PT845842E

PT845842E - Sistema optico com uma ou mais fontes de sinais de lazer estabilizados

Info

Publication number: PT845842E
Application number: PT97203626T
Authority: PT
Inventors: Adriaan Johan Boot
Original assignee: Koninkl Kpn Nv
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 2001-08-30
Also published as: ATE199293T1; EP0845842B1; CA2268246C; US6097523A; AU5558598A; DE69704101D1; CA2268246A1; AU726069B2; JPH10173272A; WO1998025328A1; DK0845842T3; ES2155961T3; NL1004667C2; DE69704101T2; GR3035901T3; KR20000069267A; EP0845842A1

Description

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DESCRIÇÃO

SISTEMA ÓPTICO COM UMA OU MAIS FONTES DE SINAIS DE LAZER ESTABILIZADOS A. Antecedentes da invenção 1. Campo da invenção A invenção insere-se no campo de sistemas ópticos tendo uma ou mais fontes de sinais de laser. Em particular, esta diz respeito a um sistema óptico para a sintonização e manutenção da sintonia, de ora em diante referido como estabilização, de uma ou mais fontes de sinais de laser a uma desejada banda de frequência por via de um sinal óptico injectado. Esta refere-se ainda a um sistema de transmissão de sinal óptico tendo uma rede óptica passiva (passive opíical network - PON) proporcionado com um tal sistema para estabilizar as fontes de sinais de laser em terminais de redes da rede. 2. Estado da arte

Os desenvolvimentos estão a ir cada vez mais numa direcção em que redes de ligações locais para serviços de telecomunicações públicas, como a telefonia, são implementados como redes ópticas passivas. Tais redes formam em si ligações em linhas ópticas entre uma estação principal (interruptor de telecomunicação) e um número grande (por exemplo, 2000 ou mais) de terminais de rede para os utilizadores dos ditos serviços. A comunicação do sinal através das ditas redes efectua-se a montante por grupo de utilizadores ligados muitas vezes na mesma banda de frequência óptica, sendo obtida uma acrescida -2- Ι/ίΛη diferenciação para ο utilizador individual através de uma adicional divisão de canais, tal como time division (TDM),frequency division (FDM), etc. Tais redes são conhecidas, por exemplo, das referências [1] e [2] (para ter pormenores bibliográficos relacionados com as referências, ver a secção C mais abaixo). Mais, uma tal rede, em que a comunicação do sinal a montante se efectua numa base de divisão de banda de frequência (wavelenght division - WDM), cada utilizador ou grupo de utilizadores funcionando numa banda de frequência que é específica para um utilizador ou um grupo de utilizadores, é conhecido da referência [3], Tais redes são de preferência dimensionadas para um número tão grande quanto possível de terminais de redes, uma capacidade efectiva de transmissão por utilizador sendo oferecida que é tão elevada quanto possível aos custos mais baixos quantos possíveis por utilizador. Com esta finalidade o número total de terminais de rede é seccionado, isto é, dividido num número de grupos ou secções, sendo a cada grupo alocado uma das bandas de frequência disponíveis para WDM. Isto significa que cada utilizador dentro de um grupo tem de ter equipamento de transmissão ao seu ou à sua disposição que seja adequado para a transmissão na banda de frequência alocado ao grupo. Problemas a este respeito são o facto de ser caro o equipamento de transmissão de laser sintonizável, e que a aplicação de lasers que têm de ser seleccionadas para uma gama fixa de banda de frequência que é específica para um grupo não só é cara mas também toma a rede menos flexível.

