PL177262B1

PL177262B1 - Sposób telekomunikacji światłowodowej i system telekomunikacyjny światłowodowy

Info

Publication number: PL177262B1
Application number: PL95308104A
Authority: PL
Inventors: Fausto Meli; Giacomo S. Roba
Original assignee: Pirelli Cavi Spa
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1999-10-29
Also published as: AU691570B2; US5808787A; FI951813L; HU216228B; TW301087B; NO951446L; HU9501071D0; PL308104A1; PL177566B1; ATE220482T1; AU1620095A; US5748364A; NZ270854A; IT1270032B; EP0677902A1; DE69527325T2; CA2147035A1; DE69527325D1; ITMI940712A0; FI951813A7

Abstract

1 . Sposób telekomunikacji swiatlowodowej. obejmujacy etapy, w których wytwarza sie przynaj- mniej dwa sygnaly swietlne o okreslonych dlugo- sciach fal lezacych w okreslonym zakresie zawierajacym pasmo okolo 1535-1540 nm, z których przynajmniej je- den lezy w pasmie okolo 1535-1540 nm, dostarcza sie wspomniane sygnaly do wlókna optycznego w swiatlowodowej linii telekomunikacyjnej, wzmacnia sie przynajmniej jednokrotnie wspomniane sygnaly swietlne w przynajmniej jednym wzmacniaczu opty- cznym zawierajacym wlókno aktywne oraz odbiera sie sygnal w stacji odbiorczej, przy czym przynaj- mniej jeden wzmacniacz optyczny zawiera aktywne wlókno optyczne o bazie krzemowej, którego rdzen jest domieszkowany erbem jako glówna domieszka fluorescencyjna 1 przynajmniej jedna domieszka do- datkowa, znamienny tym, ze dobiera sie domieszki wzgledem siebie w takiej funkcyjnej zaleznosci, ze stosunek sygnalu do szumu sygnalu swietlnego w od- biorniku, mierzony przy szerokosci pasma filtra 0,5 nm, nie jest mniejszy niz 15 dB dla wspomnianych syg- nalów Fig 1 PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób telekomunikacji światłowodowej i system telekomunikacyjny światłowodowy, ze wzmacnianiem, do przesyłania sygnału multipleksowanego z podziałem długości fal, zwłaszcza zawierający wzmacniacze optyczne. Sposób przesyłania sygnału multipleksowanego z podziałem długości fal określany jest w skrócie jako transmisja WDM (Wavelength-Division Multiplexing).

W przypadku transmisji WDM wymaga się przesłania wielu kanałów, lub wielu niezależnych od siebie sygnałów, po tej samej linii światłowodowej z wykorzystaniem multipleksowama częstotliwości w zakresie fal widzialnych. Kanały transmisji mogą dotyczyć zarówno sygnałów cyfrowych jak i analogowych, różniąsię przy tym między sobą, ponieważ każdy z nich jest skojarzony z określoną częstotliwością.

W tym rodzaju transmisji wszystkie kanały musząbyć sobie równoważne, to znaczy żaden z nich nie może być bardziej lub mniej uprzywilejowany od innych pod względem poziomu sygnału lub jakości.

W przypadku wzmacniaczy, w szczególności wzmacniaczy optycznych, wymagane są ich identyczne właściwości dynamiczne dla wszystkich kanałów. Ponadto, dla zapewnienia przesyłania dużej liczby kanałów, ich pasmo musi być szerokie.

Wzmacniacze optyczne są oparte na właściwościach substancji domieszkowych, charakteryzujących się widmem fluorescencyjnym, w szczególności na właściwościach erbu, wprowadzanego jako domieszka do rdzenia włókna światłowodu. Właśnie erb wzbudzony energetycznie za pomocą światła do pasma pompowania wykazuje silną emisję w zakresie fal o długości odpowiadającej minimalnemu tłumieniu włókien optycznych o bazie krzemowej.

Kiedy przez włókno domieszkowane erbem, i w którym erb jest utrzymywany w stanie wzbudzonym, przepływa sygnał świetlny o długości fali odpowiadającej wspomnianej silnej emisji, wywołuje on przejście wzbudzonych atomów erbu na niższy poziom energetyczny i emisję światła o długości fali tego sygnału świetlnego Dzięki temu uzyskuje się wzmocnienie sygnału świetlnego.

Począwszy od stanu wzbudzenia, przejście energetyczne atomów erbu odbywa się również spontanicznie, przez co ma miejsce emisja przypadkowa, wytwarzająca szum tła pokrywający się z emisją wymuszoną odpowiadającą sygnałowi wzmocnionemu.

Emisja światła wytwarzanego z dopływającej energii świetlnej odpowiadającej pasmu pompowania włókna aktywnego lub domieszkowanego może występować na wielu długościach fali, charakterystycznych dla substancji domieszkowych. Można więc mówić o widmie fluoroscencyjnym włókna.

W celu uzyskania we włóknie wyżej omawianego typu największego wzmocnienia i dużego stosunku sygnału do szumu, korzystnego z punktu widzenia odbioru sygnału, w telekomunikacji światłowodowej do wytworzenia sygnału użytecznego stosuje się zwykle emitery laserowe o długości fali leżącej w paśmie odpowiadającym maksimum na charakterystyce widma fluoroscencyjnego włókna zawierającego substancje domieszkowe lub o długości fali samego szczytu emisyjnego

Z drugiej strony, włókna domieszkowane erbem mają widmo emisyjne zawierające szczyt o ograniczonej szerokości, a jego parametry zmienią się zależnie od materiału włókna podlegającemu domieszkowaniu erbem. Wewnątrz intt^tr^.sującego zakresu długości fal, włókna te charakteryzują się silnym widmem w obszarze przyległym do szczytu emisyjnego. Dzięki temu staje się możliwe użycie wzmacniaczy optycznych do wzmacniania sygnałów w szerokim paśmie.

Jednakże znane włókna domieszkowane erbem nie mająstałej charakterystyki widma emisyjnego. Ten nierówny przebieg charakterystyki warunkuje możliwość uzyskania jednakowego wzmocnienia w całym wybranym paśmie.

W celu uzyskania rzeczywiście “płaskiej” krzywej wzmocnienia, co oznacza, że wzmocnienie dla różnych długości fal jest tak stałe jak tylko jest to możliwe, przy eliminacji źródeł szumu wynikających z emisji spontanicznej, mogą być użyte elementy filtrujące takie, jak opisane na przykład w opisach patentowych EP 0426222, EP0441211, EP0417441.

177 262

Jednak w tych opisach patentowych nie jest opisane zachowanie się wzmacniaczy w warunkach multipleksowania sygnałów z podziałem długości fal, ponadto w analizie ich zachowania nie został wzięty pod uwagę fakt kaskadowego połączenia ze sobą wielu wzmacniaczy.

Charakterystyka widma emisyjnego w sposób istotny zależy od domieszek wprowadzonych do rdzenia światłowodu w celu zwiększenia współczynnika załamania. Na przykład przedsiawiono to w opisie patentowym US 5282079, z czego wynika, że widmo fluoroscencyjne włókna domieszkowanego aluminium i erbem ma mniej wyraźny pik niż widmo włókna domieszkowanego germanem i erbem, jest przy tym przesunięte w kierunku niższych długości fal (maksimum występuje przy długości fali około 1532 nm). Włókno to ma aperturę liczbową - NA (rozwartość optyczną liczbową) 0,15.

