorczonadawcza 11. Kable światłowodowe 12,3,4 i 5 są dowolnymi typowymi kablami wyposażonymi w uzbrojoną, mechanicznie wytrzymałą powłokę, wytrzymującą wszystkie mecheniczne naprężenia występujące podczas układania lub wydobywania kabla. Rdzeń kabla składa się z rdzenia światłowodowego, zamkniętego w szczelnej powłoce, oraz z przewodów elektrycznych, służących do zasilania wzmacniaczy przesyłanych sygnałów.

Jak wspomniano, odcinki kabli 1, 2, 3, 4 i 5 są połączone ze sobą poprzez wzmacniacze transmitowanego sygnału. W przykładzie łącza z fig. 1, odcinki kali 1 i 2 są na stałe połączone poprzez wzmacniacz 6, odcinki kabli 2 i 3 poprzez wzmacniacz 7, odcinki kabli 3 i 4 poprzez wzmacniacz 8 i odcinki kabli 4 i 5 są połączone przez wzmacniacz 9.

Figura 2 przedstawia schematycznie jeden ze wzmacniaczy, np. wzmacniacz 6 łączący dwa odcinki kabla światłowodowego 1 i 2. Wzmacniacz 6 umieszczony jest w szczelnej obudowie 12, wewnątrz której znajduje się element wzmacniający 15, w którym następuje wzmocnienie sygnałów świetlnych przychodzących z kabla 1. Wzmocnione sygnały przekazane zostają do odcinka kabla 2. Informacja o warunkach roboczych elementu wzmacniającego przekazana zostaje do każdej ze stacji nadawczo-odbiorczych 10, 11. Kontrola warunków roboczych światłowodów 13 i 14 oraz regulacja elementu wzmacniającego odbywa się w wyniku sygnałów sterujących przesyłanych ze stacji 10 i/lub 11.

Obudowa 12 jest także odporna mechanicznie, zarówno na ciśnienie hydrostatyczne otoczenia, w którym pracuje wzmacniacz, jak i na naprężenia mechaniczne występujące podczas układania lub wydobywania łącza na powierzchnię.

Szczelna obudowa 12 jest połączona w sposób szczelny z końcówkami kabli 1 i 2 dochodzących do wzmacniacza 6, a światłowody 13 i 14 odcinków kabli 1 i 2 przechodzą przez obudowę 12 wzmacniacza. *

Dla przejrzystości rysunku, na fig. 2 przedstawiono tylko włókno światłowodu 13 odcinka kabla 1 i tylko włókno światłowodu 14 odcinka kabla 2, które połączone są ze sobą przez element wzmacniający 15. Sygnały świetlne przechodzące z odcinka kabla 1, które podlegają naturalnemu procesowi osłabienia w czasie pokonywania odległości, zostają wzmocnione w elemencie wzmacniającym 15 i przesłane do następnego odcinka kabla 2. Element wzmacniający 15 łączy wszystkie pojedyncze włókna światłowodów kabla 1 z włóknami kabla 2.

Element wzmacniający 15 przeznaczony jest do wzmacniania sygnałów świetlnych, kontroli i przekazywania informacji o stanie technicznym wzmacniacza do jednej ze stacji krańcowych 10 i 11, oraz do przeprowadzenia regulacji wzmocnienia, w odpowiedzi na sygnały sterujące przechodzące ze stacji krańcowych 10 i 11 łącza.

Element wzmacniający 15 zawiera odcinek włókna światłowodowego z rdzeniem aktywnym 16. Na końcach odcinka włókna z rdzeniem aktywnym 16 znajdują się sprzęgacze dichroiczne 17 i 18. Światłowód 13 jest dołączony do sprzęgacza dichroicznego 17, natomiast światłowód 14 jest dołączony do drugiego sprzęgacza dichroicznego 18. Ponadto, sprzęgacz dichroiczny 17 jest dołączony do pierwszego zespołu źródła promieniowania pompowania 19, korzystnie do lasera lub diody laserowej, wyposażonego w swój własny obwód elektryczny. Drugi sprzęgacz dichroiczny 18 jest dołączony do drugiego zespołu źródła promieniowania pompowania 20, korzystnie w postaci lasera lub diody laserowej, również wyposażonego we własny obwód elektryczny.