Outro problema é que, a fim de reter sinais fixos detectáveis para uma recepção fiável numa rede óptica passiva tendo um elevado grau de fraccionamento, têm de ser incluídos amplificadores de sinais em pontos adequados na rede. A fim de limitar o ruído dos amplificadores de sinais numa tal rede, também são necessários filtros ópticos. Em geral, é verdade que a sensibilidade da rede aumenta conforme seja possível escolher as bandas de frequência mais estreitas de tais filtros, e como resultado o número de 3. utilizadores pode ser maior. Para a comunicação do sinal a montante através de tais redes públicas, os utilizadores ligados têm de ter ao seu dispor equipamento de transmissão tendo um sinal óptico capaz de fazer modulação, que é de preferência gerado por uma fonte de sinal relativamente simples e barata. Uma fonte de sinal que se qualifica para isto é, por exemplo, um laser Fabry-Perot (FP laser) não-sintonizável que opera numa banda de frequência na ordem de 1300 nm. Um tal FP laser tem a propriedade de possuir um número diferente de modos de laser, cada um tendo a sua própria banda de frequência dentro de uma certa faixa de banda de frequência, na qual esta pode operar. Se o laser começa a operar, todavia, o modo de laser que esta irá assumir não pode ser antecipadamente determinado. A largura da banda de frequência, que se situa na ordem de 20-55 nm, é relativamente larga. Tais FP lasers não podem consequentemente ser utilizados meramente em combinação com amplificadores de banda estreita ou com filtros tendo uma largura de, por exemplo, 20 a 30 nm. Mais, é costume que todos os terminais de rede ligados à rede de ramos em forma de árvore de um PON, ou a uma parte dos ramos em forma de árvore deste, transmitam na mesma banda de frequência, pelo menos dentro de certos limites de precisão. Isto significa que se lasers de semicondutores não-seleccionados, não-sintonizáveis forem utilizados como fontes de sinais, tem de estar presente uma possibilidade de sintonizar todas estas fontes de sinais de laser para a desejada mesma banda de frequência de transmissão e mantendo-as sintonizadas, isto é estabilizando-as. São conhecidos sistemas ópticos para estabilizar a banda de frequência de uma fonte de sinais de laser, tais como, por exemplo, os das referências [4] e [5], que são baseados numa técnica conhecida pelo termo “injection locking”. De acordo com esta técnica, um laser de semicondutor pode ser forçado a operar num modo de laser numa banda de frequência desejada. Neste caso, um sinal óptico externo, originado de uma fonte de sinais de laser .4- ^

C ~2AS- estabilizada para um modo específico de laser, chamado “laser mestre”, é injectado na cavidade do laser de uma fonte de sinais de laser oscilando livremente, chamado “laser escravo”. Se a frequência do sinal óptico injectado se encontra suficientmente perto de uma frequência característica do laser escravo, este último irá estabilizar-se na frequência do sinal injectado e com uma fase relativa fixa em relação à fase do sinal injectado. A técnica de injection locking, todavia, requer que a frequência característica de um laser escravo que é para ser estabilizado se encontre numa faixa muito estreita de banda de frequência, a banda de frequência de locking, perto da frequência do sinal injectado. Esta técnica é em geral consequentemente pouco ou de nada adequada para estabilizar dois ou mais lasers escravos em simultâneo, muito menos para estabilizar os lasers baratos acima referidos, que são fabricadas com grandes tolerâncias. Um laser mestre requer ainda condições de operação óptimas e bem estabelecidas, tais como controlo de temperatura ambiental. Acima de um certo número de lasers escravos, o sinal óptico originado do laser mestre terá ainda de ser amplificado, que é acompanhado por um sinal de ruído adicional que por sua vez pode afectar adversamente a estabilização do laser escravo, conforme descrito, por exemplo, na referência [5] já acima mencionada.

Pode-se concluir, consequentemente, que existe uma necessidade de uma técnica para estabilizar uma ou mais fontes de sinais de laser em bandas de frequência de laser dentro de uma faixa limitada de banda de frequência, que em aplicações em redes ópticas passivas permite o uso de fontes de sinais de laser baratas e não-sintonizáveis e de amplificadores de banda estreita, e que, de uma forma simples, permite o seccionamento, isto é, alocação de banda de frequência e estabilização por grupo de terminais de rede, a ser executado a partir da rede. -5- Ι/ϋΐη

Β. Sumário da invenção A invenção é definida nas reivindicações 1 e 8. São definidas várias personificações nas reivindicações dependentes. O objectivo da invenção é o de ir ao encontro da necessidade acima referida. A dita invenção é baseada no facto de experiências terem mostrado que se um sinal óptico de banda estreita e em forma de ruído tendo uma dada intensidade e uma dada faixa de banda de frequência, chamada de faixa de ruído, é injectado numa cavidade de laser de um laser oscilante, e este laser possuir pelo menos um modo de laser dentro da faixa de ganho do laser com uma banda de frequência característica dentro ou até uma certa distância (indicativamente = 20 nm) fora da faixa de ruído do sinal de ruído injectado, o laser irá começar e/ou continuar a oscilar numa banda de frequência dentro da faixa de ruído. Neste caso existem duas possibilidades diferentes, dependendo da distância da banda de frequência entre a faixa de ruído e a banda de frequência característica do modo de laser. Dentro de uma certa distância de banda de frequência (indicativamente 10 nm), o modo de laser transfere-se para uma banda de frequência dentro da faixa de ruído. Fora da dita distância de banda de frequência, o modo de laser continua a existir numa banda de frequência característica, embora também surja um modo de laser adicional tendo a banda de frequência dentro da faixa de ruído. Em ambos os casos, o sinal de ruído injectado é amplificado, de certa forma. Este sinal de ruído amplificado é capaz de ser modulado da mesma forma que o sinal do modo de laser original sem injecção do sinal de ruído, e é de intensidade suficiente para ser utilizável como sinal óptico para fins de transmissão de dados. No segundo caso, o sinal correspondente ao modo de laser original pode ser extraído por filtragem por meio de um filtro de banda estreita correspondendo à -6- -6- Ί