W publikacji ECOC z 93 roku, ThC 12.1, na stronach 1-4, opisano włókno na wzmacniacz optyczny domieszkowane aluminium (Al) i lantanem (La), mające bardzo słabą reakcję na wodór. Opisane tam włókno domieszkowane jonami Al ma aperturę liczbową 0,16, zaś włókno domieszkowane Al-La ma aperturę liczbową 0.30.

W publikacji ECOC z 93 roku, Tu4, na stronach 181 -184, opisano wzmacniacz optyczny zawierający włókno domieszkowane erbem. Omówiono eksperymenty przeprowadzone z włóknami, których rdzenie były domieszkowane aluminium, aluminium/germanem i lantanem/aluminium. Najlepsze rezultaty osiągnięto z włóknami domieszkowanymi jednocześnie aluminiuin/lantanem.

W numerze 12 Electronics Letters z 6 czerwca 1991, vol.27, na stronach 1065-1067, wskazano na fakt, że we wzmacniaczach optycznych zawierających włókno domieszkowane erbem i jednocześnie domieszkowane aluminium jest możliwe uzyskanie wyższej i bardziej płaskiej charakterystyki. W artykule zostały też opisane wzmacniacze zawierające włókno domieszkowane aluminium, germanem oraz erbem i porównane ze wzmacniaczami zawierającymi włókno domieszkowane lantanem, germanem i erbem. Stwierdzono, że największe spłaszczenie charakterystyki wzmocnienia uzyskuje się w pierwszym przypadku.

W publikacji ECOC z 91 roku, TuPS1-3, na stronach 285-288, opisane jest włókno Al2O₃-SiO₂ domieszkowane erbem i lantanem, dla uzyskania wyższego współczynnika załamania i ograniczenia tworzenia się skupisk zawierających jony erbu. Stwierdza się, że widma fluoroscencyjne i absorpcyjne włókien z domieszkami Er/La są bardzo podobne do widm włókien Al₂O₃-SiO2 domieszkowanych erbem. Została uzyskana apertura liczbowa (NA) 0.31 i koncentracja erbu 23-10^!S cm'³.

W materiałach Post-Deadline Papers (pozaterminowych) ECOC z 89 roku, PDA-8. na stronach 33-36, w numerze z 10-14 września 1989, opisano doświadczenie z dwunastoma wzmacniaczami optycznymi połączonymi kaskadowo, zawierającymi włókno domieszkowane erbem. Użyty został pojedynczy sygnał o długości fali 1536 nm. Stwierdzono, ze dla stabilnej pracy wymagane jest utrzymywanie stałej długości fali z dokładnością rzędu 0,01 nm, z powodu silnej zależności współczynnika błędu transmisji (BER) od zmian długości fali.

W opisie patentowym US 5117303 jest omówiony światłowodowy system transmisji zawierający zblokowane wzmacniacze optyczne, które oparte o przedstawione obliczenia, pracując w warunkach nasycenia, dają wysoki stosunek sygnału do szumu. Opisane wzmacniacze zawierają włókna Al₂O₃-SiO2 domieszkowane erbem. Jest tez w nich przewidziane użycie filtrów. Obliczonąjakość osiąga się przy jednej długości fali. Nie można osiągnąć tej samej jakości przy zasilaniu układu sygnałem o szerokim zakresie długości fal.

Sposób telekomunikacji światłowodowej, obejmujący etapy, w których wytwarza się przynajmniej dwa sygnały świetlne o określonych długościach fal leżących w określonym zakresie zawierającym pasmo około 1535-1540 nm, z których przynajmniej jeden leży w paśmie około 1535-1540 nm, dostarcza się wspomniane sygnały do włókna optycznego w światłowodowej linii telekomunikacyjnej, wzmacnia się przynajmniej jednokrotnie wspomniane sygnały świetlne w przynajmniej jednym wzmacniaczu optycznym zawierającym włókno aktywne oraz odbiera się sygnał w stacji odbiorczej, przy czym przynajmniej jeden wzmacniacz optyczny zawiera aktywne włókno optyczne o bazie krzemowej, którego rdzeń jest domieszkowany erbem jako główną domieszką fluoroscencyjną i przynajmniej jedną domieszką dodatkową, według wynalaΠΊ 262 zku wyróżnia się tym, że dobiera się domieszki względem siebie w takiej funkcyjnej zależności, że stosunek sygnału do szumu sygnału świetlnego w odbiorniku, mierzony przy szerokości pasma filtra 0,5 nm, nie jest mniejszy niż 15 dB dla wspomnianych sygnałów.

Sygnał świetlny korzystnie wzmacnia się przynajmniej dwukrotnie za pomocą odpowiednich wzmacniaczy optycznych, zawierających włókno aktywne, umieszczonych szeregowo wzdłuż włókna światłowodowego.

Określony zakres długości fal korzystnie jest zawarty między 1530 a 1560 nm, korzystniej między 1525 a 1560 nm. Dobór domieszki w aktywnym włóknie wzmacniacza optycznego korzystnie obejmuje użycie przynajmniej dwóch dodatkowych domieszek w rdzeniu włókna aktywnego, korzystnie germanu, aluminium i lantanu w postaci odpowiednich tlenków rdzeniu włókna aktywnego.

System telekomunikacyjny światłowodowy, zawierający stację nadawczą, wytwarzającą przynajmniej dwa sygnały świetlne o różnych długościach fal leżących w określonym zakresie, zawierającym pasmo około 1535-1540 nm, z których przynajmniej jeden leży w paśmie około 1535-1540 nm, stację odbiorczą oraz łącze światłowodowe między stacją nadawczą a stacją odbiorczą, przynajmniej jeden wzmacniacz optyczny, zawierający włókno aktywne, połączony szeregowo w łączu dla przesyłania sygnałów ze stacji nadawczej do stacji odbiorczej, według wynalazku wyróżnia się tym, że przynajmniej jeden wzmacniacz optyczny zawiera aktywne włókno optyczne wykonane na bazie krzemu, mające rdzeń domieszkowany erbem jako główną domieszką fluorescencyjną i przynajmniej jedną domieszką dodatkową, które są dobrane funkcjonalnie w taki sposób, że stosunek sygnału do szumu w stacji odbiorczej, mierzony przy szerokości pasma filtra wynoszącej 0,5 nm, jest większy lub równy 15 dB wspomnianych sygnałów.

Domieszkami dodatkowymi korzystnie są aluminium, german i lantan w postaci odpowiednich tlenków.

Określone pasmo przesyłania korzystnie jest zawarte między 1530 a 1560 nm.

W korzystnym przykładzie wykonania systemu przynajmniej dwa wzmacniacze są połączone szeregowo wzdłuż linii.

