PL181053B1

PL181053B1 - Sposób telekomunikacji dwukierunkowej

Info

Publication number: PL181053B1
Application number: PL96339803A
Authority: PL
Inventors: Fausto Meli; Alessandro Cavaciuti
Original assignee: Pirelli Cavi E Sistemi Spa
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 2001-05-31
Also published as: US6018404A; RU2000113800A; NZ280875A; NO309788B1; PL180013B1; AU4217196A; ES2132776T3; KR960030588A; HU9600175D0; DE69622050D1; HU219696B; EP0889562B1; FI960359A0; ITMI950143A0; FI960359A; IT1273465B; JPH08265272A; DE69601815D1; BR9600511A; CN1136247A

Abstract

1 Sposób telekomunikacji dwukierunkowej, w którym generuje sie pierwszy zbiór sygnalów optycz- nych w pierwszej grupie dlugosci fal w pierwszej sta- cji nadawczej 1 generuje sie drugi zbiór sygnalów optycznych w drugiej grupie dlugosci fal w drugiej stacji nadawczej, wprowadza sie pierwszy i drugi zbiór sygnalów do odpowiednich przeciwleglych kon- ców wlókna optycznego, tworzacego lacze telekomu- nikacyjne, wzmacnia sie zbiory sygnalów, pierwszy i drugi, za pomoca wzmacniacza optycznego umiesz- czonego w laczu poprzez zlacza optyczne, odbiera sie zbiory sygnalów, pierwszy 1 drugi, odpowiednio w pierwszej i drugiej stacji odbiorczej, umieszczonych na przeciwnych koncach wlókna optycznego wzgle- dem pierwszej i drugiej stacji nadawczej, znamienny tym, ze podczas wzmacniania filtruje sie zbiory syg- nalów, pierwszy i drugi, za pomoca sprzegaczy sele- ktywnych tak, ze kazda z petli optycznych, zawierajacych wzmacniacz ma calkowite tlumienie wieksze niz maksymalne wzmocnienie wzmacniacza dla dowolnej dlugosci fali Fig. 1 PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób telekomunikacji dwukierunkowej.

Użycie światłowodów do przesyłania sygnałów optycznych przenoszących na odległość informację, stało się ostatnio powszechnie znane również w dziedzinie telekomunikacji. Znany jest również fakt, że sygnały optyczne przesyłane światłowodem ulegają wtedy tłumieniu, co

181 053 pociąga za sobą konieczność takiego wzmocnienia sygnału, aby mógł on pokonać całą przewidzianą odległość i dotrzeć do urządzenia odbiorczego, dysponując poziomem mocy wystarczającym do poprawnego przyjęcia wysłanej wiadomości.

Wzmocnienie to może być przeprowadzone za pomocą odpowiednich wzmacniaczy umieszczonych w określonych położeniach wzdłuż toru. Wzmacniacze te zwiększająmoc przenoszonego sygnału optycznego.

Do tego celu korzystnie używa się wzmacniaczy optycznych, które wzmacniają sygnał bez zmiany postaci optycznej sygnału, tzn. nie przeprowadza się detekcji optoelektronicznej i regeneracji elektrooptycznej tego samego sygnału.

Takie wzmacniacze optyczne są oparte na właściwościach domieszek fluorescencyjnych, zwłaszcza erbu (Erbium Dopped Fibre Amplifier - EDFA), które jeśli zostaną odpowiednio wzbudzone zapomocądostarczonej energii świetlnej, dają silną emisję w paśmie długości fal odpowiadającym minimalnemu tłumieniu w utworzonych na bazie krzemu włóknach optycznych. Jednym z alternatywnych sposobów polepszenia charakterystyk wzmocnienia wzmacniaczy EDFA jest dodatkowe domieszkowanie jonami La, jak pokazują wyniki porównawczych badań między włóknami La-Er/GeO2/SiO₂, Al-Er/GeO₂/SiO₂ i Er/GeO₂/SiO₂, opisanych w Electronics Letters Vol 27, nr 12/1991, str. 1065-1067.

Wzmacniacze takie sąurządzeniami jednokierunkowymi, to znaczy takimi, w których sygnał optyczny ma z góry określony kierunek przenoszenia się. Wynika to z faktu, jak zostało to wyjaśnione na przykład w opisie patentowym US 5 204 9231 w opisie patentowym US 5 210 808, że wzmacniacze optyczne, szczególnie wtedy, gdy są wymagane duże wartości wzmocnień, zawierają w sobie elementy typu jednokierunkowego, przystosowane do zapobiegania powtórnemu wnikaniu do wnętrza wzmacniacza sygnałów odbitych na zewnątrz wzmacniacza, które mogą być związane, na przykład, z rozpraszaniem Rayleigh'a, zachodzącym wzdłuż linii światłowodowych dołączonych do wzmacniaczy.

W wyniku tego, transmisja dwukierunkowa wymaga użycia dwóch oddzielnych linii komunikacyjnych wyposażonych w odpowiednie wzmacniacze, z których każdy jest używany do transmisji w jednym kierunku. Skutkiem tego będzie duży koszt połączenia.

W opisie patentowym US 5 267 073, są omówione układy sprzęgające, które w szczególności obejmują adapter nadawczy, dostosowany do przetwarzania wejściowego sygnału optycznego na postać właściwą dla światłowodowego łącza transmisyjnego i adapter odbiorczy, dostosowany do przetwarzania przesyłanego sygnału do postaci właściwej dla urządzenia odbiorczego.

Były podejmowane próby uzyskania wzmacniania dwukierunkowego za pomocą poj edynczego wzmacniacza jednokierunkowego, z wykorzystaniem możliwości charakteryzujących domieszkowane wzmacniacze, które pozwalają wzmacniać w sposób niezależny sygnały o różnych długościach fal. Dwukierunkowy wzmacniacz oparty na tej zasadzie jest opisany w artykule S. Seikai'a i in. pt. Novel Optical Circuit Suitable for Wavelength Division Bidirectional Optical Amplification, opublikowanym w Electronics Letters, vol. 29, nr 14, z 8 lipca 1993, na stronach 1268-1270. Jest to urządzenie umieszczone wzdłuz toru transmisji światłowodowej, w którym dwa sygnały o różnych długościach fal przemieszczają się w przeciwnych kierunkach, składające się ze sprzęgaczy selektywnych pod względem długości fali i jednokierunkowych układów wzmacniających znanego typu, zawierających domieszkowane włókna, połączone ze sobą odcinkami włókna biernego. Obie długości fal sygnałów leżą wewnątrz pasma wzmocnienia domieszkowanych włókien. Za pomocą sprzęgaczy selektywnych dwa sygnały o różnych długościach fal są prowadzone różnymi drogami optycznymi. Te dwie drogi optyczne spotykają się tylko na tym odcinku wzmacniającego włókna, przez który oba sygnały przechodzą w tym samym kierunku. Urządzenie, które zostanie opisane z większymi szczegółami, stwarza problemy w warunkach niestabilności wywołanej odbiciami wewnętrznymi dla pośredniej długości fali jednego z przenoszonych sygnałów. Problem ten może być tylko rozwiązany przez dodanie filtrów, z których część będzie dostrajana. W sumie, jest wyma4

181 053 gana bardzo skomplikowana struktura i konieczne jest użycie urządzeń do ciągłego i dokładnego dostrajania omawianych filtrów.

Sposób telekomunikacji dwukierunkowej, w którym generuje się pierwszy zbiór sygnałów optycznych w pierwszej grupie długości fal w pierwszej stacji nadawczej i generuje się drugi zbiór sygnałów optycznych w drugiej grupie długości fal w drugiej stacji nadawczej, wprowadza się pierwszy i drugi zbiór sygnałów do odpowiednich przeciwległych końców włókna optycznego, tworzącego łącze telekomunikacyjne, wzmacnia się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, za pomocą wzmacniacza optycznego umieszczonego w łączu poprzez złącza optyczne, odbiera się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, odpowiednio w pierwszej i drugiej stacji odbiorczej, umieszczonych na przeciwnych końcach włókna optycznego względem pierwszej i drugiej stacji nadawczej, według wynalazku wyróżnia się tym, że podczas wzmacniania filtruje się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, za pomocą sprzęgaczy selektywnych tak, że każda z pętli optycznych, zawierających wzmacniacz ma całkowite tłumienie większe niż maksymalne wzmocnienie wzmacniacza dla dowolnej długości fali.

Sposób telekomunikacji dwukierunkowej, w którym generuje się pierwszy zbiór sygnałów optycznych w pierwszej grupie długości fal w pierwszej stacji nadawczej i generuje się drugi zbiór sygnałów optycznych w drugiej grupie długości fal w drugiej stacji nadawczej, wprowadza się pierwszy i drugi zbiór sygnałów do odpowiednich przeciwległych końców włókna optycznego, tworzącego łącze telekomunikacyjne, wzmacnia się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, za pomocą wzmacniacza optycznego umieszczonego w łączu, odbiera się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, odpowiednio w pierwszej i drugiej stacji odbiorczej, umieszczonych na przeciwnych końcach włókna optycznego względem pierwszej i drugiej stacji nadawczej, przy czym przy występowaniu odbić na złączach we wzmacniaczu mogą wystąpić oscylacje dla długości fal pośrednich między długościami fal rozchodzących się w przeciwnych kierunkach, według wynalazku wyróżnia się tym, że rozdziela się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, podczas wzmacniania, do różnych dróg optycznych, zależnie od długości fali i kierunku rozchodzenia się, przy czym podczas rozdzielania tłumi się sygnały o pośredniej długości fali aż do poziomu, uniemożliwiającego powstanie oscylacji.