IsC/lSV^.^t/L.ns

Um sistema óptico para gerar e transmitir um sinal estabilizado de transmissão óptica de acordo com o preambulo da reivindicação 1, e conforme conhecido a partir da referência [4] e [5], tem em si e de acordo com a invenção a característica da reivindicação 1. Se a banda de ganho do laser da primeira fonte de sinal é relativamente larga (por exemplo 55 nm), com um número relativamente grande de possíveis modos de laser dentro da banda de ganho (por exemplo 70), a faixa de ruído pode ser seleccionada para ser estreita (com o limite inferior como separador de modo). Se o laser possuir mais do que um modo de laser com uma banda de frequência característica dentro da faixa de ruído, então é verdade que não poderá ser antecipadamente determinado qual dos modos de laser irá ser adaptado. É certo, todavia, que a banda de frequência característica do modo de laser em questão está sempre localizada dentro da faixa de ruído, que pode ser seleccionada para ser estreita se assim for desejado.

Num enquadramento preferido, o sistema compreende pelo menos mais uma fonte de sinal óptico de um tipo igual à da primeira fonte de sinal, em que a fonte de ruído é também acoplado, via uma outra linha óptica de transmissão ramificada sobre meios de fraccionamento da linha óptica de transmissão, para a outra fonte de sinal para a injecção do sinal de ruído no laser da outra fonte de sinal.

Fontes de sinais ópticos para gerar sinais de banda estreita e em forma de ruído são conhecidas per se, tais como por exemplo, das referências [6] e [7], e consequentemente não serão mais aqui descritos.

Deverá ser observado que, dentro do quadro da invenção, o conceito de fonte de ruído tem de ser interpretado no sentido lato. Neste contexto, um laser óptico que é sintonizável em termos de banda de frequência, e que emite um sinal parecido com ruído que ocorre quando a banda de frequência central do laser é varido entre dois valores limitadores, também é considerado como sendo uma fonte de ruído. Nesse caso, tais valores limitadores determinam (a amplitude) da faixa de ruído. Um requisito nesse caso é que a frequência de varimento é muito maior que uma possível velocidade de bits que é aplicada para modular o sinal óptico, gerado pelo laser, no qual é injectado o sinal tipo ruído.

Da referência [8], é conhecido um método e um dispositivo para aumentar a largura da linha de um sinal de laser através da injecção de um sinal óptico em forma de ruído na cavidade do laser de uma fonte de sinal de laser baseada num EDFA. O sinal em forma de ruído é de emissão espontânea na ou perto da banda de frequência do modo de laser da cavidade do laser.

Em sistemas de transmissão de sinais ópticos que são baseados numa rede óptica passiva, o sistema óptico de acordo com a invenção toma possível equipar os nodos de ligação (tais como, por exemplo, unidades de redes ópticas, Optical NetWork Units - ONUs) com idênticos lasers não-sintonizáveis e para permitir que estes funcionem, seccionados ou não, na mesma banda de frequência. Para este fim, a invenção proporciona ainda um sistema de transmissão óptica de acordo com o preâmbulo da reivindicação 8, caracterizado de acordo com a reivindicação 8.

Da referência [9], é conhecida uma rede óptica passiva com WDM, em que quer a montante como a jusante é conseguido uma routing dividida por banda de frequência através de uma aplicação bidireccional de divisão de espectro num acoplamento WDM/R em combinação com LEDs como fontes de sinais ópticos de banda relativamente larga e não-sintonizáveis. Uma restrição a esta conhecida técnica é que a energia do sinal por cada fatia é muito limitada. Através da aplicação de divisão de espectro num tal conjunto WDM/R em combinação com uma fonte de sinais de banda relativamente larga, todavia. -8-

podem ser obtidos um número de sinais de ruído tendo pequenas faixas fragmentadas de ruído. De acordo com o princípio da invenção, os ditos sinais de ruído podem ser inseridos em diferentes sub-árvores de um PON e distribuídos com a finalidade de estabilizar fontes de sinais de laser em cada grupo de terminais de rede ligados a uma sub-árvore relacionada. Num enquadramento preferido, o sistema de transmissão de sinais ópticos é assim caracterizado pela reivindicação 13. C. Referências [1] EP-A-0386466; [2] EP-A-0382482; [3] DE-A-4214375; [4] F. Mogensen, et al. : “Locking conditions and station properties for a semiconductor laser with extermal light injection”, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-21, N°. 7, July 1985, pp. 784-793; [5] M.R. Surette, et al. : “Effects of noise on transientes of injection locked semiconductor lasers”, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 29, N°. 4, April 1993, pp. 1046-1062; [6] EP-A-0564098; [7] US-A-5,401,955; [8] EP-A-0503579; [9] EP-A-0708540. D. Breve descrição dos desenhos A invenção será agora explicada por meio de uma descrição de execulções exemplificativas, fazendo referência a um desenho que compreende as seguintes figuras: [Α/μ . ί ί/’ f j F1 F1 F2 F3 F4