Według niniejszego wynalazku stwierdzono, że szczególna kombinacja substancji domieszkowych, znajdujących się w' rdzeniu włókna aktywnego pozwala wykonać włókno charakteryzujące się wysoką aperturą liczbową i widmem emisyjnym, którego cechy umożliwiają realizację wzmacniaczy optycznych. Wzmacniacze te zastosowane w systemach stosujących multipleksowanie z podziałem długości fal dająjednakowe odpowiedzi na różnych długościach fal w przewidywanym paśmie fal. Odnosi się to zarówno do przypadku pojedynczego wzmacniacza, jak i do przypadku wielu wzmacniaczy połączonych kaskadowo.

Włókno aktywne charakteryzuje się przy tym krzywą emisji wykazującą strefę wysokiej emisji w zakresie fal zawierającym określone wcześniej pasmo długości fal, wewnątrz którego ma miejsce obniżenie emisji względem stref przylegających. Poprawa właściwości włókna wyraża się eliminacją lub zmniejszeniem obniżenia krzywej emisji przez wybór rodzaju oraz ilości substancji domieszkowych we włóknie aktywnym.

Wybór substancji domieszkowych dla włókien obejmuje użycie głównej domieszki fluorescencyjnej i przynajmniej jednej domieszki dodatkowej współdziałającej z domieszką, główną w podłożu szklanym włókna aktywnego. Celem jest zmniejszenie omawianego obniżenia charakterystyki do wartości mniejszej niż 1dB, w stosunku do wartości emisji w przynajmniej jednej ze stref przylegających do omawianego pasma.

Rozwiązanie, według wynalazku, w przykładach wykonania jest odtworzone na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat wzmacniacza, fig. 2 - schemat wzmacniacza z filtrem okienkowym, fig. 3 - schemat układu doświadczalnego do wyznaczania wykresów widma emisji dla różnych typów światłowodów, fig. 4 - wykresy widma emisji dla różnych typów włókien aktywnych, wyznaczone przy zastosowaniu układu doświadczalnego przedstawionego na fig. 3, fig. 5 - charakterystyki wzmocnienia wzmacniacza pokazanego na fig. 1 dla sygnałów o różnych długościach fal i dwóch różnych poziomów mocy na wejściu, wyznaczone dla włókna według wynalazku, fig 6 - charakterystyki wzmocnienia wzmacniacza pokazanego na fig. 2 dla syg6

177 262 nałów o różnych długościach fal i trzech różnych poziomów mocy na wejściu, wyznaczone dla włókna według wynalazku, fig. 7 - charakterystyki wzmocnienia wzmacniacza pokazanego na fig. 2 dla sygnałów o różnych długościach fal i trzech różnych poziomów mocy na wejściu, wyznaczone dla znanego włókna, fig. 8 - schemat układu doświadczalnej transmisji, w której występowało wiele wzmacniaczy połączonych kaskadowo i dwa sygnały o różnych długościach fal multipleksowane na tym samym łączu z podziałem długości fal, fig. 9 - wykres BER (wskaźnika błędu bitów) wyznaczony podczas doświadczenia przeprowadzonego według schematu pokazanego na fig. 8 z użyciem różnych wzmacniaczy, fig. 10 - schemat układu doświadczalnej transmisji, w której występowało wiele wzmacniaczy połączonych kaskadowo i cztery sygnały o różnych długościach fal multipleksowane na tym samym łączu z podziałem długości fal, fig. 11 - poziomy mocy sygnału na wejściu pierwszego stopnia wzmocnienia w czasie doświadczenia przeprowadzanego według fig. 10, z użyciem wzmacniaczy według wynalazku, fig. 12 - poziomy mocy sygnału na wejściu drugiego stopnia wzmocnienia w czasie doświadczenia przeprowadzanego według fig. 10, fig. 13 - poziomy mocy sygnału na wejściu trzeciego stopnia wzmocnienia w czasie doświadczenia przeprowadzanego według fig. 10, fig. 14 - poziomy mocy sygnału na wejściu czwartego stopnia wzmocnienia w czasie doświadczenia przeprowadzanego według fig. 10, fig. 15 - poziomy mocy sygnału na wejściu przedwzmacniacza w czasie doświadczenia przeprowadzanego według fig. 10, a fig. 16 przedstawia poziomy mocy sygnału na wejściu przedwzmacniacza w czasie doświadczenia przeprowadzanego według fig. 10, z użyciem wzmacniaczy znanego typu.

Na figurze 1 wzmacniacz stanowiący wzmacniacz łącza, zawiera jedno włókno aktywne 1 domieszkowane erbem i specjalny laser pompujący 2 dołączony do niego za pomocą złącza dichroicznego 3. Jeden izolator optyczny 4 jest skierowany do włókna 1, w kierunku przejścia wzmacnianego sygnału, zaś drugi izolator optyczny 5 jest skierowany do dalszych odcinków tego włókna aktywnego. Jest korzystne, choć nie jest konieczne, aby złącze dichroiczne 3 było umieszczone (tak jak pokazano) z prądem włókna aktywnego 1 tak, aby dostarczało energię pompującą w przeciwprądzie do sygnału. Dalszy wzmacniacz zawiera drugie włókno aktywne 6 domieszkowane erbem, skojarzone ze specjalnym laserem pompującym 7 dołączonym za pomocą złącza dichroicznego 8, połączonego w przedstawianym przykładzie również przeciwprądowo. Z tego powodu dalszy izolator optyczny 9 jest zorientowany z prądem włókna 6.

Lasery pompujące 2 i 7 są typu Quantum Well i mają następujące cechy:

- długość fali emitowanej λ_ρ=960 nm;

- maksymalna moc sygnału świetlnego na wyjściu P_u=89 mW.

Lasery tego typu są znane. Złącza dichroiczne 3 i 8 są stapiane z włókien światłowodów jednomodowych dla fali 980 nm i w paśmie 1530-1560 nm, o wahaniu wyjściowej mocy światła, zależnie od polaryzacji ,<0,2 dB. Złącza dichroiczne powyższego typu są znane i dostępne na rynku.

Izolatory optyczne 4, 5, 9 są izolatorami, w których sterowanie polaryzacjąjest niezależne od polaryzacji przesyłanego sygnału, mają izolację większą niż 35 dB i współczynnik odbicia mniejszy niż -50 dB.

Schemat pokazany na fig. 2 jest innym przykładem wykonania wzmacniacza. Odpowiednim elementom umieszczonym na tym schemacie nadano takie same oznaczenia liczbowe jak na fig. 1. We wzmacniaczu tym, którego elementy mają takie same właściwości jak elementy wyżej opisane, występuje filtr okienkowy 10, składający się z części światłowodu mającego dwa sprzężone optycznie rdzenie, z których jeden na ustalonej wcześniej długości fali jest współosiowy z dołączonym światłowodem, drugi zaś niewspółosiowy i odcięty na końcach. Filtr ten ma takie rozmiary, że sprzęga z niewspółosiowym rdzeniem falę lub pasmo fal odpowiadające części widma emisji wzmacniacza. Rdzeń niewspółosiowy, ucięty na końcach powoduje, że fala o długości do niego wprowadzonej zostaje rozproszona w osłonie włókna tak, że nie może być ponownie wprowadzona do głównego rdzenia.

177 262

W prezentowanym przykładzie dwurdzeniowy filtr 10 ma następujące cechy: pasmo fal sprzężonych z drugim rdzeniem BW (pasmo-3 dB) 8-10 nm długość filtra 35 nm

Filtr miał takie wymiary, że największe możliwości strojenia występowały na szczycie krzywej emisji używanego włókna aktywnego.