Rozdzielanie korzystnie przeprowadza się za pomocą sprzęgaczy selektywnych.

Sposób telekomunikacji dwukierunkowej, w którym generuje się pierwszy zbiór sygnałów optycznych w pierwszej grupie długości fal w pierwszej stacji nadawczej i generuje się drugi zbiór sygnałów optycznych w drugiej grupie długości fal w drugiej stacji nadawczej, wprowadza się pierwszy i drugi zbiór sygnałów do odpowiednich przeciwległych końców włókna optycznego, tworzącego łącze telekomunikacyjne, wzmacnia się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, za pomocą wzmacniacza optycznego umieszczonego w łączu poprzez złącza optyczne, odbiera się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, odpowiednio w pierwszej i drugiej stacji odbiorczej, umieszczonych na przeciwnych końcach włókna optycznego względem pierwszej i drugiej stacji nadawczej, według wynalazku wyróżnia się tym, że podczas wzmacniania filtruje się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, do wartości tłumienia wynoszących 40 dB dla długości fal pośrednich między długościami fal z pierwszej i drugiej grupy długości fal.

Przedmiot wynalazku, w przykładach wykonania, jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat dwukierunkowego łącza transmisyjnego, fig. 2 - schemat układu sprzęgającego dla łącza według wynalazku, fig. 3 - schemat sprzęgacza selektywnie odbijającego, używanego we wzmacniaczach dwukierunkowych i jego charakterystykę widmową transmisji, fig. 4 - widmowe charakterystyki tłumienia przenoszonych sygnałów pomiędzy dwoma parami włókien doprowadzających sprzęgaczy selektywnie odbijających pierwszego typu, fig. 5 - schemat znanego dwukierunkowego wzmacniacza optycznego, fig. 6 - schemat dwukierunkowego wzmacniacza optycznego poddanego badaniom, fig. 7 - szczegółowy schemat przykładowego wykonania dwukierunkowego wzmacniacza optycznego według wynalazku, fig. 8 - charakterystykę widmową tłumienia przesyłanych sygnałów, pomiędzy dwoma parami włókien doprowadzających sprzęgaczy selektywnie odbijających drugiego typu, fig. 9 - schemat pierwszego, przykładowego łącza transmisyjnego, fig. 10 - wykres pokazujący widma sygnałów

181 053 zachodzących na siebie, występujące na dwóch wyjściach dwukierunkowego wzmacniacza optycznego, w łączu transmisyjnym według fig. 9, fig. 11 - wykres elementowej stopy błędu BER, zależnej od tłumienia między wzmacniaczami, w łączu transmisyjnym według fig. 9, fig. 12 szczegółowy schemat dwukierunkowego wzmacniacza optycznego w drugim przykładzie wykonania wynalazku, fig. 13 - wykres pokazujący zachodzenie na siebie wyznaczonych charakterystyk widmowych na dwóch wyjściach dwukierunkowego wzmacniacza optycznego przy braku wejściowych sygnałów optycznych, fig. 14 - wykres pokazujący zachodzenie na siebie wyznaczonych charakterystyk widmowych na dwóch wyjściach dwukierunkowego wzmacniacza optycznego w przypadku występowania wejściowych sygnałów optycznych, fig. 15 - schemat jednokierunkowego układu wzmacniającego, który może być zastosowany we wzmacniaczu dwukierunkowym według wynalazku, a fig. 16 przedstawia schemat systemu monitorowania i sterowania dla dwukierunkowego wzmacniacza optycznego

Jak przedstawiono na fig. 1, dwukierunkowe światłowodowe łącze telekomunikacyjne według wynalazku obejmuje dwie stacje końcowe A i B, z których każda składa się z odpowiednich stacji nadawczych 1A, 1B i odpowiednich stacji odbiorczych 2A, 2B.

W szczególności, stacja nadawcza 1A obejmuje nadajnik laserowy, mający pierwszą długość fali λ 1, na przykład o wartości 1533 nm, i stację nadawczą 1B obejmującąnadajnik laserowy, mający długość fali λ2, na przykład o wartości 1556 nm.

¹ Nadajniki 1A, 1B sąalbo nadajnikami bezpośrednio modulowanymi, albo z modulacjązewnętrzną, w zależności od wymagań łącza, związanych w szczególności z dyspersją chromatyczną łącza światłowodowego, jego długością oraz przewidywaną szybkością transmisji.

Wyjścia nadajników 1A, 1B są podawane do wejść odpowiednich urządzeń wspomagających 3, skąd później do wejść sprzęgaczy 4, mających właściwości selektywne, odpowiednie do długości fal omawianych nadajników laserowych 1A, 1B.

Wyjście sprzęgacza selektywnego 4, w którym występująjednocześnie fale o długości λ 1 i λ2 jest podłączone do końcowego odcinka linii światłowodowej 5, obejmującej światłowód, łączący dwie stacje końcowe A i B. W łączach światłowodowych 5 stosowane są zwykle włókna jednomodowe o profilu skokowym (SI) lub o przesuniętej charakterystyce dyspersyjnej. Są one używane w odpowiednich kablach światłowodowych, o całkowitej długości odpowiedniej do pokrycia odległości transmisji i odcinkach rzędu dziesiątków, lub setek kilometrów między wzmacniaczami.

Wzdłuż łącza 5 jest umieszczony dwukierunkowy wzmacniacz optyczny 6 według niniejszego wynalazku.

Chociaż przedstawiono tylko jeden wzmacniacz, to może występować po sobie wiele wzmacniaczy optycznych, w zależności od całkowitej długości połączenia optycznego i mocy sygnałów w różnych jego odcinkach. Na przykład odcinek światłowodu zawarty między stacją końcową i wzmacniaczem, lub między dwoma występującymi w kolejności wzmacniaczami, może wynosić około 100 km.

Gdy sygnały optyczne podlegające transmisji będą wytworzone przez źródła sygnałów, mające własne parametry transmisji (pod względem długości fali, typu modulacji, mocy) i różne od tych wymaganych z punktu widzenia opisywanego połączenia, to obie stacje nadawcze 1A, 1B powinny zawierać odpowiednie układy sprzęgające dostosowane do odbioru zewnętrznych, źródłowych sygnałów optycznych, ich detekcji i ponownej regeneracji nadającej parametry dostosowane do systemu transmisji.

W szczególności, omawiane układy sprzęgające generują odpowiednie robocze sygnały optyczne o długościach fal λ1,λ2 w skrócie określane jako „sygnał λ1” i „sygnał λ2. dostosowane do wymagań systemowych.

W systemach, których dotyczy wynalazek jest pożądane, aby w adapterze nadawczym obejmującym laser wytwarzający sygnał wyjściowy zastosowano typ lasera z zewnętrznąmodulacją.

Na figurze 2 jest pokazany schemat układu sprzęgającego o typie dobranym do zastosowania w rozwiązaniu według wynalazku. Dla uproszczenia połączenia optyczne są przedstawione

181 053 linią ciągłą, zaś elektryczne - przerywaną. Sygnał optyczny z zewnętrznego źródła 7 jest odbierany przez fotodetektor (fotodiodę) 8, emitującąsygnał elektryczny, któryjest podawany do wzmacniacza elektronicznego 9. Wyjściowy sygnał elektryczny ze wzmacniacza 9 jest podany do obwodu pilotującego 10 modulacyjnego emitera laserowego 11. Jest on dostosowany do wytwarzania sygnału optycznego, o określonej długości fali, zawierającego informację o sygnale wejściowym. Korzystnie, do obwodu pilotującego 10 jest dołączony obwód 12 wejścia kanału serwisowego. Modulacyjny emiter laserowy 11 obejmuje laser 13 o ciągłej emisji i zewnętrzny modulator 14, na przykład typu Macha-Zendera, sterowanego sygnałem wyjściowym obwodu pilotującego 10. Obwód 15 sprawdza długość fali emisji lasera 13, utrzymując ją stałą na poprzednio wybranej wartości przez kompensację możliwych zakłóceń zewnętrznych, takich jak temperatura itp.

Stosowane układy sprzęgające odbiorcze wymienionego typu są znane pod nazwą handlową TXT7E-EM.

Wariantowo, nadajniki 1A, 1B mogą być nadajnikami laserowymi działającymi na wybranej długości fali, z użyciem laserów typu DFB o długości fali 1533 i 1556 nm. W opisywanych dalej eksperymentach transmisji używano w szczególności lasera DFB o długości fali 1533 nm, modulowanego bezpośrednio przy 2,5 Gbit/s, zblokowanego z odbiornikiem w aparacie końcowym SDH model SLX-1/16, firmy PHILIPS NEDERLAND BV, 2500 BV, Gravenhage (NL) oraz lasera DFB o ciągłej emisji i długości fali 1556 nm, wytwarzanego przez ANRITSU CORP., 5-10-27 Minato-ku, Tokyo (JP).