mostra esquematicamente uma personificação do sistema de acordo com a invenção; com as partes (a), (b) e (c) mostra esquematicamente um modo de laser de uma fonte de sinal de laser aplicada na implementação da Fig. 1 numa banda de frequência característica sem a injecção de um sinal de ruído (parte (a)), e numa banda de frequência de laser determinada por um sinal de ruído injectado tendo uma primeira faixa de banda de frequência (parte (b)) e tendo uma segunda faixa de banda de frequência (parte (c)); mostra uma rede óptica (passiva) sobre a qual a invenção é aplicada, de acordo com uma primeira variante; mostra uma rede óptica (passiva) sobre a qual a invenção é aplicada, de acordo com uma segunda variante; mostra uma rede óptica (passiva) sobre a qual a invenção é aplicada, de acordo com uma terceira variante; mostra esquematicamente a aplicação de um amplificador óptico bi-direccional como fonte de ruído, na parte (a) para a implementação da Fig. 1, e na parte (b) para a rede de acordo com a

Fig. 5. £. Descrição das personificações exemplificativas A Fig. 1 mostra esquematicamente o sistema óptico de acordo com a invenção na sua personificação mais elementar. O sistema compreende um laser óptico 1, que é ligado a uma linha óptica de transmissão 2, como uma ligação em fibra óptica. O sistema compreende ainda uma fonte de sinal óptico 3 para a geração de um sinal de ruído de banda estreita NS, que, via uma ligação óptica 4 e um coupler? de energia óptica 5 incluído na linha de transmissão 2, é .,0. Uuf inserida na linha de transmissão 2 na direcção do laser óptico 1 e é injeeiado para dentro da cavidade do laser do dito laser 1. Na dita figura, uma ligação óptica alternativa 4’ é também mostrada, através do qual o sinal de ruído pode ser injectado na cavidade do laser do laser na extremidade oposta, tudo isto sendo dependente do tipo do laser. O laser é do tipo não-sintonizável, como por exemplo, um simples FP laser, que possui pelo menos um modo de laser tendo uma banda de frequência característica dentro da faixa [A, B] da curva de ganho do dito tipo de laser. Sem a injecção de um sinal de ruído, um laser do dito tipo começará a oscilar num modo de laser tendo, por exemplo, uma banda de frequência característica λο dentro da faixa [A, B], e a uma intensidade Io, que é determinada pela altura da curva de ganho no ponto da banda de frequência característica do modo de laser. Esta situação é mostrada esquematicamente na parte (a) da Fig. 2. Outro espécime do mesmo tipo de laser também oscilará num modo de laser tendo uma banda de frequência característica dentro da faixa [A, B], mas não poderá ser antecipadamente determinado em que banda de frequência característica. Empiricamente tem sido demonstrado que se um sinal de ruído de banda estreita NS tendo uma faixa Δλ em redor de uma banda de frequência λι e uma intensidade de INS dentro de uma sub-faixa [C, D] da faixa [A, B] for injectado no laser, o laser irá começar a oscilar num modo de laser tendo uma banda de frequência λι e uma intensidade Ij. Esta situação é mostrada esquematicamente na part (b) da Fig. 2. Se o sinal de ruído NS se situar em redor de uma banda de frequência λ2 fora de uma sub-faixa [C, D], todavia, o laser permanecerá a oscilar no modo de laser tendo a banda de frequência característica λο e uma intensidade I0’, mas o laser também começará a oscilar no modo de laser tendo a banda de frequência característica λ2 e uma intensidade I2. Esta situação é mostrada esquematicamente na part (c) da Fig. 2.

Na configuração empírica, foi utilizada uma fonte de ruído que compreendia um amplificador óptico 6 e um filtro 7 Fabry-Perot (FP fílter) -11- cMv,