164 809 5

Sprzęgacze 17 i 18 są identyczne i są czterokońcówkowymi sprzęgaczami dichroicznymi, których budowę objaśniono na fig. 3 rysunku.

Jak przedstawiono na fig. 3, sprzęgacz 17 jest zbudowany z dwóch odcinków włókien światłowodowych 21 i 22, ściśle złączonych razem, przez stopienie płaszcza w części centralnej, ale z pozostawionymi swobodnymi końcówkami włókien 23 i 24 dla odcinka włókna 21, oraz 25 i 26 dla odcinka włókna 22.

Końcówki 23 i 24 sprzęgacza 17 są dołączone odpowiednio do włókna światłowodowego 13 i do odcinka światłowodu z rdzeniem aktywnym 16. Końcówka 25 jest dołączona do pierwszego zespołu źródła promieniowania pompowania 19, a końcówka 26 do fotodiody 27.

I analogicznie, sprzęgacz 18 - identyczny jak sprzęgacz 17, jest połączony jedną końcówką jednego włókna z fotodiodą 28, a drugą końcówką do drugiego zespołu źródła promieniowania pompowania 20. Jedna końcówka drugiego włókna sprzęgacza 18 jest połączona z odcinkiem włókna światłowodowego 14, a jego druga końcówka jest dołączona do drugiego końca odcinka światłowodu z rdzeniem aktywnym 16.

Sprzęgacze dichroiczne 17 i 18, opisane jako rozwiązanie przykładowe, mogą być zastąpione przez sprzęgacze dichroiczne innych znanych typów, zwłaszcza sprzągacze mikrooptyczne, planarne sprzęgacze optyczne, lub inne.

Sprzęgacze 17 i 18 są optycznie dołączone do fotodiod 27 i 28, przedstawionych bardziej szczegółowo na fig. 4. Fotodiody 27 i 28 są dołączone swoimi wyjściami Vc i Vc' do obwodu mikroprocesora 29, do którego także są dołączone obwody związane z dwoma zespołami źródeł promieniowania pompowania 19 i 20.

Na figurze 4 przedstawiono schematycznie fotodiodę 27, z odpowiadającym jej wzmacniaczem 27', która wysyła, podczas pracy pierwszego zespołu źródła promieniowania pompowania 19, sygnał Vc skierowany do obwodu mikroprocesora 29. Natężenie tego sygnału jest funkcją natężenia promieniowania pompującego na wyjściu złącza dichroicznego 17, na jego końcówce 26.

Fotodioda 28, taka sama jak fotodioda 27, jest wyposażona w swój własny wzmacniacz, który - gdy pracuje drugi zespół źródła promieniowania pompowania 20 - wysyła sygnał Vc' - kierowany do obwodu mikroprocesora 29. Jak to już uprzednio stwierdzono, każdy zespół źródła promieniowania pompowania 19 i 20 jest skojarzony z obwodem elektrycznym.

Na figurze 5 przedstawiono obwód elektryczny pierwszego zespołu źródła promieniowania pompowania 19. Obwód ten jest identyczny jak obwód elektryczny drugiego zespołu źródła promieniowania pompowania 20, nie pokazany na rysunku.

Jak przedstawiono na fig. 5 właściwe źródło promieniowania 19' stanowiące laser, jest dołączone do końcówki 25 sprzęgacza dichroicznego 17, poprzez włókno światłowodu 19 oraz poprzez włókno światłowodu 19''', do drugiej fotodiody 30 połączonej ze wzmacniaczem 31'.