Urządzenia wspomagające 3 na fig. 1 podnosząpoziom sygnałów generowanych przez nadajniki 1A, 1B do wartości wystarczającej do zapewnienia przejścia transmitowanych sygnałów przez kolejny odcinek światłowodu, występujący przed stacją odbiorczą lub układami wzmacniającymi oraz do utrzymania poziomu mocy na wyjściu, wystarczającego do zapewnienia wymaganej jakości transmisji.

W przypadku wymienionych wyżej zastosowań, urządzeniem wspomagającym 3 jest korzystnie wzmacniacz optyczny z grupy dostępnej na rynku, mający następujące cechy:

- moc wejściowa -5 - +2 dBm

- moc wyjściowa 13 dBm

- robocza długość fali 1530 -1560 nm.

Odpowiednim modelem jest TPA/E 12.

Sprzęgacze selektywne 4 są elementami optycznymi dostosowanymi do przenoszenia dwóch sygnałów optycznych o różnych długościach fal do pojedynczego światłowodu wyjściowego i w celu rozdzielenia dwóch zachodzących na siebie sygnałów, które występują w jednym włóknie wejściowym, odpowiednio na dwa wyjściowe włókna optyczne, w zależności od długości fal. Jest wymagane, aby omawiane sprzęgacze selektywne miały dobrane szerokości pasma przenoszenia, w celu zapewnienia rozdzielenia sygnałów na dwa kierunki, bez przesłuchów.

Korzystnie sprzęgaczami selektywnymi 21, 22 są elementy pokazane schematycznie na fig. 3A. Mają one cztery doprowadzające włókna optyczne (porty wejścia i wyjścia) 101, 102, 103, 104 i zawierają selektywny element odbijający 105 w środku tego odcinka. Element odbijający zachowuje się jak przenoszący pasmo dla transmisji i eliminujący pasmo dla sygnałów odbitych. Zatem element ten jest dostosowany do zapewnienia przejścia dla sygnałów o długościach fal leżących wewnątrz z góry określonego pasma i odbicia sygnałów o długościach fal leżących na zewnątrz tego pasma. Sygnał wejściowy do włókna 101 sprzęgacza selektywnego, o długości fali wewnętrznej (przykładowo) dla pasma przenoszenia elementu 105 przechodzi bez wyraźnego tłumienia do włókna 103. Podobnie, sygnały o długości kp są przenoszone z włókna 104 do włókna 102 lub symetrycznie z włókna 103 do włókna 101 i z włókna 102 do włókna 104. Przeciwnie, sygnał wejściowy do włókna 101 o długości fali Zr, zewnętrznej dla tego pasma, ulega odbiciu w kierunku włókna 104, i podobnie, sygnały o długości kr przechodzą z włókna 102 do włókna 103, i symetrycznie, z włókna 104 do włókna 101 i z włókna 103 do włókna 102.

W odniesieniu do fig. 3B, w dalszej części opisu zostanie wskazane jako pasmo przenoszenia selektywnego elementu odbijającego 105 lub, w szerszym sensie, jako pasmo przenoszenia

181 053 sprzęgacza selektywnego, to pasmo, którego długości fal leżą w pobliżu długości fali zapewniającej minimum tłumienia w czasie transmisji, i którym w czasie transmisji przez selektywny element odbijający 105 odpowiada dodatkowe tłumienie nie większe niż 0,5 dB w stosunku do tłumienia minimalnego. Szerokość tego pasma przenoszenia jest pokazana na fig. 3B jako „-0,5 dB BW”.

W ten sam sposób, w dalszej części opisu zostanie wskazane jako pasmo odbite selektywnego elementu odbijającego 105 lub, w szerszym sensie, jako pasmo odbite sprzęgacza selektywnego to pasmo, którego długości fal leżą w pobliżu długości fali zapewniającej minimum tłumienia w czasie odbicia, i którym w czasie odbicia przez selektywny element odbijający 105 odpowiada dodatkowe tłumienie nie większe niż 0,5 dB w stosunku do tłumienia minimalnego.

Sprzęgacze selektywne zostały tak dobrane, aby co najmniej część z ich pasma przenoszenia i co najmniej część z ich pasma odbitego była zawarta wewnątrz pasma wzmocnienia dwukierunkowego układu wzmacniającego 61 aby długości fal ki i λ2 były odpowiednio zawarte w omawianym paśmie przenoszenia i paśmie odbitym.

Chociaż charakteryzowane czterema włóknami dostępu, to sprzęgacze selektywne dostosowane do wymienionych celów mogą mieć tylko trzy włókna dostępu. Czwarte, na przykład włókno 104, może pozostać nie wykorzystane.

Przykładowo, odpowiednim sprzęgaczem selektywnym jest model WD1515 AY-A3 firmy JDS FITEL INC., Heston Dnve, Nepean, Ontario (CA), którego struktura odpowiada opisowi podanemu w związku z fig. 3A, z tą różnicą, że zastosowano tylko trzy włókna dostępu 101,102, 103

Charakterystyki widmowe względnego tłumienia sąpokazane na fig. 4A i 4B. Krzywe pokazują tłumienie, stwierdzone dla różnych długości fal, przy sygnale wejściowym podawanym do określonego włókna sprzęgacza selektywnego i jego przechodzeniu do danego wyjścia. W szczególności, krzywa z fig. 4A odnosi się do przypadku propagacji sygnałów między włóknami 102 i 103 i pokazuje znaczące tłumienie (>20 dB) dla długości fal zawartych w paśmie o szerokości około 10 nm, położonym wokół 1533 nm, oraz bardzo małe tłumienie (około 0,5 dB) dla długości fal większych niż 1543 nm. Krzywa z fig. 4B, odnosząca się do przypadku propagacji sygnałów między włóknami 101 i 103, jest symetryczna w stosunku do poprzedniej krzywej i pokazuje bardzo małe tłumienie (około 0,7 dB) dla długości fal zawartych w paśmie o szerokości około 10 nm, położonym wokół 1533 nm, oraz znaczące tłumienie (> 20 dB) dla długości fal większych niż 1543 nm. Dla omawianego modelu sprzęgacza selektywnego szerokość określonego pasma przenoszenia wynosi około 10 nm

Przez analogię, w odniesieniu do fig. 3B można wskazać -20 dB pasmo przenoszenia sprzęgacza selektywnego jako pasmo długości fal przechodzących przez sprzęgacz selektywny, dla których dodatkowe tłumienie w stosunku do tłumienia minimalnego jest nie większe niż 20 dB. Dla rozpatrywanego modelu sprzęgacza selektywnego szerokość tego pasma przenoszenia przy -20 dB (oznaczone „-20 dB BW” na fig. 3B) wynosi około 20 nm.

Współczynnik dobroci F.O.M. sprzęgacza selektywnego, określony jako stosunek szerokości pasma przenoszenia do szerokości pasma przenoszenia przy -20 dB wynosi dla rozpatrywanego modelu około 0,5.

Na figurze 5 przedstawiony jest schemat znanego dwukierunkowego wzmacniacza z podziałem długości fal, opisanego we wspomnianym artykule S. Seikai'a i in. w Electronics Letters Schemat ten odpowiada fig. 1 z tego artykułu

Urządzenie obejmuje optyczny jednokierunkowy układ wzmacniający EDFA, cztery sprzęgacze optyczne WSC1, WSC8, WSC9, WSC2, selektywne z punktu widzenia długości fal oraz dwa łączniki optyczne 106, 107. Układ wzmacniający EDFA składa się z dwóch stopni, zawierających włókno domieszkowane erbem, z pierwszym izolatorem optycznym umieszczonym między dwoma stopniami i z drugim izolatorem optycznym umieszczonym na wyjściu drugiego stopnia. Na schemacie oba zostały zaznaczone symbolem ISO. Selektywne sprzęgacze optyczne są typu JDS1535 (WSC1, WSC2) i JDS1550 (WSC8, WSC9). Sprzęgacze selektywne WSC mają dwa kanały o długościach fal La i Lb, leżących w sąsiedztwie 1,533 i 1,550 μηι. Układ wzmacniający, określony jako zawarty między łącznikami 106 i 107 jest układem mostkowym,

181 053 w którym dzięki właściwościom sprzęgacza selektywnego WSC, dwa sygnały optyczne o różnych długościach fal, propagujące w przeciwnych kierunkach przechodzą przez układ wzmacniający EDFA w tym samym kierunku.

Ta prosta struktura używająca czterech dostępnych na rynku (nie różniących się między sobą) sprzęgaczy selektywnych WSC może pracować w przypadkach wzmacniaczy o współczynniku wzmocnienia mniejszym niż 25 dB, podczas gdy dla wzmocnień większych niż 30 dB układ staje się niestabilny w związku ze stratami wnoszonymi przez sprzęgacze selektywne. W celu rozwiązania tego problemu sugeruje się użycie innego sprzęgacza selektywnego WSC4, typu JDS1535, w gałęzi wejściowej pętli przez 1,55 pm i dwóch strojonych filtrów optycznych TOF11 TOF2 w gałęziach wejściowych w celu redukcji szumu emisji spontanicznej. Jeśli omawiane filtry są zastąpione przez sprzęgacze selektywne WSC, system staje się niestabilny przy 1,54 pm, na przecięciu pasm przenoszenia sprzęgaczy selektywnych.

Dodanie dalszych selektywnych sprzęgaczy optycznych, jak to się proponuje, czym strukturę znacznie bardziej złożoną. Ponadto, użycie przestrajanych filtrów, które wymagają dokładnego i stałego nastawiania, sprawia następnie, że użycie innych elementów kontrolnych czym praktyczne skompletowanie proponowanej struktury jeszcze bardziej trudne.