sintonizável e de banda estreita. O laser foi um laser semicondutor não-sintonizável do tipo Fabry-Perot (FP laser) (fabricado por BT&D Technologies, código LSC 3100), que operou num modo de laser tendo uma banda de frequência característica XL = 1296 nm. O amplificador óptico gerou ruído ASE tendo a banda de frequência de 60 nm na janela de 1300 nm, que foi filtrado no filtro FP para um sinal de ruído tendo uma banda de frequência de 2 nm. O sinal de ruído foi injectado no laser FP via o coupler de energia. O sinal S de output? do laser foi analisado com um OSA (Optical Spectrum Analyser). A energia óptica total do ruído filtrado foi ajustada para aproximadamente 5 dBm no input? do laser FP. Durante as medições verificou-se que, com a deslocalização da faixa de ruído, a banda de frequência (λι) do modo de laser podia ser sintonizado para até 5 nm em ambos os lados da banda de frequência característica λο original (a uma intensidade de Ij«3AI0). Fora deste, o modo de laser original (banda de frequência característica λ0) foi mantida, quer seja com uma intensidade que era aproximadamente metade mais abaixo (I0’), embora um segundo modo de laser também tenha ocorrido a uma banda de frequência λ2 (a uma intensidade de I2 « % Io). Evidentemente, que ocorre uma amplificação do sinal de ruído, onde, dependendo da distância entre a banda de frequência central do sinal de ruído e a banda de frequência característica do modo de laser original, o laser irá ou não também permanecer operacional no modo de laser original, mesmo sendo a uma intensidade inferior. A amplificação do sinal de ruído ocorre não só quando o laser opera acima do limiar, mas também quando opera abaixo deste.

Isto significa que, injectando um sinal de ruído tendo uma faixa de ruído específica (no mínimo maior que a separação de modo, e preferencialmente de um e meio a duas vezes o tamanho da separação de modo) originando de uma fonte de ruído sintonizável, um laser não-sintonizável per se pode, de certa forma, ser sempre forçado a operar num modo de laser tendo uma banda de 12- ΙΜη

U sl/lr frequência que é aproximadamente igual à da banda de frequência central da faixa de ruído. Para todos os efeitos, o laser em questão toma-se assim numa fonte de sinal sintonizável que pode emitir um sinal numa banda de frequência dentro da faixa de ruído que é mais estável até ao grau em que o sinal de ruído pode ser injectado num laser de uma forma mais estável. Através da inclusão de um filtro óptico 8 de banda estreita tendo uma faixa de passagem que corresponde à faixa de ruído na linha 2 de transmissão a montante do acoplador 5 de energia, pode acontecer que o sinal, que possivelmente está presente, do modo de laser original fora da faixa de ruído do sinal de ruído injectado seja extraído por filtragem do sinal de transmissão S.

Embora a amplificação do sinal de ruído tenha sido mostrado apenas empiricamente para um laser semicondutor do tipo FP, o princípio é tal que também será capaz de ser aplicado para outros tipos de lasers, tais como os lasers DBR e os lasers DBF.

Através de um ou mais fragmentadores de energia, sinais de ruído podem também ser conduzidos para outros lasers para injecção. Na Fig. 1, isto é demonstrado para um outro laser 9, que, através de uma ligação óptica 10, é assim ligado a um acoplador / fragmentadores 11 de energia incluído na linha de transmissão 2 entre o acoplador 5 de energia e o laser 1. Assim uma pluralidade de tais lasers podem ser estabilizados, i.e. serem forçados a operar simultaneamente, em modos de laser dentro da mesma banda de frequência de banda estreita, através da injecção do mesmo sinal óptico externo específico em cada laser da pluralidade de lasers.

Em termos mais gerais, isto pode ser aplicado numa rede óptica passiva (PON) para fins de seccionamento. Uma tal rede liga, através de um sistema de ligações ópticas em forma de ramificações de árvore (frequentemente - 13- de fibra) a um número grande de terminais de redes (tais como ONUs), por via óptica com uma estação principal. Se os terminais de rede são proporcionados com o mesmo tipo de laser não-sintonizável como fonte de sinal óptico, então os ditos lasers podem ser forçados a operar, na totalidade ou por grupo, a partir da rede a uma mesma banda de frequência de sinal. Numa extremidade principal do sistema em forma de ramificações de árvore, ou de uma parte ramificada em forma de árvore do sistema, é assim inserido um sinal de ruído de força suficiente na direcção dos terminais da rede ligados ao sistema ou para a respectiva parte do sistema. O sinal de ruído é distribuído no sistema, ou na respectiva parte do sistema, e em último lugar injectado nos lasers dos terminais de rede a eles ligados. De seguida são descritas três diferentes personificações disto fazendo referência à Fig. 3, Fig. 4 e Fig. 5. A Fig. 3 mostra esquematicamente um PON tendo uma única estrutura de árvore 30, daqui em diante chamado de árvore. A árvore 30 tem ramificações 31 proporcionados com ramificações 32 terminadas com terminais de rede 33 (por questões de simplificação, apenas é desenhada uma na figura), que são todas proporcionados com o mesmo tipo de laser de transmissão óptica. Uma extremidade principal 34 da árvore é acoplado a um primeiro porto 35.1 de um acoplador 35 de energia. Uma ramificação 36 que é ligada a um segundo porto 35.2 do acoplador de energia liga a árvore a montante a uma estação principal 37, que é proporcionada com um receptor óptico (não mostrado). Uma fonte de ruído de banda estreita 38 é ligada a um terceiro porto 35.3 do acoplador 35 de energia. A fonte de ruído gera um sinal de ruído de banda estreita NS tendo uma faixa de ruído Δλ dentro da banda de ganho [A, B] do tipo de laser aplicado nos terminais de rede. O sinal de ruído NS é inserido e distribuído através do acoplador 35 de energia na árvore 30. O sinal de ruído distribuído é injectado nos lasers dos terminais de rede para estabilizar os lasers numa banda de frequência de transmissão dentro da faixa de ruído Δλ do sinal de ruído NS. Na ramificação - 14-