Emitowany jest wzmacniacz 31 sygnał Va, którego wielkość jest wprost proporcjonalna do natężenia promieniowania świetlnego wysyłanego przez laser 19', jest przesyłany w tym samym czasie do obwodu mikroprocesora 29 oraz do komparatora 32. W komparatorze 32 sygnał Va jest porównywany z sygnałem odniesienia wysyłanym przez emiter sygnału odniesienia 33. Sygnał Vbias, emitowany przez komparator 32, jest wysyłany w tym samym czasie do obwodu mikroprocesora 29 oraz do obwodu sterującego generatorem prądu zmiennego 34, zasilającego laser 19'.

Pomiędzy generatorem prądu zmiennego 34 a laserem 19' jest włączony komutator przetwarzania 35, który zostaje uruchomiony przez sygnał Inb emitowany przez obwód mikroprocesora 29.

Ponadto, komutator przetwarzania 35 jest dołączony do wzmacniacza 36 sygnałów elektrycznych Vb, kierowanych do obwodu mikroprocesora 29, które to sygnały są emitowane przez laser 19' wówczas, gdy nie pracuje on jako laser, lecz jako fotodioda.

Punkt wspólny generatora prądu zmiennego 34 oraz komutatora przetwarzania 35, połączony jest poprzez przekaźnik 38, z kalibrowanym modulatorem niskiej częstotliwości 37, a korzystniej z dwoma modulatorami 37 i 37' o dwóch różnych nastawach niskiej częstotliwości. Przekaźnik 38 uruchamiany jest przez sygnały Ina i Ind emitowane przez obwód mikroprocesora 29.

Obwód elektryczny drugiego zespołu źródła promieniowania pompowania 20 jest identyczny z obwodem elektrycznym pierwszego zespołu źródła promieniowania pompowania 19 i dlatego nie będzie bliżej omawiany.

164 809

Na figurze 6 przedstawiono alternatywne rozwiązanie obwodu z fig. 5, które może być zastosowane w przypadku, gdy zachodzi niebezpieczeństwo, że laser 19' może być zupełnie zniszczony i dlatego nie może być użyty ani jako źródło promieniowania pompującego ani jako fotodioda monitorująca.

Alternatywne rozwiązanie obwodu z fig. 6 różni się od obwodu z fig. 5 tylko tym, że przewiduje zastosowanie dodatkowo komutatora optycznego 19^v, który może być uruchomiony sygnałem Inc, emitowanym przez obwód mikroprocesora 29. Komutator optyczny 19^v jest włączony we włókno światłowodowe 19 łączące laser 19' z końcówką 25 sprzęgacza dichroicznego 17, i jest połączony przez fotodiodę 19^IV ze wzmacniaczem 36.

Na figurze 7 przedstawiono schemat blokowy obwodu mikroprocesora 29. Zawiera on multiplekser 39, który odbiera sygnały Vbias, Va i Vb, emitowane przez pierwszy zespół źródła promieniowania pompowania 19 i sygnały Vbiaa', Va' i Vb emitowane przez drugi zespół źródła promieniowania pompowania 20, sygnały Vc przechodzące z fotodiody 27 i sygnały Vc' przechodzące z fotodiody 28 (pokazanej na fig. 2). Do wyjścia multipleksera 39 dołączony jest przetwornik analogo wo-cyfrowy 40, dołączony swoim wyjściem do jednostki centralnej (CPU) 41, do której jest dołączona pamięć stała (ROM) 42. Pamięć ta 42, współpracująca z jednostką centralną 41, umożliwia wysyłanie sygnałów Ina, Inb, Inc i czasami Ind, kierowanych do pierwszego zespołu źródła promieniowania pompowania 19, oraz sygnałów Ina', Inb', Inc' i czasami Ind' kierowanych do drugiego zespołu źródła promieniowania pompowania 20.