Na schemacie pokazanym na fig. 6 urządzenie 6 odpowiada układowi wzmacniacza dwukierunkowego według przeprowadzonego pierwszego eksperymentu ze strukturami. Obejmuje on jeden układ wzmacniacza jednokierunkowego 20, dwa selektywne sprzęgacze optyczne 21 i 22, dwa łączniki 106,107 i odcinki biernego włókna optycznego 23, 29. Jak przedstawiono na fig. 6 łącznik 106 jest dołączony do włókna 101 sprzęgacza selektywnego 21. Połączenie między włóknem 102 sprzęgacza selektywnego 21 a włóknem 102 sprzęgacza selektywnego 22 jest wykonane za pomocą włókna 23, zaś połączenie między włóknem 104 sprzęgacza selektywnego 21 i włóknem 104 sprzęgacza selektywnego 22 jest wykonane za pomocą włókna 29. Jednokierunkowy układ wzmacniający 20 jest włączony między włóknem 103 sprzęgacza selektywnego 21, a włóknem 101 sprzęgacza selektywnego 22 tak, że ustala się kierunek działania omawianego układu od sprzęgacza selektywnego 21 do sprzęgacza selektywnego 22. Wreszcie, łącznik 107 jest dołączony do włókna 103 sprzęgacza selektywnego 22.

Jednokierunkowy układ wzmacniający 20 jest układem wzmacniacza optycznego. Korzystnie jest to typ optycznego wzmacniacza liniowego, charakteryzujący się pasmem wzmocnienia, w którym mieszczą się robocze długości fal λ1 i λ2 dla obu kierunków wzmacniacza dwukierunkowego 6. Właściwym wzmacniaczem liniowym jest na przykład wzmacniacz pod nazwą handlową OLA/E-MW. Sprzęgacze selektywne 2122 sątypu opisanego przy omawianiu fig. 3A. Sprzęgacze selektywne są tak dobrane, że co najmniej część ich pasma przenoszenia i co najmniej część ich pasma odbitego jest zawarta wewnątrz pasma wzmocnienia układu wzmacniacza w taki sposób, że długość fali λ1 leży wewnątrz omawianego pasma przenoszenia, a długość fali λ2 znajduje się wewnątrz pasma odbitego.

Właściwymi sprzęgaczami selektywnymi sąna przykład modele WD1557AY-4 firmy JDS FITEL. Jest to model taki jak wspomniany model WD1515AY-A3, który jednakże jest wyposażony w cztery włókna dostępu 101, 102, 103, 104. Widmowe charakterystyki tłumienia między włóknami 101 i 104 oraz między włóknami 102 i 103 sąpraktycznie takie same jak pokazywane na fig. 4A. Podobnie charakterystyki widmowe tłumienia między włóknami 101 i 103 oraz między włóknami 102 i 104 są praktycznie takie same jak pokazywane na fig. 4B. Dla tego modelu sprzęgacza selektywnego współczynnik dobroci F.O.M. ma również wartość około 0,5. Łączniki optyczne 106,107 sąkorzystnie serii SPC firmy SEIKON GIKEN, 296-1 Matsuhidai, Matsudo, Chiba (JP).

W odniesieniu do fig. 6, w przypadku sprzęgacza selektywnego 21, sygnał wejściowy o długości fali λ 1 na włóiniie dostępu 101 przediodzi niezmieniony przez sprzęgacz selektywny i wychodzi z włókna 103. Sygnał wejściowy λ2 do włókna 104jest odbijany i wysyłany na wyjście do włókna 101. Sygnał wejściowy λ2 do włókna 102jest odbijany i przesyłany na wyjście do włókna 103. Podobnie, w przypadku sprzęgacza selektywnego 22 przy obecności sygnałów wejściowych λ1 i λ2 na włóknie dostępu 101. Sygnał λ 1 przechodzi przez sprzęgacz selektywny nie181 053 zmieniony i wychodzi z włókna 103, podczas gdy sygnał λ2 jest odbijany i przesyłany na wyjście do włókna 104. Sygnał wejściowy λ2 włókna 103 jest odbijany i wysyłany na wyjście do włókna 102. SygnałX2 przychodzący z łącza transmisyjnego przez łącznik 107 doznaje zatem dwóch odbić (22 i 21), jest wzmacniany w układzie wzmacniającym 20, po czym doznaje dalszych odbić (22 i 21) zanim opuści łącznik 106. Odwrotnie, sygnał λ1 przychodzący z łącza transmisyjnego przez łącznik 106 jest przenoszony przez sprzęgacz selektywny 21, wzmacniany i przenoszony przez sprzęgacz selektywny 22.

Dlatego urządzenie jest zdolne do jednoczesnego wzmacniania sygnałów o dwóch długościach fal w obu kierunkach.

Przy każdym przejściu sygnałów, sprzęgacz selektywny zachowuje się jak pasmowy filtr przepustowy, jak pokazano na fig. 4B, usuwając emisję spontaniczną na długościach fal pośrednich między λ 1i λ 2 propagującą wraz z sygnałami roboczymi. Przeciwnie, w czasie każdego odbicia sygnałów sprzęgacz selektywny zachowuje się jak filtr zaporowy (fig. 4A) i nie tłumi emisji spontanicznej.

Po wstawieniu opisanego wzmacniacza dwukierunkowego 6 do łącza optycznego wykonanego według schematu z fig. 1, w którym nadajnik 1A pracuje na fali 1533 nm, zaś nadajnik 1B na 1556 nm, zostały wyznaczone moce w miejscach oznaczonych na fig. 1 symbolami I, II, III, IV, V, VI; wartość tłumienia każdego z włókien 5 wynosiła przy tym 26,7 dB. Sąone pokazane w następującej tabeli 1.

Tabela 1

miejsce pomiaru	moc [dBm]
	λ1 = 1533 nm	λ1 = 1556 nm
I	+ 11	- 19
II	- 15,7	+ 7,7
III	+ 7,7	- 15,7
IV	- 19	+ 11
V	-20
VI		-20

Przez modyfikację pierwszej struktury uzyskuje się odmienną wersję dwukierunkowego wzmacniacza optycznego. Osiąga się to przez użycie sprzęgaczy selektywnych 222' tak dobranych, aby długości fal λ 11 λ2 były odpowiednio zawarte w paśmie odbitym i przenoszenia i przez jednoczesne odwrócenie kierunków propagacji sygnałów λ1 i λ2, to znaczy przez dołączenie łącznika optycznego 106 do części łącza transmisyjnego, z której przychodzi sygnał λ21 łącznika optycznego 107 do części łącza transmisyjnego, z której przychodzi sygnał λ1.

Na figurze 7 pokazana została druga struktura wzmacniacza dwukierunkowego poddanego badaniom. Zawiera ona dwa selektywne sprzęgacze optyczne 31 i 32, jednokierunkowy układ wzmacniający 20, dwa łączniki optyczne 106, 107, izolator optyczny 33 i odcinki biernego włókna optycznego 34, 35. Jak pokazano na fig. 7, łącznik 106 jest dołączony do włókna 101 sprzęgacza selektywnego 31. Połączenie między włóknem 102 sprzęgacza selektywnego 32 i włóknem 102 sprzęgacza selektywnego 31 jest wykonane za pomocą włókna 34, wzdłuż którego jest umieszczony izolator optyczny 33. Izolator ten jest tak dobrany, aby umożliwiał propagację promieniowania tylko w kierunku od sprzęgacza selektywnego 32 do sprzęgacza selektywnego 31. Połączenie między włóknem 103 sprzęgacza selektywnego 31 i włóknem 104 sprzęgacza selektywnego 32 jest wykonane za pomocą włókna 35. Jednokierunkowy układ wzmacniający 20 jest połączony między włókno 104 sprzęgacza selektywnego 311 włókno 101 sprzęgacza selektywnego 32 w taki sposób, że uzyskuje się kierunek roboczy omawianego układu od sprzęgacza

181 053 selektywnego 31 do sprzęgacza selektywnego 32. Wreszcie, łącznik 107 jest dołączony do włókna 103 sprzęgacza selektywnego 32.

Jednokierunkowy układ wzmacniający 20 i łączniki optyczne 106, 107 są tego samego typu jak te stosowane w urządzeniu opisywanym wraz z fig. 6.

Robocze długości fal λ1ϊ λ2 dla obu kierunków wzmacniacza dwukierunkowego są u s talane wewnątrz pasma wzmocnienia jednokierunkowego układu wzmacniającego 20. Izolator optyczny 33 należy do typu niewrażliwego na polaryzację przenoszonego sygnału, zapewnia izolację większą od 35 dB oraz współczynnik odbicia mniejszy niż -50 dB. Właściwym izolatoremjest model DMLI-15 PIPT-A S/N 1016 firmy ISOWAVE, 64 Harding Avenue, Dover, New Jersey (US).