W przeprowadzonych badaniach były zamiennie używane filtry o następujących parametrach' tłumienie przy λ _s 1530 nm 5 dB lub tłumienie przy λ s 1532 nm 11 dB.

Filtr taki ma na celu zmniejszenie w wyróżnionym paśmie natężenia sygnału, w szczególności szczytu krzywej emisji włókna. Służy to do otrzymania maksymalnie płaskiej charakterystyki wzmocnienia wzmacniacza w przypadku zmieniających się długości fal. Wymaganie to jest szczególnie ważne w przypadku przesyłania sygnałów z podziałem długości fal (WDM), w którym żąda się utrzymania jednakowych warunków wzmocnienia dla wszystkich kanałów tak dokładnie, jak tylko jest to możliwe.

Parametry różnych typów włókien aktywnych, domieszkowanych erbem, używanych w opisanych wyżej wzmacniaczach oraz ich właściwości optyczne są zamieszczone w tabeli 1.

Tabela 1

Włókno	AbOj	GeO,	La₂O₃	Er₂O₃	NA
wt%	(mol%)	wt%	(mol%)	wt%	(mol%)	wt%	(mol%)		nm
A	4	(2,6)	18	(11,4)	1	(0,2)	0,2	(0,03)	0,219	911
B	1,65	(1,1)	22,5	(14,3)	0	(0)	0,2	(0,03)	0,19	900
C	4	(2,6)	18	(11,4)	0	(0)	0,2	(0,03)	0,20	1025
D	4	(2,6)	0	(0)	3,5	(0,7)	0,2	(0,03)	0,19	900 __1

gdzie:

wt% = (średnia) procentowa zawartość tlenku w rdzeniu w odniesieniu do masy, mol% = (średnia) procentowa zawartość tlenku w rdzeniu w odniesieniu do masy molowej, NA = apertura liczbowa (n1 - n2 ) , λς = punkt odcięcia (LP11).

Analiza składu była wykonywana na preformie (przed wyciąganiem włókna) przy użyciu mikropróbki i skaningowego mikroskopu elektronowego (SeM Hitachi). Analizy były prowadzone przy powiększeniach 1300, na dyskretnych punktach rozłożonych wzdłuż średnicy i oddalonych od siebie co 200 pm. Rozpatrywane włókna były wykonane techniką osadzania próżniowego wewnątrz rury ze szkła kwarcowego. Wprowadzanie domieszek germanu do sieci SiO₂ w rdzeniu rozpatrywanego włóknajest przeprowadzane w procesie syntezy. Wprowadzanie do rdzenia włókna erbu, aluminium i lantanu odbywało się technologią roztworu (solution doping), w którym wodny roztwór chlorków substancji domieszkowej wchodzi w kontakt z materiałem tworzącym rdzeń włókna, podczas gdy znajduje się on w szczególnym stanie przed utwardzaniem preformu.

Więcej szczegółów dotyczących technologii roztworu można znaleźć na przykład w opisie patentowym US 5282079.

Większa wartość apertury liczbowej (NA) dla włókna A w stosunku do porównywanych włókien była spowodowana przez fakt, że w czasie wykonywania rdzenia włókna nie została przeprowadzona zmiana przepływu reagentu dobranego poprzednio do wykonywania włókna C (Al/Ge/Er), w szczególności zapomniano zamknąć zasilanie germanem. Wynikające stąd wprowadzenie lantanu i aluminium w czasie stosowania technologu roztworu doprowadziło do wartości współczynnika załamania światła w rdzeniu wyższej niż spodziewana, dodatkowo również do nieoczekiwanych cech dotyczących warunków wzmocnienia i transmisji

177 262

Struktura rozważanego układu doświadczalnego, przystosowanego do wyznaczania widma emisji włókna jest przedstawiona schematycznie na fig. 3, podczas gdy wykresy widma emisji wyznaczone dla włókien aktywnych A, B, C, D są przytoczone na fig. 4. Dioda lasera pompującego 11, odpowiadająca długości fali 980 nm, była połączona z badanym włóknem aktywnym 13 za pośrednictwem złącza dichroicznego 12. Emisja włókna była badana za pomocą analizatora widma światła 14. Dioda laserowa 11 dawała moc około 60 mW (we włóknie 13). Aktywne włókno 13 miało długość odpowiednią do skutecznego wzmacniania dla przyjętej mocy pompowania. Dla badanych włókien, z których każde miało tę samą zawartość erbu, długość ta wynosiła około 11m. Dla włókien z różną zawartością erbu. właściwą długość wyznacza się stosując znane kryteria. Analizatorem widma światła był model TQ8345. Pomiary były prowadzone przez pompowanie włókna energią o długości fali 980 nm i badanie widma emisji spontanicznej tego włókna. Uzyskane wyniki są pokazane na fig. 4, na której krzywa 15 odpowiada włóknu A, krzywa 16 - włóknu B, krzywa 17 - włóknu C, krzywa 18 odpowiada włóknu D. Jak wynika z wykresów, widmo emisji dla włókien B, C, D ma główny szczyt o dużym natężeniu dający maksimum przy około 1532,5 nm, a powstająca strefa wysokiej emisji dla większych długości fal rozciąga się do około 1560-1565 nm, włącznie z dodatkowym bardzo szerokim szczytem. Porównanie krzywych 16 i 17 (wyznaczonych odpowiednio dla włókien B i C) pokazuje, że wyższa zawartość aluminium we włóknie podnosi poziom omawianej strefy wysokiej emisji. Zastąpienie germanu lantanem (włókno D, krzywa 18) umożliwia osiągnięcie jeszcze wyższego poziomu w zakresie 1535-1560 nm.

Jednocześnie, dla wszystkich włókien B, C, D można dostrzec obniżenie charakterystyki widma w strefie d (położonej w przybliżeniu między 153 5 a 1540 nm), zawartej między głównym szczytem charakterystyki emisji z przyległościami, a szczytem dodatkowym. W obniżeniu tym wartość emisji jest niższa przynajmniej o 2 dB w porównaniu z wartością emisji w przylegających strefach, to znaczy zarówno w odniesieniu do szczytu głównego, jak i dodatkowego Na wykresie zostało to zaznaczone wielkościąh tylko dla krzywej 16, może być jednak wyraźnie odczytane również dla krzywych 17 i 18.

I przeciwnie, krzywa 15 pokazuje, że przy podanych warunkach doświadczenia włókno A nie wykazuje w strefie d wyraźnego obniżenia na charakterystyce widma lub, kiedy daje się wyznaczyć to obniżenie, jest ono zawsze niższe od około 0,5 dB. Krzywa 15 również pokazuje, że szczyt maksymalnej emisji dla włókna A będąc położony dla około 1530 nm, występuje dla niższej długości fali niż dla włókien B, C, D oraz, że włókno ma duży poziom emisji niemal od 1520 nm.

Wzmacniacze, których struktury były pokazane na fig. 11 fig. 2 były wykonane z włókien A. Pierwsze włókno aktywne 1 miało długość około 8 m, zaś drugie włókno aktywne 6 miało w przypadkach podanych na fig. 1 i fig. 2 odpowiednio długości około 15 i 13 m.