Ponadto, w łączu telekomunikacyjnym znajdują się, co najmniej na jednej z dwóch stacji nadawczo-odbiorczych 10 i 11 (fig. 11), obwody do monitorowania sygnałów przekazywanych przez wzmacniacze 6, 7, 8 i 9, pracujące w łączu, oraz obwód do wysyłania w łącze sygnałów sprawdzających pracę poszczególnych elementów wzmacniaczy. Obdowy dla monitorowania i wysyłania sygnałów sprawdzających w łącze, jako znane, nie będą opisane.

Podczas pracy łącza, sygnały świetlne wysokiej częstotliwości o długości fali λι, wytworzone przykładowo na stacji nadawczo-odbiorczej 10 są przesyłane do włókien światłowodowych kabli. Sygnały świetlne wysokiej częstotliwości o długości fali λι, podczas przechodzenia przez włókna światłowodowe 13 kabla 1 zostają osłabione i dlatego wymagają wzmocnienia we wzmacniaczu 6, przed wprowadzeniem ich do włókna światłowodowego 14 kabla 2.

W taki sam sposób jak uprzednio opisano, sygnały świetlne wysokiej częstotliwości o długości fali λι, przemieszczającej się przez włókna światłowodowe kabla 2, muszą być wzmocnione we wzmacniaczu 7, przed wysłaniem ich do włókien światłowodowych kabla 3.

Podobnie sygnały świetlne wysokiej częstotliwości przemieszczające się przez włókna światłowodowe kabla 3 wymagają wzmocnienia we wzmacniaczu 8, przed kontynuowaniem przechodzenia wzdłuż włókien odcinka kabla 4.

To samo dotyczy sygnałów świetlnych przechodzących przez odcinek kabla 4, które muszą być wzmocnione we wzmacniaczu 9, przed przesłaniem ich do odcinka kabla 5, którym wreszcie docierają do stacji odbiorczej 11. Taki sam mechanizm działania występuje, gdy stacją nadawczą jest stacja 11, a stacją odbiorczą stacja 10.

We wzmacniaczu 6 tylko jeden ze znajdujących się tam dwóch laserów, przykładowo oznaczony 19' pracuje, przesyłając do części aktywnej rdzenia 16 włókna światłowodowego świetlną energię pompowania o długości fali λ 2, niezbędną dla wzmocnienia sygnałów.

Drugi laser, lub inne źródło promieniowania pompowania, znajdujące się w drugim zespole źródła 20, nie emituje promieniowania, pozostaje w rezerwie i dlatego pracuje jako fotodioda wskaźnikowa.

Promieniowanie świetlne o długości fali λ2 może być modulowane niską częstotliwością m6, przykładowo za pomocą generatora prądu zmiennego 34 z fig. 5 w takt z programowaną modulacją wyżej wymienionego generatora, zwaną przez fachowców „tonem. Modulacja m6 jest różna od modulacji niskoczęstotlidościodej świetlnego promieniowania pompowania pozostałych wzmacniaczy.

Mówiąc dokładnej, we wzmacniaczach 6, 7, 8 i 9 modulacja niskoczęstotliwościowa, czyli ton pojedynczego świetlnego promieniowania pompowania ma wartość m6, m7, m8 i m9, a wartości te różnią się między sobą.

164 809

Wszystkie tony m6, m7, m8 i m9, różne od siebie, są przesyłane przez łącze i odbierane w stacji nadawczo-odbiorczej jako sygnały wskazujące, które lasery pracują w poszczególnych wzmacniaczach.

Modulacja niskoczęstotliwościowa promieniowania pompowania λ 2 nie zakłóca sygnałów użytecznych λι, ponieważ te ostatnie są modulowane wysoką częstotliwością.

Transmitowane łączem sygnały świetlne λ i modulowane wysoką częstotliwością, osłabione poprzez przejście przez włókno odcinka światłowodu 1, docierają do wzmacniacza 6.