Sprzęgacze selektywne 31 i 32 są sprzęgaczami typu refleksyjnego, jak te opisywane w związku z fig. 3A i są tak dobierane, że oba odpowiednie pasma przenoszenia są zawarte wewnątrz pasma wzmocnienia jednokierunkowego układu wzmacniającego 20. Pasma przenoszenia sprzęgaczy selektywnych 31,32 obejmują odpowiednio długości fal λ1 ιλ2 i Ponadtoi pasma przenoszenia dwóch sprzęgaczy selektywnych nie zachodząna siebie. Długości fal λ11 λ2 są zawarte, odpowiednio, wewnątrz pasm odbitych sprzęgaczy selektywnych 32, 31. Jako sprzęgacz selektywny 31 może być użyty model WD1515 ΑΧ-4, podczas gdy na sprzęgacz selektywny 32 - model WD1557AY-4, oba firmy JDS FITEL. Cechy tego ostatniego podobne do sprzęgacza selektywnego wybranego do zastosowania w urządzeniu z fig. 6, zostały już opisane. Właściwości widmowe poprzedniego sąpokazane na fig. 8 A i 8B. Sąto charakterystyki podobne do pokazanych na fig. 4A i 4B, i można się tu powołać na opisy podane dla tych charakterystyk. W szczególności, współczynnik dobroci F.O.M. sprzęgacza selektywnego w tym przypadku również ma wartość około 0,5. Inaczej niż w przypadku pokazanym na fig. 4A i 4B, długość fali środka pasma sprzęgacza selektywnego wynosi około 1557 nm. Odnosi się to do modelu WD1515AX-4.

Odnosząc się do fig. 7, w przypadku sprzęgacza selektywnego 31, jeden sygnał o długości fali λ1, wewnętrznej dla pasma sprzęgacza selektywnego, wprowadzony do włókna 101 zostaje odbity przez sprzęgacz selektywny i wychodzi do włókna 104. Jeden sygnał o długości fali λ2, wewnętrznej dla pasma sprzęgacza selektywnego 32 (i przez to zewnętrznej dla pasma sprzęgacza selektywnego 31) wprowadzony do włókna 103 zostaje przeniesiony i wysłany na wyjście do włókna 101. Sygnał wejściowy o długości fali λ2 doprowadzony do włókna 102 zostaje przeniesiony i przesyłany na wyjście do włókna 104.

W przypadku sprzęgacza selektywnego 32, przy wystąpieniu sygnałów wejściowych o długościach fal λ1 i λ2 we włóknie dostępu 101, sygnał λ1 przechodzi niezmieniony przez sprzęgacz selektywny i wychodzi włóknem 103, podczas gdy sygnał/© jest odbijany i wyprowadzany włóknem 104; sygnał wejściowy o długości fali λ2 we włóknie 103 jest odbijany i wyprowadzany włóknem 102.

Sygnał λ2 z linii transmisyjnej doprowadzany za pośrednictwem łącznika 107 ulega zatem odbiciu 32, przeniesieniu 31, zostaje wzmocniony w układzie wzmacniającym 20, znowu ulega odbiciu 32 i przeniesieniu 31 przed opuszczeniem łącznika 106. Sygnał λ1 z linii transmisyjnej doprowadzany za pośrednictwem łącznika 106 jest odbijany przez sprzęgacz selektywny 31, wzmacniany i następnie przenoszony przez sprzęgacz selektywny 32 do łącznika 107.

Zatem w tym przypadku urządzenie również jest zdolne do jednoczesnego wzmacniania sygnałów o dwóch długościach fal przenoszonych w obu kierunkach.

Podczas każdego przenoszenia sygnału w działaniu transmisyjnym sprzęgacze selektywne zachowują się jak filtry pasmowe, jak jest to pokazane na fig. 4B i 8B, przez co usuwają emisję spontaniczną dla długości fal pośrednich między λ 1i λ2 propagujących wraz z sygnałami. Przeciwnie, przy działaniu odbijającym sprzęgacze selektywne zachowują się jak filtry pasmowo zaporowe (fig. 4A i 8A) i nie tłumią emisji spontanicznej.

Zatem, dla każdego kierunku propagacji występuje co najmniej jedno przejście dla składowych tłumiących emisję spontaniczną.

181 053

Ponadto, izolator optyczny zatrzymuje emisję spontanicznąprzemieszczającąsię z włókna 102 sprzęgacza selektywnego 31, do włókna 102 sprzęgacza 32, która inaczej dodałaby się, po odbiciu, do sygnału wyjściowego λ2 z włókna 103 sprzęgacza selektywnego połączonego z łącznikiem 107.

Opisane wyżej urządzenie zostało przebadane w połączeniu symulującym linię transmisyjną tego samego typu jaki był opisany w związku z fig. 1. Dobrana struktura doświadczalna pokazana na fig. 9 (w której elementom odpowiednim do tych z fig. 1 przypisano identyczne numery odniesienia) obejmowała dwie stacje końcowe A i B, trzy dwukierunkowe wzmacniacze 6 i cztery zmienne tłumiki 5'.

W szczególności, jako wzmacniacze 6, były użyte trzy dwukierunkowe wzmacniacze, zgodne z wynalazkiem, o strukturze opisanej w związku z fig. 7. Przez 5' były oznaczone cztery przestrajane tłumiki symulujące tłumienie odcinków biernego włókna optycznego Jako tłumiki były wybrane modele WA5 firmy JDS FITEL i podczas pierwszego eksperymentu zostały nastrojone tak, aby każdy z nich zapewniał tłumienie 27 dB.

Moc sygnałów o długościach fal 1533 nm i 1556 nm propagujących w dwóch kierunkach, mierzona na odpowiednich wejściach II i III wzmacniacza 6, umieszczonego w środkowym położeniu, wynosiła -14 dBm.

Na figurze 10 zostały pokazane charakterystyki widmowe sygnałów wyjściowych wzmacniacza dwukierunkowego. Charakterystykę otrzymano przez nałożenie wyznaczonych widm odpowiednio w miejscu II i III za pomocą analizatora widma optycznego model MS9030A i MS9701B firmy ANRITSU CORP.

Stosunek sygnału do szumu mierzony dla pasma 0,5 nm wynosił 24,2 dB dla sygnału 1533 nm i 28 dB dla sygnału 1556 nm.

Inny eksperyment przeprowadzono zmieniając tłumienie przestrajanych tłumików 5' przy niezmienionych warunkach dla wszystkich innych parametrów. Dla jednego ciągu wartości tłumienia mierzona była elementowa stopa błędu BER łącza transmisyjnego dla sygnału 1533 nm modulowanego sygnałem 2,5 Gbit/s. Wyniki są pokazane na fig. 11, gdzie współczynnik BER na osi y jest przedstawiony w dB, w zależności od tłumienia między każdą parą wzmacniaczy dwukierunkowych połączonych kolejno za sobą. Można stwierdzić, że dla wartości tłumienia mniejszej niż 27dB, współczynnik BER osiąga wartość mniejszą niż 10'¹²

Inną wersję dwukierunkowego wzmacniacza optycznego, odpowiadającą drugiej strukturze otrzymuje się przez użycie sprzęgaczy selektywnych tak dobranych, że długości fal λ2, λ1 są zawarte w odpowiednich pasmach przenoszenia, a długości fal λ1, λ2 są zawarte w odpowiednich pasmach odbitych oraz przez jednoczesne odwrócenie kierunków przesyłania sygnałów λ1 λ2, to znaczy przez połączone łącznika 106 do odcinka linii transmisyjnej, z której przychodzi sygnał λ2, zaś łącznika optycznego 107 do odcinka linii transmisyjnej, z której przychodzi sygnał λ1.

Na figurze 12 jest pokazana trzecia struktura wzmacniacza dwukierunkowego poddana badaniom. Obejmuje ona cztery sprzęgacze selektywne 121,122, 123,124, jeden układ wzmacniacza jednokierunkowego 20, dwa łączniki optyczne 106, 107 i odcinki biernego włókna optycznego 125, 126, 127, 128. Elementy te zostały połączone w układ mostka optycznego.

Jak pokazano na fig. 12, łącznik 106 jest połączony z włóknem 103 sprzęgacza selektywnego 121. Połączenie między włóknem 101 sprzęgacza selektywnego 121 i włóknem 102 sprzęgacza selektywnego 122 jest wykonane za pomocą włókna 125. Połączenie między włóknem 102 sprzęgacza selektywnego 1211 włóknem 101 sprzęgacza selektywnego 124 jest wykonane za pomocą włókna 128. Jednokierunkowy układ wzmacniający 20 jest włączony między włókno 103 sprzęgacza selektywnego 122 i włókno 103 sprzęgacza selektywnego 124 w taki sposób, że wynika kierunek roboczy omawianego układu od sprzęgacza selektywnego 122 do sprzęgacza selektywnego 124. Połączenie między włóknem 101 sprzęgacza selektywnego 122 i włóknem 102 sprzęgacza selektywnego 123 jest wykonane za pomocą włókna 126. Połączenie między włóknem 102 sprzęgacza selektywnego 124iwłóknem 101 sprzęgacza selektywnego 123jestwyko12

181 053 nane za pomocą włókna 127. Wreszcie, łącznik 107 jest dołączony do włókna 103 sprzęgacza selektywnego 123.

Jednokierunkowy układ wzmacniający i łączniki optyczne 106, 107 są takiego samego typu jak te, które były używane w urządzeniu przedstawionym na fig. 6 i 7.

Robocze długości fal λ1 i λ2 dla obu kierunków wzmacniacza dwukierunkowego wybiera się wewnątrz pasma wzmocnienia jednokierunkowego układu wzmacniającego 20.