36, é incluído um filtro óptico 39 de banda estreita, ouja faixa de passagem corresponde à faixa de ruído do sinal de ruído NS, se necessário combinado com um amplificador óptico 40. A Fig. 4 mostra um PON tendo uma estrutura de árvore múltipla. O dito PON compreende um número M de partes de rede tendo uma mesma estrutura conforme mostrado na Fig. 3. Este compreende um número M de partes 30.1, ..., 30.M de ramificações em forma de árvore, conhecidas como sub-árvores, tendo M grupos de terminais de rede 33.1,..., 33.M e igual número de acoplador 35.1, ..., 35.M de energia, ramificações 36.1, ..., 36.M, e fontes de ruído 38.1, ..., 38.M de um mesmo tipo conforme mostrado na Fig. 3. As fontes de ruído 38.1, ..., 38.M geram sinais de ruído de banda estreita NS.l, ..., NS.M tendo faixas de ruído Δλ.1, ..., Δλ.Μ mutuamente fragmentadas. Filtros ópticos de banda estreita 39.1, ..., 39.M e amplificadores ópticos 40.1, ..., 40.M são incluídos nas ramificações. Cada filtro 39.i (onde i = 1, 2,..., M) tem uma faixa de passagem que corresponde a uma faixa de ruído Δλ.ί da respectiva fonte de ruído 38.i. As ramificações 36.1,..., 36.M são ligados um por um aos M portos de input 41.1,..., 41.M de um multiplexador 41 de banda de frequência. O porto de output 41.0 é ligado a uma estação principal 43 via uma linha de transmissão óptica 42. Sinais transmitidos a montante nas árvores e ramificações são multiplexados no multiplexador de banda de frequência 41, e ainda transmitidos à estação principal 43 como um sinal multiplexado através da linha de transmissão 42. Para processamento adicional do sinal, a estação principal necessitará de ser fornecida com um desmultplexador (não mostrado). Nesta segunda personificação, um acoplador / fragmentadores passivo de energia pode ser aplicado em vez de um multiplexador 41 de banda de frequência.

Em vez de M fontes de ruído diferentes, que podem ser colocados a uma distância geográfica uns dos outros conforme desejado, pode ser suficiente utilizai uma fonte de ruído aplicando um router de multiplexação por divisão de banda de frequência (WDM/R) conhecido per se como tendo lxM portos (bidireccionais) (ver Referência [9]). Um tal router, ora em diante chamado de WDM-router, divide um sinal óptico de (relativamente) banda larga entrando via um porto em M fatias estreitas de espectro, e põe cada fatia num porto distinto dos M portos como sinal de output. Desta forma, uma faixa de ruído correspondendo a uma parte ou mesmo à totalidade da banda de ganho [A, B] do tipo do laser aplicado pode ser dividido em fatias estreitas de espectro formando M pequenas faixas fragmentadas disconexas de ruído Δλ.ΐ. Ligando uma árvore igual à árvore 30 ( Fig. 3) a cada um dos M portos, os lasers de M grupos dos terminais de rede ligados às M árvores podem ser proporcionados com um sinal de ruído para sintonização e estabilização a uma banda de frequência dentro da respectiva pequena faixa de ruído, da mesma forma como na personificação de acordo com a Fig. 4. Na Fig. 5, um PON é mostrado esquematicamente em que um tal router é aplicado. As extremidades principais 34.1,..., 34.M das M árvores 30.1, ..., 30.M são ligadas um por um (se requerido via um amplificador óptico, não-mostrado) aos M portos de um WDM-router 44 tendo lxM portos. Um porto 44.1 do WDM-router é ligado a uma estação principal 46 via uma linha de transmissão óptica 45. Uma fonte de mído óptico 47 gera um sinal de ruído Bns que, via um acoplador 48 de energia, é inserido na linha de transmissão 45 na direcção do WDM-router. O sinal de ruído BNS gerado pela fonte de ruído 47 tem uma faixa de ruído Δ relativamente larga que só a título de exemplo abrange a totalidade da banda de ganho [A, B] do tipo do laser aplicado, mas pode ser escolhido mais pequeno se desejado. No WDM-router 44, a faixa de ruído Δ do sinal de ruído é dividido em M fatias, as M pequenas faixas de ruído Δλ.1, ..., Δλ.Μ. Os sinais de ruído correspondendo às ditas pequenas faixas de ruído são subsequentemente distribuídos pelas M árvores. Os sinais de transmissão transmitidos a montante dos terminais de rede são mais uma vez multiplexados no WDM-router 44 e transportado para a estação principal 46 via a linha de -16-