Świetlny sygnał λ i dochodzi do rdzenia aktywnego 16 przez sprzęgacz dichroiczny 17. Także świetlne promieniowanie pompowania o długości fali λ 2 wyemitowane przez pierwszy zespół źródła promieniowania pompowania 19 dochodzi do rdzenia aktywnego 16. Wewnątrz rdzenia aktywnego 16 następuje wzmocnienie sygnału świetlnego o długości fali λ i i przez sprzęgacz dichroiczny 18 wzmocnione sygnały zostają wprowadzone do włókna światłowodowego następnego odcinka kabla 2.

Natężenie świetlnej energii pompowania na wejściu części włókna z aktywnym rdzeniem 16, wyrażone w postaci sygnału elektrycznego Vc, jest odbierane przez fotodiodę 27 sprzężoną ze sprzęgaczem dichroicznym 17.

Natężenie świetlnej energii pompującej na wyjściu włókna światłowodowego z rdzeniem aktywnym 16, wyrażone w postaci sygnału Vb', jest odbierane przez drugi zespół źródła promieniowania pompowania 20, zawierający laser, który pracuje jako fotodioda wskaźnikowa.

Oba sygnały elektryczne Vc i Vb' są przesyłane do obwodu mikroprocesora 29.

Zazwyczaj laser 19' pracuje bardzo dobrze, a to dzięki działaniu tej części obwodu elektrycznego, która zawarta jest wewnątrz linii przerywanej 43 na fig. 5 i fig. 6.

W rzeczywistości sygnał Va, przedstawiający natężenie promieniowania pompującego emitowanego przez laser 19', jest odbierany przez fotodiodę 30 i wzmacniacz 31.

Sygnał Va zostaje wysłany do obwodu mikroprocesora 29, a ponadto do komparatora 32, który przez porównanie z sygnałem odniesienia emitera 33, zapewnia kontrolę pracy generatora prądu zmiennego 34. Ten zaś tak oddziaływuje na laser 19', żeby natężenie świetlnego promieniowania pompującego było modulowane zawsze tak samo.

Kiedy upływ czasu spowoduje zestarzenie się lasera 19', sygnały Vc i Ibias przekażą o tym informację do obwodu mikroprocesora 29. W takiej sytuacji obwód mikroprocesora 29 jest zaprogramowany przez pamięć stałą 42, tak aby wysyłał sygnał Ina, który uruchamiając przekaźnik 38 spowoduje interwencję modulatora niskiej częstotliwości 37.

Modulator 37 zmusi laser 19' do wysłania sygnału alarmowego, zmodulowanego niską częstotliwością, czyli tonem m61, który spowoduje nałożenie się takiej samej modulacji niskiej częstotliwości na transmitowane sygnały świetlne o długości fali λ i, co może zostać odebrane jako sygnał alarmowy na stacji odbiorczej 11. Co więcej, obwód mikroprocesora zaprogramowany przez pamięć stałą 42, będzie także zdolny do wykrycia z otrzymanych sygnałów Va i Vbias, czy komparator 32 jest sprawny, czy uszkodzony. Sygnał odniesienia wysyła emiter 33. W przypadku awarii emitera 33 obwód mikroprocesora może wysyłać sygnał Ina', nie oznaczony na rysunku, który działając na przekaźnik 38 i na modulator 37 wymusi na tym ostatnim wysłanie sygnału alarmowego z modulacją m62.

W tych przypadkach stacja nadawczo-odbiorcza 10, przez nałożenie się niskoczęstotliwościowej modulacji m6/10 i m6/10' na sygnał świetlny zmodulowany wysokoczęstotliwościowo λι, może wysyłać sygnał kontrolny po łączu telekomunikacyjnym. Ten sygnał kontrolny m6/10 powoduje zmodulowanie resztkowej energii pompowania o długości fali λ 2, które będzie odebrane przez obwód mikroprocesora 29 wzmacniacza 6 jako sygnał kontrolny tam skierowany i zmusi obwód mikroprocesora do wysłania sygnałów Inb i Inb' do komutatorów 35, aby wyłączyć pierwszy zespół źródła 19 i włączyć drugi zespół źródła promieniowania pompowania 20.