Sprzęgacze selektywne 121, 122, 123,124 są sprzęgaczami typu odbijającego, tak jak przedstawiono w związku z fig. 3A, i są wykonane z trzema włóknami dostępu 101, 102, 103. Sprzęgacze są tak dobrane, że co najmniej część pasm przenoszenia i co najmniej część pasm odbitych jest zawarta w paśmie wzmocnienia jednokierunkowego układu wzmacniającego 20. Zarówno sprzęgacze 1211 123 jak i sprzęgacze 122 i 124 są sobie równoważne. Pasmo przenoszenia sprzęgaczy selektywnych 121,123 obejmuje długość fali λ1. Pasmo przenoszenia sprzęgaczy selektywnych 122, 124 obejmuje długość fali λ2. Ponadto, pasmo przenoszenia sprzęgaczy selektywnych 121, 123 nie zachodzi na pasmo przenoszenia sprzęgaczy selektywnych 122, 124. Długość fali λ^εβΐ zawarta w paśmie odbitym sprzęgaczy selektywnych 122,124, a długość fali λ2 jest zawarta w paśmie odbitym sprzęgaczy selektywnych 121, 123.

Jak pokazuje schemat, sprzęgacze, które są sobie równoważne, sąw mostku rozmieszczone symetrycznie względem obu kierunków propagacji sygnałów. Sprzęgacze selektywne 122, 124 tworzą węzły mostka optycznego, do których są dołączone końcówki jednokierunkowego układu wzmacniającego 20, zaś sprzęgacze selektywne 1211 123 tworzą węzły mostka optycznego, do których są dołączone łączniki z linią transmisyjną.

W przypadku, na przykład sprzęgaczy selektywnych 121, 123, to korzystnym modelem jest WD1515AY-A3, jeśli zaś chodzi o sprzęgacze 122, 124, model WD1515AX-A3 firmy JDS FITEL. Model WD1515AY-A3 został już opisany, a jego charakterystyki widmowe przedstawiono na fig. 4A i 4B. Model WD1515ΑΧ-Α3 różni się od opisywanego już, w związku z drugą poddanąbadaniom strukturą wzmacniacza optycznego, modelu 1515 ΑΧ-4, tylko liczbą włókien dostępu. Wspomniane właściwości widmowe sąprzedstawione na fig. 8A i 8B. Oba zastosowane modele mają współczynniki dobroci F.O.M. około 0,5.

W układzie na fig. 12, w przypadku sprzęgacza selektywnego 121, sygnał wejściowy o długości fali λ 1, wewnętrznej dla pasma sprzęgacza, występujący we włóknie dostępu 103, jest przenoszony do włókna 101, zaś sygnał wchodzący do włókna 102, o długości fali λ2 jest odbijany w kierunku włókna 103.

W przypadku sprzęgacza selektywnego 122, sygnał wejściowy o długości fali λ1, zewnętrznej względem pasma sprzęgacza, występujący we włóknie dostępu 102, jest odbijany w kierunku włókna 103, zaś sygnał wchodzący do włókna 101, o długości fali λ2 jest przenoszony do włókna 103.

W przypadku sprzęgacza selektywnego 123, sygnał wejściowy o długości fali λ1, wewnętrznej dla pasma sprzęgacza, występujący we włóknie dostępu 101, jest przenoszony do włókna 103, zaś sygnał wchodzący do włókna 103, o długości fali λ2 jest odbijany w kierunku włókna 102.

W przypadku sprzęgacza selektywnego 124, sygnał wejściowy o długości fali λ1, zewnętrznej względem pasma sprzęgacza, występujący we włóknie dostępu 103, jest odbijany w kierunku włókna 102, zaś sygnał wchodzący do włókna 103, o długości fali λ2 jest przenoszony do włókna 101.

Sygnał λ1 z linii transmisyjnej, wchodzący przez łącznik 106, jest przenoszony przez sprzęgacz selektywny 121, odbijany przez sprzęgacz 122, wzmacniany przez układ jednokierunkowego wzmacniacza 20, następnie odbijany przez sprzęgacz selektywny 124 i przenoszony do łącznika 107 przez sprzęgacz selektywny 123. Sygnał λ2 z linii transmisyjnej, wchodzący przez łącznik 107 jest odbijany przez sprzęgacz selektywny 123, przenoszony przez sprzęgacz 122, wzmacniany przez jednokierunkowy układ wzmacniający 20, następnie przenoszony przez sprzęgacz selektywny 124 i odbijany przez sprzęgacz 121 w kierunku łącznika 106.

Zatem, w tym przypadku również urządzenie jest zdolne do jednoczesnego wzmocnienia sygnałów o dwóch długościach fal przemieszczających się w dwóch kierunkach.

181 053

Podczas dwukierunkowego wzmacniania sygnały obu długości fal są poddane dwóm przesłaniom i dwóm odbiciom. Ponieważ każdemu odbiciu i przesłaniu odpowiada pewne małe tłumienie, odpowiednio 0,5 dB 10,7 dB, w przypadku użycia elementów takich jak opisano, równa liczba przejść przez sprzęgacze selektywne zapewnia jednakową reakcję wzmacniacza dla obu kierunków propagacji.

Sprzęgacze selektywne w czasie każdego przejścia przez nie sygnału przenoszonego zachowują się jak filtry pasmowe, jak to pokazano na fig. 4B i 8B, przez co zachodzi usuwanie emisji spontanicznej na długościach fal pośrednich między λ1 iZ2, przenoszącej się wraz z sygnałami. Natomiast przy każdym odbiciu sprzęgacze zachowują się jak filtry pasmowe, zaporowe (fig. 4A i 8A) i me tłumią emisji spontanicznej. Dlatego, dzięki symetrycznemu umieszczeniu sprzęgaczy selektywnych względem dwóch kierunków propagacji, dla każdego kierunku odbywa się co najmniej dwukrotne przejście promieniowania przez elementy tłumiące emisję spontaniczną.

Omawiana struktura wzmacniacza dwukierunkowego jest stabilna i nie wykazuje oscylacji na długościach fal różnych od długości sygnałów. Nie są przy tym wymagane dodatkowe filtry W szczególności, struktura jest stabilna względem możliwych odbić zwrotnych promieniowania przez łączniki optyczne 106, 107.

Opisany wzmacniaczjest szczególnie wygodny w przypadku użycia go w łączach transmisji światłowodowej, w których wzmacniaczjest połączony ze światłowodem za pomocą łączników optycznych. Mogą one być tego rodzaju, że przenosząc przez siebie większość mocy sygnałów i zapewniając przez to ich optyczną ciągłość, w pewnych warunkach odbijają jednak niewielkie ilości wspomnianych sygnałów, na przykład, w przypadku niedokładnego zamocowania, które wynika ze złego ustawienia dwóch końcówek włókien wewnątrz omawianych łączników.

Opisane urządzenie było badane przy malejących mocach sygnałów wejściowych, aż do -28 dB na kanał. Mierzono przy tym odpowiedni współczynnik wzmocnienia w celu określenia maksymalnego wzmocnienia w warunkach braku nasycenia wzmacniacza. Wartość wyznaczonego na podstawie tych pomiarów wzmocnienia dla małych sygnałów wynosiła około 32 dB.

W jednym z eksperymentów badano wzmacniacz przy pozostawieniu otwartych łączników 106 i 107, to znaczy przy braku połączenia z liniami transmisyjnymi. W tych warunkach łączniki przyj ętego typu dawały odbicie promieniowania od wzmacniacza z tłumieniem 14 dB.

Na figurze 13 sąprzedstawione widma sygnałów wyjściowych we włóknie 103 sprzęgacza selektywnego 121 i we włóknie 103 sprzęgacza 123, wyznaczone za pomocą wrażliwych na długość fali sprzęgaczy selektywnych, tego samego typu jak to już opisano, rozmieszczonych wzdłuż tych włókien (nie jest to pokazane na fig. 12) i rozdzielających odpowiednie pasma transmisji podawane do analizatora widma światła.

Eksperyment potwierdził całkowity brak efektów niestabilności. Można sądzić, iż wynika to z faktu, że w możliwych pętlach sprzężenia zwrotnego zawierających układ wzmacniający, które mogłyby się tworzyć dla pośrednich długości fal między pasmami przenoszenia dwóch typów sprzęgaczy selektywnych, co może być spowodowane niecałkowitym rozdzieleniem pasm sprzęgaczy i występowaniem odbić na łącznikach, w każdym przypadku odbywa się co najmniej dwukrotne przejście przez elementy (sprzęgacze selektywne), tłumiące omawiane długości fal o co najmniej 20 dB. W tych warunkach daleko jest do osiągnięcia warunku oscylacji, nawet w sytuacji występowania bardzo dużych odbić w łącznikach.

Można przypuszczać, że zastosowanie sprzęgaczy selektywnych nie wywołuje problemu oscylacji nawet przy zastosowaniu wzmacniaczy o wzmocnieniu 40 dB i łączników o dużych współczynnikach odbicia.

Opisane urządzenie zostało też poddane drugiemu eksperymentowi, w połączeniu symulującym linię transmisyjną tego samego typu, jak opisana w odniesieniu do fig. 1. Przyjęta struktura układu doświadczalnego była taka sama jak opisana w odniesieniu do fig. 9.