Krzywe przedstawione na fig. 5 podają wzmocnienie dla różnych długości fal przy dwóch różnych poziomach mocy wejściowej w układzie wzmacniacza pokazanego na fig. 1. Natomiast krzywe przedstawione na fig. 6 podają wzmocnienie dla różnych długości fal dla trzech różnych poziomów mocy wejściowej w układzie wzmacniacza pokazanego na fig. 2.

W szczególności, w przypadku wzmacniacza pokazanego na fig. 1 krzywa 19 na fig. 5 odnosi się do mocy wejściowej -20 dBm, zaś krzywa 20 odnosi się do mocy wejściowej -25 dBm.

Z kolei, w przypadku wzmacniacza pokazanego na fig. 2 krzywa 21 na fig. 6 odnosi się do mocy sygnału wejściowego -20 dBm, krzywa 22 odnosi się do mocy sygnału wejściowego -25 dBm, zaś krzywa 23 odnosi się do mocy sygnału wejściowego -30 dBm.

Jak można odczytać z wykresów, w szczególności przez porównanie krzywych 19 i 21 odpowiadających poziomowi mocy - 20 dBm, któryjest szczególnie interesujący w telekomunikacji i wyznaczonych w układach bez filtru i z filtrem, użycie włókna zawierającego rdzeń domieszkowany aluminium, germanem i lantanem jako uzupełnieniami do erbu, umożliwia uzyskanie płaskiej charakterystyki wzmocnienia, w szczególności w strefie między 1536 a 1540 nm. Taki sam wynik można również osiągnąć w układzie bez filtru.

177 262

W szczególności, bez filtru, przy mocy -20 dBm różnica wzmocnienia dla sygnałów o różnych długościach fal była mniejsza niż 1,6 dB, podczas gdy z filtrem, przy mocy -20 dBm różnica wzmocnienia dla sygnałów o różnych długościach fal była mniejsza niż 0,9 dB.

Krzywe przedstawione na fig. 7 podają wzmocnienie przy różnych długościach fal dla trzech różnych poziomów mocy wejściowej we wzmacniaczu mającym strukturę pokazaną na fig. 2 i wykonanym z włókna C (Al/Ge/Er).

W szczególności krzywa 24 na fig. 7 odnosi się do mocy sygnału wejściowego -20 dBm, krzywa 25 odnosi się do mocy -25 dBm. a krzywa 26 odnosi się do mocy sygnału wejściowego -30 dBm. Przy -20 dBm różnica wzmocnienia dla sygnałów o różnej długości była około 2,1 dB.

Przeprowadzając porównanie można stwierdzić, że również we wzmacniaczu pozbawionym filtru włókno A (Al/Ge/La/Er) zapewnia bardziej płaską charakterystykę wzmocnienia niż włókno C (Al/Ge/Er) we wzmacniaczu wyposażonym w filtr.

Zostały przeprowadzone próby transmisji na duże odległości z wieloma wzmacniaczami w kaskadzie, to znaczy połączonymi szeregowo. Użyto wzmacniaczy wykonanych według fig. 1 i fig. 2 albo z włókna A (Al/Ge/La/Er) albo z włókna C (Al/Ge/Er). Jeden z układów doświadczalnych jest przedstawiony na fig. 8. Jeden sygnał 27 o długości fali λ, = 1536 nm i drugi sygnał 28 o długości fali λ 2 = 1556 nm · były doprowadzone do włókna 29 przez multiplekser 230.

Jeden tłumik 31 został umieszczony zgodnie z kierunkiem przesyłania fali ze wzmacniacza mocy 32a. Pozostałe, kolejne tłumiki 31, jednakowe pod względem właściwości, były umieszczone w torze, wzdłuż którego z^^ai^iu^się cztery wzmacniacze 32,32', 32, 32' połączone kolejno po sobie na drodze do odbiornika 33 Odbiornik 33 był poprzedzony demultiplekserem optycznym 34 składającym się z filtru interferencyjnego o szerokości pasma 1 nm przy -3 dB. za pomocąktórego odbywała się selekcja fali podlegającej detekcji. Oba sygnały 27,28 wytwarzane przez odpowiednie lasery miały moc 0 dBm. Całkowita moc przełączana we włóknie 29 miała wartość 0 dBm (jako wynik 3 dB strat sprzęgania) Multiplekser 30 był znanym sprzęgaczem 1x2. Wzmacniacz mocy 32a był wzmacniaczem optycznym dostępnym w handlu i charakteryzującym się następującymi cechami:

moc wejściowa od -5 do +2 dBm moc wyjściowa 13 dBm robocza długość fali 1530-1560 nm.

Wzmacniacz mocy był pozbawiony filtru okienkowego. We wzmacniaczu zastosowane zostało domieszkowane erbem włókno aktywne typu C (Al/Ge/Er). Przez wzmacniacz mocy rozumie się wzmacniacz działający w warunkach nasycenia i w którym moc wyjściowa zależy od mocy pompowania. Po pierwszym tłumiku 31, na wejściu wzmacniacza 32, całkowita moc sygnału świetlnego wynosiła około -18 dBm. W roli tłumika 31 został użyty znany tłumik Va5. Każdy z nich dawał tłumienie 30 dB odpowiadające około 100 km światłowodu. Wzmacniacze 32. 32', 32'', 32''' były identyczne i każdy z nich dawał wzmocnienie około 30 dB dla obu długości fal λ, i λ₂, przy całkowitej mocy wyjściowej +12 dBm.

Sygnał 27 o długości fali λ, = 1536 nm był sygnałem bezpośrednio modulowanym sygnałem 2,5 Gbit/s, generowanym przez laser DFB wchodzący w skład urządzenia SLX-1/16 model SDH dostępny na rynku. Aparat ten był używany jako odbiornik 33.

Sygnał 28 o długości fali λ2 = 1556 nm był sygnałem ciągłym (CW), generowanym przez laser DFB model MG0948L3 o mocy 0 dBm. Zastosowano filtr interferencyjny 34 model TB4500.

Przykład 1.W pierwszym przykładzie były użyte wzmacniacze wykorzystuj ące włókno A (Al/Ge/La/Er), bez filtru okienkowego 10, o strukturze pokazanej na fig 1.

Przykład 2. W drugim przykładzie były użyte wzmacniacze wykorzystujące włókno A (Al/Ge/La/Er), z filtrem okienkowym 10, o strukturze pokazanej na fig. 2. Dla sygnału o długości fali λ i (1536 nm) był mierzony wskaźnik błędu transmisji (BER) w warunkach zmiany średniej mocy odbieranej przez odbiornik 33.

Wyniki są przedstawione w postaci wykresu na fig. 9, gdzie krzywa 35 odnosi się do przykładu 1, zaś krzywa 36 do przykładu 2. Jak widać z wykresu na fig. 9, pomimo tego, że chara10

177 262 kterystyka wzmocnienia pojedynczego wzmacniacza wykorzystującego włókno A (Al/Ge/La/Er) i dysponującego filtrem okienkowym była identyczna, a nawet bardziej płaska niż dla wzmacniacza pozbawionego filtru okienkowego 10 lecz wykorzystującego również włókno A, na sygnale o długości 1536 nm odbiło się to ujemnie bardziej, dając wyraźnie wyższy wskaźnik błędu przy równej mocy odbieranej.