transmissão 45. No WDM-router 44 os sinais que são transmitidos a montante são também filtrados dos sinais que estão presentes de fora das pequenas faixas de ruído, para que em princípio não seja necessário adicionar nesta personificação filtros extras de banda estreita tendo as pequenas faixas de ruído como faixas de passagem.

Nas execuções descritas, foi assumido que cada fonte de ruído é proporcionada com um isolador para prevenir que sinais de transmissão que são transmitidos a montante acabem nas fontes de ruído. Um tal isolador não é necessário se o acoplador 4 de energia ( Fig. 1) ou os fragmentadores 35 de energia (na Fig. 3 e Fig. 4) forem substituídos por circuladores ópticos.

Tais amplificadores como os de tipo EDFA ou SOA (semiconductor optical amplifter)já produzem ruído de intensidade suficiente per se. Um amplificador óptico bidireccional de tal tipo tendo a faixa de ruído desejada pode assim servir como fonte de ruído, com a vantagem de poder ser directamente incluído na respectiva linha de transmissão. Isto é mostrado esquematicamente na Fig. 6. Na parte (a) isto é mostrado para a personificação da banda estreita da Fig. 1, em que um amplificador óptico bidireccional 3’ tendo a mesma faixa de ruído como fonte de ruído 3 é incluído na linha de transmissão 2. Podem ser aplicados amplificadores de banda estreita do mesmo tipo de uma forma correspondente nas personificações da Fig. 3 e Fig. 4. Part (b) da Fig. 6 mostra isto para a personificação de banda larga relativa da Fig. 5, em que um amplificador óptico bidireccional 47’ é incluído na linha de transmissão 45 antes do porto 44.1 do WDM-router 44.

Assumindo uma energia para o sinal de ruído de aproximadamente 5 bBm, que provou ser suficiente para a estabilização do laser empiricamente, será necessária uma fonte de ruído tendo um sinal de energia na ordem de (5 + - 17- 3n) dBm (onde η = 0, 1,2,...) para estabilizar 2" lasers (note-se: perda de 3 dBm em cada nível de fraccionamento). Um sinal de ruído tendo uma energia de 18 dBm para estabilizar 64 é certamente atingível.