W ten sposób prawidłowa praca kanału optycznego przy przesyłaniu sygnałów zostanie przywrócona, nawet w przypadku, gdy laser 19'jest niesprawny i nie może zapewnić odpowiedniej energii pompującej, ale który może zawsze pracować prawidłowo jako fotodioda wskaźnikowa.

W przypadku, gdy laser 19' jest zużyty i nie może pracować jako źródło energii pompowania, ani nawet jako fotodioda wskaźnikowa, we wzmacniaczu jest stosowany alternatywnie zestaw przedstawiony na fig. 6. W tym przypadku obwód mikroprocesora 29 jest zaprogramowany na

164 809 wysyłanie obok sygnałów kontrolnych Inb i W, także sygnałów kontrolnych Inc i Inc wówczas, gdy otrzyma wysłane ze stacji nadawczo-odbiorczej 10 sygnały kontrolne m6/10 lub m6/10'.

Poprzez wysłanie sygnałów Inc i Inc' zostaje uruchomiony komutator optyczny 19^v i włókno światłowodowe 19 przystępuje do przesyłania sygnałów, poprzez fotodiodę wskaźnikową 19^IVdołączoną do wzmacniacza 36, z którego sygnały Vb (lub Vb') są wysyłane i kierowane do obwodu mikroprocesora 29.

Opisane działanie wzmacniacza 6 ma także miejsce we wzmacniaczu 7,8 i 9. Sygnały kontrolne sprawności różnych włókien światłowodowych pracujących w łączu pochodzą od poszczególnych obwodów i poszczególnych procesów zachodzących we wzmacniaczach pracujących w tym łączu. Dzięki temu wystąpienie uszkodzenia dowolnego włókna światłowodowego może być natychmiast wykryte, zlokalizowane i sygnał o uszkodzeniu może być przesłany do stacji nadawczoodbiorczych 10 i 11.

Proces ten ma następujący przebieg. Jeżeli włókno światłowodowe kabla, przykładowo światłowód 13 kabla 1 jest zniszczony lub przerwany, wówczas transmitowane sygnały o długości fali λ i, nie docierają do wzmacniacza 6. W takiej sytuacji energia pompowania wytwarzana przez laser 19', nie wykorzystywana do wzmacniania sygnałów λι nie ulega osłabieniu wewnątrz rdzenia aktywnego 16. Powoduje to, że obwód mikroprocesora 29, poprzez porównanie sygnałów Va i Vb' rozpoznaje istnienie nienormalnej sytuacji, niezależnej od wzmacniacza 6. W takiej sytuacji obwód mikroprocesora 29 wysyła sygnał Ind skierowany do przekaźnika 38, który powoduje interwencję modulatora 37' w postaci wysłania zmodulowanego sygnału alarmowego do stacji odbiorczej 11.

Ponieważ wzmacniacze umieszczone dalej wzdłuż łącza za wzmacniaczem 6 działają tak samo jak on. Lokalizacja uszkodzenia na łączu w postaci przerwania włókna światłowodu jest natychmiast dokonana.

Zastosowanie światłowodowego łącza telekomunikacyjnego zawierającego wzmacniacze, według niniejszego wynalazku, zapewnia osiągnięcie założonego celu.

Działanie dwóch skojarzonych laserów na końcówki włókna światłowodowego z rdzeniem aktywnym wewnątrz wzmacniacza, jednego jako laser działający i drugiego jako laser rezerwowy i pracujący jako fotodioda wskaźnikowa, powoduje obniżenie ryzyka przerwania pracy łącza. W momencie, gdy jeden z dwóch laserów zostanie uszkodzony, automatycznie zastępuje go drugi, bez przerwania przesyłania sygnałów użytecznych.