Przykład3. Schemat drugiego z użytych schematów doświadczalnych jest pokazany na fig. 10. W doświadczeniu tym za pośrednictwem multipleksera długości fal 42 do włókna 41 były wprowadzane cztery sygnały 37,38,39,40 o długościach λ, = 1536nm, λ₂= 1556nm,X₃= 1550nmi λ4 = 1544 nm.

Poziom sygnału na wejściu do łącza był strojony za pomocą wstępnego układu wyrównawczego 43. Sygnały po wyjściu ze wzmacniacza mocy 44 były wysyłane do łącza zawierającego cztery wzmacniacze 45,45', 45, 45'' 'mające odpowiadające im tłumiki 46 umieszczone między wzmacniaczami w celu symulacji odcinków światłowodu. Stacja odbiorcza składała się ze wzmacniacza wstępnego 47, demultipleksera sygnału świetlnego 48 i odbiornika 49. Odpowiednie sygnały były generowane przez laser DFB o długości fali 1536 nm modulowany bezpośrednio sygnałem 2,5 Gbit/s, wchodzący w skład aparatu tworzącego odbiornik 49, przez laser DFB o długości fali 1556 nm, dający sygnał ciągły, przez laser DFB o długości fali 1550 nm, dający sygnał ciągły, przez laser ECL o zmiennej lecz ustalonej wstępnie długości fali 1544 nm, dający sygnał ciągły, model HP81678A.

Wstępny układ wyrównawczy 43 składał się z czterech zmiennych tłumików 43a. Ich nastawianie odbywało się w zależności od mocy sygnału świetlnego w odpowiednim kanale Multiplekser 42 był wykonany za pomocą rozdzielacza 1x4. Wzmacniacz mocy 44 był opisywanym już modelem TPA/E-13, dostępnym w handlu. Każdy ze wzmacniaczy 45, 45', 45' ', 45' był taki sam i dawał wzmocnienie około 30 dB przy całkowitej mocy wyjściowej +12 dBm. Wzmacniacze 45 mają strukturę przedstawioną na fig. 1, a zastosowano w nich włókna A (Al/Ge/La/Er). Każdy z tłumików 46 wprowadza tłumienie 30 dB odpowiadające około 100 km długości światłowodu.

Tłumiki sygnału świetlnego były modelami VA5.

Wzmacniacz wstępny 47, dostępny w handlu, ma następujące właściwości:

wzmocnienie 22 dB współczynnik szumów < 4,5 dB moc wyjściowa od -26 do -11 dBm pasmo robocze 1530-1569 nm

W użytym wzmacniaczu RPA/E-F, dostępnym w handlu, zastosowane było włókno aktywne typu C (Al/Ge/Er). Za wzmacniacz wstępny należy traktować wzmacniacz dobrany w celu odbierania bardzo słabego sygnału (na przykład -50 dBm) i wzmacniania go przed przesłaniem do urządzenia odbierającego po uprzednim osiągnięciu przez sygnał mocy odpowiedniej dla tego urządzenia. Demultiplekser sygnału świetlnego 48 składa się z filtru Fabry - Perota z przestrajaną długością fali o szerokości pasma 0,8 nm (-3 dB). Filtr ten jest włączony do wzmacniacza wstępnego 47. Dla wykonania doświadczenia filtr Fabry - Perota był nastrojony na długość fali λ = 1536 nm (stwierdzonąjako krytyczna) przez sygnał pilotujący wysyłany przez nadajnik 37. Odbiornik 49 składa się z aparatu SDH model SLX-1/16, dostępnego w handlu.

Rysunki od fig. 11 do fig. 15 pokazują przechodzenie sygnału przez kolejne stopnie, w szczególności na wejściu odpowiednio wzmacniacza 45, 45', 45, 45' i na wejściu przedwzmacniacza 47. Wstępny układ wyrównawczy 43 służy do przeprowadzenia początkowej korekty sygnałów do około 7 dBm między różnymi kanałami, jak zostało to pokazane na fig. 11. Ma to służyć kompensacji efektów nasycenia na niższych długościach fal zachodzących w kaskadzie wzmacniaczy.

Wstępne wyrównywanie było przeprowadzone w ten sposób, że można było korygować stosunek sygnału do szumu (S/N) na wyjściu wzmacniacza wstępnego 47.

W kolejnych stopniach wzmocnienia można zobaczyć spadek na charakterystyce wzmocnienia w rejonie mniejszych długości fal spowodowany opisanym wyżej zjawiskiem nasycenia,

177 262 podczas gdy współczynnik S/N w każdym z kanałów pozostawał wysoki (S/N 15 dB dla Δλ = 0,5 nm) aż do wyjścia przedwzmacniacza 47.

W doświadczeniu przeprowadzonym z użyciem wzmacniaczy zgodnie ze schematem z fig. 2, zawierającym włókno aktywne typu C zostało stwierdzone zarówno silne zmniejszenie mocy sygnału na długości fali 1536 nm i 1544 nm jak i duże niezrównoważenie stosunku sygnału do szumu między różnymi kanałami, jak to jest widoczne z wykresu fig. 16 pokazującego moce w różnych kanałach na wejściu przedwzmacniacza. Jeszcze bardziej ujemnych skutków można oczekiwać dla kanału działającego w otoczeniu długości fali 1540 nm.

W tym przypadku wstępne wyrównywanie mogłoby wywołać nierównowagę między różnymi kanałami (w części, szczególnie tych pracujących między 1535 a 1540 nm, wywołałoby to szkody większe niż w innych) co należy ograniczać. W wyniku przeprowadzenia takiego wstępnego wyrównywania nie mógłby zostać utrzymany we wszystkich przypadkach dopuszczalny stosunek sygnału do szumu dla wszystkich sygnałów leżących w interesującym paśmie. W rzeczywistości, aby uczynić możliwym wstępne wyrównywanie kanałów należałoby na początku silnie wytłumić najbardziej uprzywilejowane kanały (1550 i 1556 nm), co mogłoby prowadzić do bardzo niskich wartości współczynników S/N (rzędu 8-10 dB) przez co stałby się niemożliwy poprawny odbiór sygnałów przesyłanych.

Można sądzić, że uzyskane lepsze wyniki w porównaniu z przypadkiem użycia wzmacniacza wyposażonego w filtr okienkowy i włókno Al/Ce/Er wynikają z faktu, że dla włókna A charakterystyka emisji praktycznie nie wykazuje obniżeń lub lokalnych minimów o wyraźnej wartości, a w szczególności jest pozbawiona minimum w zakresie długości fal przylegających do szczytu charakterystyki emisji w strefie 1535 - 1540 nm.

W rzeczywistości można sądzić, że gdy kilka sygnałów o różnych długościach fali jest wprowadzanych do włókna, istnienie obniżeń lub lokalnych minimów na charakterystyce emisji (pojawiające się w widmach porównywanych włókien) powodują, że sygnały o długościach fal odpowiadających omawianym obniżeniom są wzmacniane mniej niż sygnały o długościach fal leżących w przyległych zakresach.