Wzmacniaczami 6 były trzy dwukierunkowe wzmacniacze wykonane według wynalazku. Ich struktura była opisywana w odniesieniu do fig. 12. Tłumiki 5' były nastrojone tak, aby każ14

181 053 dy z nich dawał tłumienie 27 dB. Moc każdego z sygnałów o długości fali 1535 nm i 1555 nm, propagujących w dwóch kierunkach, mierzona na odpowiednich wejściach II i III wzmacniacza 6, umieszczonego w środkowym położeniu, wynosiła -13 dBm.

Na figurze 14 są przedstawione charakterystyki widmowe sygnałów wyjściowych wzmacniacza dwukierunkowego. Wykres uzyskano przez nałożenie charakterystyk wyznaczonych, odpowiednio dla punktów II i III, za pomocą analizatora widma. Stosunek sygnału do szumu zmierzony dla pasma 0,5 nm wynosił około 26,7 dB dla sygnału 1535 nm i około 25,5 dB dla sygnału 1555 nm.

Inną wersję dwukierunkowego wzmacniacza optycznego, zgodnego z podstawianą trzecią strukturą, otrzymuje się przez modyfikację obecnej struktury w wyniku użycia sprzęgaczy selektywnych 121', 122', 123' i 124'tak dobranych, że pasma przenoszenia sprzęgaczy selektywnych 122', 124' obejmują długość fali λ1, pasma przenoszenia sprzęgaczy selektywnych 121', 123' obejmują długość fali λ2. Ponadto, pasma przenoszenia sprzęgaczy selektywnych 121', 123' nie zachodzą na pasma przenoszenia sprzęgaczy selektywnych 122', 124'. Długość fali λ1 j est zawarta w paśmie odbitym sprzęgaczy selektywnych 121', 123', zaś długość fali λ2 jest zawarta w paśmie odbitym sprzęgaczy selektywnych 122', 124'. Należy też dokonać jednoczesnego odwrócenia kierunków propagacji sygnałów λ1 i λ2. to znaczy połączenia łącznika optycznego 106 z odcinkiem linii transmisyjnej, z którego przychodzi sygnał λ21 łącznika optycznego 107 z odcinkiem linii transmisyjnej, z którego przychodzi sygnał λ1.

Wzmacniacze dwukierunkowe i dwukierunkowy system telekomunikacyjny według wynalazku był dotąd opisywanyjako dostosowany do transmisji sygnałów mających różne długości fal dla każdego kierunku. Jednakże takie same urządzenia i systemy mogą być też wykorzystane do dwukierunkowego wzmacniania sygnałów przesyłanych techniką multipleksowania falowego WDM, to znaczy metodą przesyłania w każdym kierunku odpowiednio zakodowanych sygnałów na różnych długościach fal. W tym przypadku jest konieczne, aby używane sprzęgacze selektywne były dobrane w taki sposób, aby odpowiednie pasma przenoszenia miały szerokość wystarczającą do objęcia sobą dwóch grup fal sygnałów przenoszonych w każdym kierunku.

Ponadto, współczynnik dobroci F.O.M. sprzęgaczy selektywnych powinien być dostatecznie duży w celu umożliwienia sprzęgaczom rozdzielenia sygnałów z dwóch różnych grup fal i jest pożądane, aby miał wartość większą niż 0,5.

Ponadto, w stosunku do opisanych sprzęgaczy selektywnie odbijających, w odniesieniu do fig. 3 A, rozwiązanie według wynalazku może prowadzić do użycia sprzęgaczy selektywnych odmiennego typu, takich, które zapewnią wystarczające rozdzielenie stosowanych długości fal i dostatecznie dużą wartość współczynnika dobroci F.O.M.

Dokładniej, jak przedstawiono na fig. 15, jednokierunkowy układ wzmacniający użyty w dwukierunkowym wzmacniaczu optycznym zawierajedno domieszkowane erbem włókno aktywne 241 związany z nim laser pompujący 25 dołączony przez złącze dichroiczne 26. Jeden izolator optyczny 27 jest umieszczony na wejściu wzmacniacza i skierowany w górę strumienia włókna 24, w kierunku przemieszczania się wzmacnianego sygnału, podczas gdy drugi izolator optyczny 28 jest umieszczony na wyjściu wzmacniacza.

W innym wykonaniu wzmacniacz może być wzmacniaczem dwustopniowym. W tym przypadku zawiera on następnie drugie włókno aktywne domieszkowane erbem, skojarzony z laserem pompującym przez złącze dichroiczne. Korzystnym jest, aby kolejny izolator optyczny znajdował się między dwoma stopniami.

W opisanym wyżej korzystnym przykładzie jest pożądane, aby laser pompujący był typu ze studnią kwantową i miał następujące cechy:

- długość fali emisji λρ = 980 nm;

- maksymalna wyjściowa moc optyczna Pu = 65 mW.

Lasery powyższego typu są wytwarzane, na przykład, przez LASERTON INC , 37 North Avenue, Burlington, MA (US).

181 053

W podanym przykładzie złącze dichroiczne 26 jest sprzęgaczem ze stapianym rdzeniem, utworzonym z włókien jednomodowych na długość fali 980 nm i pasmo długości fal 1530-1560 nm, z wahaniem optycznej mocy wyjściowej <0,2 dB w zależności od polaryzacji.

Złącza dichroiczne powyższego typu są znane i dostępne w handlu, a są wytwarzane, na przykład, przez GOULD INC., Fibre Optic Division, Baymeadow Drive, Glem Bumie, MD (US) oraz SIFAM LTD., Fibre Optic Division, Woodland Road, Torquay, Devon (GB).

Izolatory optyczne 27 i 28 są izolatorami, których właściwości nie zależą od polaryzacji przenoszonego sygnału, zapewniającymi izolację większą niż 35 dB i współczynnik odbicia mniejszy niż -50 dB. Odpowiednim izolatorem jest model MDLI-15PIPT-A S/N 1016 firmy ISOWAVE.

Opisany wzmacniacz liniowy ma wzmocnienie około 25 dB, w normalnych warunkach eksploatacji (sygnały wejściowe o mocy -23 dBm w każdym kierunku, łącznie -20 dBm) Całkowita wyjściowa moc optyczna w warunkach nasycenia wynosi około 11 dB.

W korzystnym przykładzie wykonania, na wzmacniacz liniowy opisanego typu użyte zostało znane włókno aktywne domieszkowane erbem. Skład i właściwości optyczne użytego włókna zostały podane w tabeli 2.

Tabela 2

włókno	Al₂O₃	GeO2	^La2°₃	Er₂O₃	NA	Xc
	wt %	(mol %)	wt %	(mol %)	wt %	(mol %)	wt %	(mol %)		nm
A	4	(2,6)	18	(11,4)	1	(0,2)	0,2	0,219	(0,03)	911

gdzie:

wt = (średnia) liczona wagowo procentowa zawartość tlenku w rdzeniu, mol % = (średnia) procentowa zawartość tlenku w rdzeniu (odnoszona do masy molowej),

NA = apertura numeryczna (n1² - n2²)^1/2, λο = długość fali odcięcia modu (modu LP11).

Analiza składu była dokonana dla preformu (przed wyciąganiem włókna) na mikropróbce za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM Hitachi). Analiza była prowadzona przy powiększeniu 1300 w dyskretnych punktach rozmieszczonych wzdłuż średnicy i oddalonych od siebie co 200 pm.

Omawiane włókno było wykonane technologią osadzania próżniowego wewnątrz rury ze szkła kwarcowego. Wprowadzanie germanu jako domieszki do matrycy SiO2 rdzenia włókna było wykonywane w kroku syntezy. Wprowadzanie erbu, aluminium i lantanu do rdzenia włókna odbywało się technologiąroztworu, w której wodny roztwór chlorku materiału domieszki był doprowadzany do styczności z syntezowanym materiałem rdzenia włókna, co miało miejsce w szczególnym stanie procesu, przed utwardzeniem preformu.

W opisywanych wcześniej przykładach włókno aktywne 24 miało długość około 12 m. Najlepsze wyniki uzyskano używając wyżej omówionych włókien. Z powodu płaskiej charakterystyki wzmocnienia dla różnych długości fal, doświadczenia przeprowadzono ze wzmacniaczami używającymi włókien typu Al/Ge. Dało to zadowalające wyniki.

W celu wykonania sprawdzenia funkcjonalności układu wzmacniającego i przeprowadzenia wymaganych zwykle prób i ochrony sygnałów, jest wygodne, aby układ wzmacniający zawierał na wejściu jeden sprzęgacz kierunkowy 150, o pożądanym współczynniku podziału 95/5, na którego wyjściu 5% doprowadzonej mocy jest kierowane do fotodiody 151. Drugi sprzęgacz kierunkowy 152, o pożądanym współczynniku podziału 99/1 umieszczony na wyjściu układu wzmacniającego wyprowadza za pomocą włókna 1% sygnału do fotodiody 153.

Właściwymi sprzęgaczami kierunkowymi są sprzęgacze ze stapianymi włóknami firmy E-TEK DYNAMICS iNc., 1885 Lundy Ave., San Jose, CA (US).

181 053

Wyjścia elektryczne fotodiod 151 i 153 są podane do elektronicznego układu sterującego, nie pokazanego na schemacie.

Struktura ta pozwala sprawdzać funkcjonalność uzyskanego układu wzmacniającego i wymaganych urządzeń zabezpieczających. Użyta w opisanej wyżej strukturze dwukierunkowej, nie zapewnia jednakże dodatkowej informacji o sygnale propagującym w dwóch kierunkach.