Ponadto, skojarzenie laseru z obwodami pracującymi z modulacją niskiej częstotliwości, które są pewne w działaniu i pewniejsze od obwodów elektronicznych wysokoczęstotliwościowych wzmacniaków optoelektronicznych, pozwala na ciągłą kontrolę ze stacji nadawczo-odbiorczej stanu technicznego wszystkich wzmacniaczy pracujących wzdłuż łącza telekomunikacyjnego. W tym szczególnym przypadku stacji nabrzeżnych łącza podmorskiego.

Ponadto, możliwe jest przesyłanie sygnałów roboczych i sygnałów kontrolnych ze stacji nadawczo-odbiorczej do różnych wzmacniaczy, z nałożeniem sygnałów niskiej i wysokiej częstotliwości, co pozwala na utrzymanie łącza telekomunikacyjnego w optymalnym stanie technicznym, bez użycia dodatkowych włókien światłowodowych w kablach, które są wykorzystywane tylko do przesyłania tych sygnałów kontrolnych.

Fakt, ze każdy ze wzmacniaczy według wynalazku wysyła swoje własne sygnały, które są odbierane i rozszyfrowywane w stacjach nadawczo-odbiorczych 10 i 11 na końcach łącza, pozwala w przypadku zniszczenia dowolnego włókna światłowodowego kabla na dokładną lokalizację uszkodzenia.

Możliwość oceny sprawności wszystkich włókien światłowodowych w różnych kablach pozwala, w przypadku awarii na właściwą ingerencję i przeprowadzenie naprawy.

Wzmacniacz według wynalazku znajduje również zastosowanie w przypadku łączy podziemnych i napowietrznych, a także łączy światłowodowych ziemno-napowietrznych.

Fig,6

16^4809

13 19 25 2 3 17 26

Fig.2

Fig 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Wzmacniacz dla telekomunikacyjnego łącza optycznego, umieszczony wewnątrz szczelnej obudowy, który jest dołączony do końca dwóch kabli światłowodowych i zawiera odcinek światłowodu z rdzeniem aktywnym, którego końce są połączone optycznie z końcem światłowodu pierwszego kabla i z końcem światłowodu drugiego kabla, przy czym jeden z dwóch końców odcinka światłowodu z rdzeniem aktywnym dołączony jest do pierwszego zespołu źródła promieniowania pompowania, znamienny tym, że do drugiego końca odcinka światłowodu z rdzeniem aktywnym (16) dołączony jest drugi zespół źródła promieniowania pompowania (20), przy czym jeden koniec odcinka światłowodu z rdzeniem aktywnym (16) jest połączony z pierwszą fotodiodą (27), a drugi koniec z trzecią fotodiodą (28), których wyjścia połączone są z mikroprocesorem (29), ponadto pierwszy zespół źródła promieniowania pompowania (19) zawiera źródło promieniowania (19) połączone z drugą fotodiodą (30), która przez wzmacniacz (31), połączona jest z mikroprocesorem (29), ponadto źródło promieniowania pompowania (19'), poprzez komutator przetwarzania (35) i przekaźnik (38), połączone jest z przynajmniej jednym modulatorem niskiej częstotliwości (37) i (37') oraz z mikroprocesorem (29), przy czym drugie wejście komutatora przetwarzania (35) jest również połączone z mikroprocesorem (29).
2. Wzmacniacz według zastrz. 1, znamienny tym, że jeden koniec części światłowodu z rdzeniem aktywnym (16) jest połączony z końcem światłowodu (13) pierwszego kabla (1) oraz z pierwszym zespołem źródła promieniowania pompowania (19), poprzez pierwszy sprzęgacz dichroiczny (17), a drugi koniec części światłowodu z rdzeniem aktywnym (16) jest połączony z końcem światłowodu (14) drugiego kabla (2) oraz z drugim zespołem źródła promieniowania pompowania (20), poprzez drugi sprzęgacz dichroiczny (18).