Zgodnie z powyższą interpretacją większe wzmocnienie sygnału dla długości fal z obszarów przyległych zmniejsza energię pompującą dla sygnału, który jest nasycony do dolnego poziomu (co oznacza, że ten poziom po wzmocnieniu już więcej nie zależy od poziomu wejściowego lecz tylko od mocy pompowania dostępnej we włóknie) przez co wzrasta różnica poziomów między różnymi sygnałami.

W przypadku istnienia kaskady wzmacniaczy i transmisji WDM zjawisko takie pogłębia się w każdym stopniu i można sądzić, że jest odpowiedzialne za obserwowaną nierówność odpowiedzi, która nie daje się skompensować przez wstępne wyrównywanie lub w inny sposób podobny do omówionego.

Zostało dostrzeżone, że powyższe zjawisko występuje dla sygnałów odpowiadających obniżeniom krzywej emisji i zależnie od wyniku porównania wzmocnienia sygnału dla długości fal w otoczeniu tych obniżeń, zaś nie występuje (a przynajmniej nie w takim samym stopniu) dla sygnałów o długościach fal znajdujących się na brzegach użytecznego pasma, chociaż dla tych długości wartość emisji może być równa lub niższa od tej w omawianych obniżeniach.

Zgodnie z mniejszym wynalazkiem wprowadzenie lantanu do włókna Al/Ce/Er wywołało nieoczekiwanie możliwość zlikwidowania tych lokalnych minimów na charakterystyce emisji, chociaż nie można było tego przewidzieć na podstawie dostępnych danych dla włókien Al/La/Er i Al/Ce/Er.

W rzeczywistości włókna Al/La/Er i Al/Ce/Er wykazują istotne obniżenie charakterystyki emisji w strefie 1535-1540 nm i dlatego znając wykonania tych popularnych włókien możnaby wykluczyć różne korzystne zachowania włókna Al/Ce/La/Er oraz, że takie włókno mogłoby umożliwić wzmacniane przesyłanie multipleksowane z podziałem długości fal.

Nieoczekiwanie zostało odkryte, że zgodnie z inną, jeszcze bardziej istotną cechą, gdy występuje szczyt w strefie wysokiej emisji to obecność tego obniżenia w obszarze przyległym do szczytu, a w każdym razie jego niekorzystna relacja w stosunku do przyległych stref, była odpo12

177 262 wiedzialna za niewystarczającą wartość stosunku sygnału do szumu dla sygnałów w omawianym obniżeniu i że włókno aktywne, które jest zdolne do samoistnej.eliminacji lub zmniejszenia tego obniżenia pozwala rozwiązać problem dzięki możliwości przesyłania multipleksowanego z podziałem długości fal w układzie z jednym lub wieloma wzmacniaczami.

Stąd, zgodnie z niniejszym wynalazkiem zostało wykryte, że włókno aktywne, którego domieszki dają krzywą emisji o względnie dużej wartości w paśmie długości fal, nie wykazuuącąlokalnych obniżeń w strefie mieszczącej się wewnątrz tego pasma i znajduuącąsię w funkcjonalnej zależności z pozostałymi strefami w tym paśmie (takimi, które mogłyby powodować istotne różnice wzmocnienia dla sygnałów telekomunikacyjnych dla różnych długości fal w paśmie ich multipleksowania we włóknie), umożliwiają wykonanie wzmacniaczy szczególnie nadających się do użycia w łączach telekomunikacyjnych zawierających przynajmniej dwa połączone szeregowo wzmacniacze optyczne z podziałem długości fal dla multipleksowanych sygnałów. Rozwiązanie to zapewnia wysoką jakość.

Z drugiej strony, zgodnie z mniejszym wynalazkiem zostało odkryte, ze sterowanie stosunkiem S/N sygnału do szumu w omawianych tu systemach przesyłowych można uzyskać nie tylko za pomocą filtrów albo przez dostosowanie pasma transmisji o ograniczonej szerokości (zdolnych do ominięcia niewygodnych stref długości fal), lecz przez wybór rodzaju i koncentracji domieszek w rdzeniu aktywnego włókna wzmacniacza. Wybór ten powinien być taki. aby charakterystyka emisji, którąmożna narysować w dostatecznie szerokim paśmie (rozciągającym się od 1525 do 1560 nm, a przynajmniej od 1530 do 1560 nm) nie dawała niepożądanego wzrostu wzmocnienia sygnału w jednej lub kilku wybranych strefach krzywej emisji, chociaż w omawianym paśmie występuje szczyt emisji.

Przez funkcyjną zależność należy rozumieć, jak było to wyżej wyjaśnione, że występowanie zwiększonej emisji w strefach przylegających do omawianych obniżeń, w szczególności szczytu emisyjnego oraz występowanie sygnałów w tych przylegających strefach wywoła ujemne skutki dla wzmocnienia sygnału na długościach fal odpowiadających omawianym obniżeniom.

Przez treść pojęcia krzywej emisji (lub widma) mającej względnie dużą wartość w paśmie długości fal należy rozumieć, że w danym paśmie długości fal, najkorzystniej między 1525 a 1560 nm, pompowane włókno wykazuje emisję o wartości przewyższającej emisję poza tym pasmem i jest ona dostosowywana do wzmacniania sygnału w omawianym paśmie. Jak pokazuje wskaźnik, strefę tę wyznacza się jako strefę zawariąmiędzy dwoma skrajnymi wartościami, przy których emisja jest o 3 dB niższa od tej zawartej wewnątrz przedziału lub pasma (najkorzystniej w odniesieniu do tej strefy w paśmie, w której emisja jest stała). W rzeczywistości, pasmo takie odpowiada pasmu, w którym skutecznie można przeprowadzać operację wzmacniania.

Przez szczyt emisji należy rozumieć występowanie w pewnym przedziale długości fal emisji znacznie wyższej niż w pozostałych strefach widma - poza tym przedziałem. Wywołuje to różne właściwości światłowodu w odniesieniu do sygnałów do niego wprowadzanych dla długości fal' znajdujących się wewnątrz i na zewnątrz omawianego przedziału.

Przez istotnąróżnicę wzmocnienia w omawianym paśmie należy rozumieć na przykład różnicę wyższą niż 2 dB między wzmocnieniami w najbardziej i najmniej uprzywilejowanym zakresie długości fal (przy mocy wejściowej równej lub mniejszej niż -20 dBm).

Przez lokalne obniżenie krzywej emisji należy rozumieć zakres długości fal wewnątrz omawianego pasma, przy którym występuje minimum emisji, czyli wartość mniejsza niż na brzegach tego zakresu. Wartość emisji powinna być tez mniejsza o ustaloną wcześniej wartość w stosunku do wartości w przylegających zakresach długości fal (w szczególnym przypadku erbu dla głównego szczytu emisyjnego, leżącego poniżej obniżenia i drugiego szczytu, dla wyższych długości fal). Dla celów niniejszego wynalazku omawiane obniżenie większe niż 0,5 dB. a praktyczniej - większe niż 1 dB wywołuje zauważalne efekty.

Uwagę powyższe rozważania, będzie w stanie określić szczególne warunki działania i szczególne zawartości domieszek dobierając je do zamierzonego zastosowania w celu uzyskania określonych wyników końcowych.