W celu dania możliwości jednoczesnego sprawdzania mocy sygnałów wejściowych i wyjściowych, wchodzących i wychodzących ze wzmacniacza w dwóch kierunkach, przewidziano zastosowanie struktury pokazanej na fig. 16.

Jak przedstawiono na tym schemacie, dwukierunkowy wzmacniacz 6 typu już opisanego, obejmujący optyczny układ wzmacniający pozbawiony urządzeń sprawdzających (jest zaznaczony blokiem 154 na fig. 15) jest włączony między dwa łączniki kierunkowe 155 i 156, o współczynniku podziału korzystnie równym 92/8. Wyjścia łączników przenoszących najmniejszą moc optyczną (2%) są dołączone do odpowiednich fotodiod wyjściowych (sprawdzających) 157, 158, 159, 160. Odpowiednimi łącznikami kierunkowymi są na przykład sprzęgacze ze stapianymi włóknami firmy E-TEK DYNAMICS.

Jak pokazano na figurze 16, sprzęgacze kierunkowe mającztery, umieszczone symetrycznie porty wejścia/wyjścia. W ten sposób sygnał o długości fali λ 1, przemieszczający się, na schemacie, z lewej strony na prawą, wprowadzony do sprzęgacza 155, jest dzielony w podanym stosunku między port wyjściowy dołączony do wzmacniacza 6 (98%) i port wyjściowy, dołączony do fotodiody 158 (2%). Podobnie ten sam sygnał o długości fali λ1, doprowadzony do sprzęgacza 156, jest dzielony między port wyjściowy połączony z linią (98%) i port wyjściowy połączony z fotodiodą 159 (2%).

Dzięki temu jest możliwy pomiar na fotodiodzie 158 mocy optycznej fali o długości λ 1, podawanej do wejścia wzmacniacza i pomiar na fotodiodzie 159 mocy optycznej fali o długości λ1, wychodzącej ze wzmacniacza. Możliwe jest przez to uzyskanie pełnej informacji o sposobie propagacji z lewej strony na prawą. W ten sam sposób, na fotodiodach 160 i 157 mierzone są odpowiednio wejściowe i wyjściowe moce optyczne fali o długości λ2 dla sygnału przesyłanego z prawej na lewą stronę schematu.

Współczynnik podziału każdego sprzęgacza kierunkowego ma tę samą wartość dla obu kierunków z powodu cechy symetrii tych elementów. Wartości te są wybierane tak, aby oddzielały wystarczającą część mocy z linii transmisyjnej w kierunku fotodiod 158, 160, wykrywających stosunkowo małą moc wchodzącą w każdym kierunku do wzmacniacza, bez wywoływania wyraźnych ujemnych skutków dla mocy wyjściowej wzmacniacza, z wystarczająco dużej całkowitej mocy dostępnej na wyjściu wzmacniacza można oddzielić małą jej część niezbędną dla poprawnej pracy fotodiod 157, 159.

Jeśli w kanałach z propagacją w przeciwnych kierunkach używane są długości fal λ1 i λ2 w otoczeniu 1533 i 1556 nm oraz sprzęgacze selektywne o szerokości pasma przenoszenia około 10 nm, to jest pożądane, aby omawiane sprzęgacze selektywne miały współczynnik dobroci F.O.M. około 0,5. W przypadku wystąpienia pasma przenoszenia odpowiadającego -0,5 dB o szerokości większej niż 10 nm, będą wymagane odpowiednio większe współczynniki dobroci F.O.M. dla sprzęgaczy selektywnych.

Zatem stwierdzono, że dwukierunkowy wzmacniacz optyczny powyższego typu dla dwóch lub większej liczby kanałów z podziałem długości fal, propagujących w przeciwnych kierunkach, może być wykonany, przy braku niestabilności lub oscylacji, przez umieszczenie układu wzmacniającego obejmującego izolator optyczny w mostku, obejmującym dwa sprzęgacze selektywne mające drugie pasmo przenoszenia i dwa sprzęgacze selektywne mające pierwsze pasmo przenoszenia, w którym sprzęgacze selektywne są rozmieszczone symetrycznie względem wzmacniacza.

W szczególnym przykładzie wykonania, rozwiązanie według wynalazku może być również stosowane do linii transmisyjnych obejmujących wiele kanałów dla poszczególnych kierunków transmisji, tak jednak zorganizowanych, że kanały dla każdego kierunku są zawarte w paśmie przenoszenia sprzęgaczy selektywnych i są wystarczająco rozsunięte.

181 053

Ponadto stwierdzono, że można zapobiec wystąpieniu zjawisk oscylacji we wzmacniaczu dwukierunkowym, również przy dużych współczynnikach wzmocnienia użytych układów wzmacniających i w przypadku miejscowych odbić w określonych miejscach układu optycznego, na przykład wynikających z użycia łączników optycznych o względnie dużym współczynniku odbicia, jeśli użyte łączniki selektywne są tak dobrane, aby dla żadnej długości fali nie wytworzą się pętle zawierające układ wzmacniający, charakteryzujące się całkowitym tłumieniem mniejszym lub równym maksymalnemu wzmocnieniu wzmacniacza lub włączonego do niego układu wzmacniającego.

W szczególności, można to osiągnąć przez taki dobór elementów w układzie wzmacniacza optycznego, że każdy sygnał propagujący w określonym kierunku będzie poddany takiej samej sekwencji odbić i przeniesień w selektywnych sprzęgaczach optycznych.

Fig. 3A

Fig. 3B

181 053 dB /div

	•




1

1
~r		\
/		V

1.525 1,545 1,565

5nm / d iv

Fig. 4A

Fig. 4B

181 053

Fig. 6

181 053

Fig. 7

Fig. 9

181 053

5nm/div

Fig. 8A

Fig. 8B

181 053

Fig. 10

Fig. 11

181 053

Fig. 12

181 053

Fig. 15

158 160

Fig. 16

181 053

Fig. 1

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

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób telekomunikacji dwukierunkowej, w którym generuje się pierwszy zbiór sygnałów optycznych w pierwszej grupie długości fal w pierwszej stacji nadawczej i generuje się drugi zbiór sygnałów optycznych w drugiej grupie długości fal w drugiej stacji nadawczej, wprowadza się pierwszy i drugi zbiór sygnałów do odpowiednich przeciwległych końców włókna optycznego, tworzącego łącze telekomunikacyjne, wzmacnia się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, za pomocą wzmacniacza optycznego umieszczonego w łączu poprzez złącza optyczne, odbiera się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, odpowiednio w pierwszej i drugiej stacji odbiorczej, umieszczonych na przeciwnych końcach włókna optycznego względem pierwszej i drugiej stacji nadawczej, znamienny tym, że podczas wzmacniania filtruje się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, za pomocą sprzęgaczy selektywnych tak, że każda z pętli optycznych, zawierających wzmacniacz ma całkowite tłumienie większe niż maksymalne wzmocnienie wzmacniacza dla dowolnej długości fali
2. Sposób telekomunikacji dwukierunkowej, w którym generuje się pierwszy zbiór sygnałów optycznych w pierwszej grupie długości fal w pierwszej stacji nadawczej i generuje się drugi zbiór sygnałów optycznych w drugiej grupie długości fal w drugiej stacji nadawczej, wprowadza się pierwszy i drugi zbiór sygnałów do odpowiednich przeciwległych końców włókna optycznego, tworzącego łącze telekomunikacyjne, wzmacnia się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, za pomocą wzmacniacza optycznego umieszczonego w łączu, odbiera się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, odpowiednio w pierwszej i drugiej stacji odbiorczej, umieszczonych na przeciwnych końcach włókna optycznego względem pierwszej i drugiej stacji nadawczej, przy czym przy występowaniu odbić na złączach we wzmacniaczu mogą wystąpić oscylacje dla długości fal pośrednich między długościami fal rozchodzących się w przeciwnych kierunkach, znamienny tym, że rozdziela się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, podczas wzmacniania, do różnych dróg optycznych, zależnie od długości fali i kierunku rozchodzenia się, przy czym podczas rozdzielania tłumi się sygnały o pośredniej długości fali aż do poziomu, uniemożliwiającego powstanie oscylacji
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przeprowadza się rozdzielanie za pomocą sprzęgaczy selektywnych.
4. Sposób telekomunikacji dwukierunkowej, w którym generuje się pierwszy zbiór sygnałów optycznych w pierwszej grupie długości fal w pierwszej stacji nadawczej i generuje się drugi zbiór sygnałów optycznych w drugiej grupie długości fal w drugiej stacji nadawczej, wprowadza się pierwszy i drugi zbiór sygnałów do odpowiednich przeciwległych końców włókna optycznego, tworzącego łącze telekomunikacyjne, wzmacnia się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, za pomocą wzmacniacza optycznego umieszczonego w łączu poprzez złącza optyczne, odbiera się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, odpowiednio w pierwszej i drugiej stacji odbiorczej, umieszczonych na przeciwnych końcach włókna optycznego względem pierwszej i drugiej stacji nadawczej, znamienny tym, że podczas wzmacniania filtruje się zbiory sygnałów, pierwszy i drugi, do wartości tłumienia wynoszących 40 dB dla długości fal pośrednich między długościami fal z pierwszej i drugiej grupy długości fal.