1ΊΊ 262

W ramach niniejszego wynalazku, działając na włóknach zawierających główną domieszkę, najkorzystniej erb, gdy dotyczy to zastosowań w telekomunikacji, która wykazuje cechy fluorescencyjne w interesującym zakresie długości fal, w połączeniu z innymi domieszkami współdziałającymi tam na zasadzie sumowania lub mieszania cech, można określić szczególne domieszki lub ich kombinacje oraz stosowne składy w celu uzyskania zmian krzywych emisji włókna i odpowiadających im wykonań wzmacniaczy i systemów na nich opartych, zarówno laserów, żyroskopów optycznych i im podobnych, jak i systemów przesyłowych, telekomunikacyjnych lub pomiarowych, w których są stosowane, jak również w celu uzyskania pożądanej jakości z punktu widzenia stosunku sygnału do szumu wewnątrz interesującego pasma.

W specjalnym obszarze, który jest przedmiotem szczególnej uwagi, badania zostały ograniczone do erbu jako głównej domieszki fluorescencyjnej i Ge, Al, La wprowadzonych do włókna w formie tlenków jako dodatkowych domieszek, ponieważ wyniki tych badań były wystarczające do rozwiązania szczególnych problemów technicznych.

Wskazówki udzielone w niniejszym wynalazku mogą być użyte w celu rozwiązania własnych problemów przez osoby znające w sposób przeciętny tę dziedzinę techniki. Problemy te mogą być podobne lub różne od tutaj opisanych. Można też wykonywać badania różnych domieszek i ich dawkowania tak samo jak to zbadano i opisano, stosować wyniki w praktyce lub używać takich samych zależności funkcyjnych między wynikami, a użytymi środkami. Osobom tym doradza się nie porzucać prób z pojedynczymi domieszkami lub zestawami aż do ich zakończenia, nawet jeśli wyniki cząstkowe rozpatrywane oddzielnie są niezadowalające z punktu widzenia stosunku sygnału do szumu. Kombinacja domieszek może bowiem pozwolić na uzyskanie lepszych wyników, tak jak to jest widoczne w opisie przykładów według mniejszego wynalazku m 262

1ΊΊ 262

-λ- (n m)

Fig. 6

Fig. 5

1560 λ(ηη)

177 262

A (nm)

Fig. 7

Fig. 9

177 262

MS9701B

AKKR A:1.5405jin> frl.SńSjmn B-A-'?t.5nm

LMKR C:-26.62SdBm D~3t625dftn C-D4i)B

Fig.11

WIDMO

ΓΠ 262

MS9701B

AMKR	A^:t5405um	8-A<24.Sujm	—
IMKR	C^;-26.625dBm	&-3t.625dBm C-D‘8dB

-25dBm

5dB/d

40dBm

-55dBm

TM	(R			A
1 ęREF	.5555 -24dB	um			t I 9
ΓΠ			r— I

						: —··'
D
					N	L
				Lz			\
					1 L

1.515;im

R^;0.5nm

1.54jjm lvc •1

INT ^;0s

SM •WYŁ

1.565)jm

5nm/d

Flg.12

ΥΠ 262

WIDMO HS9701B

Fig. 13

177 262

WIDMO MS9701B

Fig.1L

ΥΠ 262

WIDMO MS9701B

Fig.15

177 262

RL -5.27 dBm MKR -1WVL 1535.88 nm

CZUŁ.-21 .5.88,dB/0·	dBm V	•22.75	dBm -1
MARKER
1535 -22.	jQ8nm i8dB m

START 15 26.88 nm STOP 1578.68nm

RB8.5nm VB 388 kHz Sfc58asec

Fig. 16

177 262

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób telekomunikacji światłowodowej, obejmujący etapy, w których wytwarza się przynajmniej dwa sygnały świetlne o określonych długościach fal leżących w określonym zakresie zawierającym pasmo około 1535-1540 nm, z których przynajmniej jeden leży w paśmie około 1535-1540 nm, dostarcza się wspomniane sygnały do włókna optycznego w światłowodowej linii telekomunikacyjnej, wzmacnia się przynajmniej jednokrotnie wspomniane sygnały świetlne w przynajmniej jednym wzmacniaczu optycznym zawierającym włókno aktywne oraz odbiera się sygnał w stacji odbiorczej, przy czym przynajmniej jeden wzmacniacz optyczny zawiera aktywne włókno optyczne o bazie krzemowej, którego rdzeń jest domieszkowany erbem jako główną domieszką fluorescencyjną i przynajmniej jedną domieszką dodatkową, znamienny tym, że dobiera się domieszki względem siebie w takiej funkcyjnej zależności, że stosunek sygnału do szumu sygnału świetlnego w odbiorniku, mierzony przy szerokości pasma filtra 0,5 nm, nie jest mniejszy niż 15 dB dla wspomnianych sygnałów.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wzmacnia się sygnał świetlny przynajmniej dwukrotnie za pomocą odpowiednich wzmacniaczy optycznych zawierających włókno aktywne, umieszczonych szeregowo wzdłuż włókna światłowodowego.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że określony zakres długości fal jest zawarty między 1530 a 1560 nm.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że określony zakres długości fal jest zawarty między 1525 a 1560 nm.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dobór domieszki w aktywnym włóknie wzmacniacza optycznego obejmuje użycie przynajmniej dwóch dodatkowych domieszek w rdzeniu włókna aktywnego.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że dobór domieszki w aktywnym włóknie obejmuje użycie germanu, aluminium i lantanu w postaci odpowiednich tlenków, jako domieszek dodatkowych w rdzeniu włókna aktywnego.
7. System telekomunikacyjny światłowodowy, zawierający stację nadawczą, wytwarzającąprzynajmniej dwa sygnały świetlne o różnych długościach fal leżących w określonym zakresie, zawierającym pasmo około 1535-1540 nm, z których przynajmniej jeden leży w paśmie około 1535-1540 nm, stację odbiorczą oraz łącze, światłowodowe między stacją nadawczą, a stacją odbiorczą, przynajmniej jeden wzmacniacz optyczny, zawierający włókno aktywne, połączony szeregowo w łączu dla przesyłania sygnałów ze stacji nadawczej do stacji odbiorczej, znamienny tym, że przynajmniej jeden wzmacniacz optyczny zawiera aktywne włókno optyczne wykonane na bazie krzemu, mające rdzeń domieszkowany erbem jako główną domieszką fluorescencyjną i przynajmniej jedną domieszką dodatkową, które są dobrane funkcjonalnie w taki sposób, że stosunek sygnału do szumu w stacji odbiorczej, mierzony przy szerokości pasma filtra wynoszącej 0,5 nm, jest większy lub równy 15 dB wspomnianych sygnałów.
8. System według zastrz. 7, znamienny tym, że domieszkami dodatkowymi są aluminium, german i lantan w postaci odpowiednich tlenków.
9. System według zastrz. 7, znamienny tym, że określone pasmo przesyłania jest zawarte między 1530 a 1560 nm.
10. System według zastrz. 7, znamienny tym, że przynajmniej dwa wzmacniacze są połączone szeregowo wzdłuż linii.

* * *

177 262