Lisboa, 11 de Maio de 2001 luís silva carvalho

Agente Oficial da Prcpífedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Sistema óptico para a geração e transmissão de um sinal estabilizado de transmissão óptica, compreendendo: • uma primeira fonte de sinal (1) para a geração e transmissão de um sinal de transmissão óptica via uma linha de transmissão óptica (2) que é ligada à dita primeira fonte de sinal; • uma segunda fonte de sinal (3) para a geração de um sinal de injecção óptica, sendo a dita segunda fonte de sinal acopolada à primeira fonte de sinal via uma ligação óptica, em que a primeira fonte de sinal compreende um laser, que possui um número de modos de laser separados tendo bandas de frequência de laser dentro de uma primeira faixa de banda de frequência contendo a curva de ganho do laser, e no qual o sinal injectado é injectado no laser da primeira fonte de sinal via a dita ligação óptica, caracterizado por a segunda fonte de sinal conter uma fonte de ruído óptico para a geração de um sinal de ruído de banda estreita tendo bandas de frequência dentro de uma segunda banda de frequência, onde o sinal de injecção contém o sinal de ruído, que a segunda faixa de banda de frequência do sinal de ruído se situa dentro da primeira faixa de banda de frequência do laser da primeira fonte de sinal, e que o laser da primeira fonte de sinal possui pelo menos um modo de laser tendo uma banda de frequência de laser dentro da segunda faixa de banda de frequência, onde o laser da primeira fonte de sinal ou permanece operacional ou é forçado a operar num modo de laser tendo uma banda de frequência dentro da segunda faixa de banda de frequência.
2. Sistema óptico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir meios (5) de acoplamento óptico na dita linha de transmissão (2) para inserir o sinal injectado na linha de transmissão na direcção da primeira fonte de -2- sinal.
3. Sistema óptico de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o sistema óptico compreender pelo menos uma outra fonte de sinal óptico (9) do mesmo tipo que a primeira fonte de sinal, em que a segunda fonte de sinal, via uma outra linha de transmissão óptica (10) que ramifica da dita linha de transmissão através de meios de ffaccionamento, é também acoplado à dita outra fonte de sinal para a injecção do sinal de ruído para dentro do laser da outra fonte de sinal.
4. Sistema óptico de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado por, na linha de transmissão a montante dos meios (5) de acoplamento óptico, estar incluído um filtro (7) óptico de banda estreita tendo uma faixa de passagem para a segunda faixa de banda de frequência do sinal de ruído.
5. Sistema óptico de acordo com a reivindicação 1, 2, 3 ou 4, caracterizado por, o laser na primeira fonte de sinal ser um laser de semicondutor.
6. Sistema óptico de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por, o laser ser do tipo FP.
7. Sistema óptico de acordo com a reivindicação 2, 3, 4, 5 ou 6 caracterizado por, a fonte de ruído e os meios de acoplamento são formados por um amplificador óptico bidireccional que é incluído na linha de transmissão.
8. Sistema óptico de transmissão de um sinal compreendendo uma rede óptica passiva para ligações ópticas entre uma estação principal (43) e um grupo de terminais de rede (33.1, ..., 33.M) proporeionado com uma fonte de sinal óptico para a geração e transmissão de um sinal de transmissão óptica a montante através da rede óptica passiva em direcção da estação principal, em que a fonte de sinal óptico de cada terminal de rede compreende um laser caracterizado por, os lasers de pelo menos um sub-grupo do grupo de terminais de rede possuírem um número de modos de laser separados tendo bandas de frequência de laser dentro de uma faixa comum de primeira banda de frequência, que contém uma curva de ganho de cada laser do sub-grupo, sendo a dita faixa comum de primeira banda de frequência, de ora em diante, referenciada como uma faixa de transmissão, que o sistema óptico compreende ainda • uma fonte de ruído (38.1,..., 38.M) para a geração de um sinal de ruído tendo bandas de frequência dentro de uma segunda faixa de banda de frequência, sendo a segunda faixa de banda de frequência, de ora em diante, referenciada como uma faixa de ruído; • meios de inserção (41.1, 41.M), incluído na rede óptica passiva numa extremidade principal da rede óptica ramificando-se em forma de árvore, de ora em diante, referenciada como uma sub-árvore, para a inserção e distribuição de pelo menos uma parte do sinal de ruído na sub-árvore, a dita sub-árvore ligando a extremidade principal ao dito sub-grupo de terminais de rede, e que a faixa de ruído se situe dentro da faixa de transmissão de cada laser do sub-grupo, em que o sinal de ruído, distribuído na sub-árvore, é injectado em lasers do sub-grupo de terminais de rede ligados à sub-árvore para estabilizar os lasers numa banda de frequência dentro da faixa de ruído.
9. Sistema óptico de transmissão de um sinal de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por, a fonte de ruído conter uma fonte de ruído de banda estreita para a geração de um sinal de ruído de banda estreita. -4-
10. Sistema óptico de transmissão de um sinal de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por, os lasers de um outro sub-grupo do grupo de terminais de rede serem proporcionados com lasers do mesmo tipo que os lasers do sub-grupo já referido, e por o sistema óptico de transmissão de um sinal compreender ainda: • uma outra fonte de ruído do mesmo tipo que a do sub-grupo já referido, para a geração um outro sinal de ruído de banda estreita tendo bandas de frequência dentro de uma outra faixa de ruído, e • outros meios de inserção, incluídos na rede óptica passiva numa outra extremidade principal de uma outra sub-árvore da rede óptica, para a inserção e distribuição do outro sinal de ruído na outra sub-árvore, em que o sinal de ruído distribuído na outra sub-árvore é injectado em lasers do outro sub-grupo de terminais de rede ligados à outra sub-árvore para estabilizar os lasers numa banda de frequência dentro da outra faixa de ruído.
11. Sistema óptico de transmissão de um sinal de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado por ser inserido na rede óptica passiva a montante dos meios de inserção e/ou os outros meios de inserção, um filtro óptico de banda estreita (39.1, ..., 39.M) tendo uma faixa de passagem para a faixa de ruído e a outra faixa de ruído respectivamente.
12. Sistema óptico de transmissão de um sinal de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por ser incluído na rede óptica passiva a montante dos meios de inserção e/ou os outros meios de inserção, e precedente ao filtro óptico de banda estreita (39.1, ..., 39.M) um amplificador de sinal óptico (40.1, ..., 40.M).
13. Sistema óptico de transmissão de um sinal de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por: • a rede óptica passiva compreender uma ou mais outras sub-árvores às quais um ou mais outros sub-grupos dos terminais de rede estão ligados, que são proporcionadas com lasers de um mesmo tipo que os lasers do primeiro mencionado sub-grupo; • entre os meios de inserção e a extremidade principal do primeiro mencionado sub-grupo é incluído um WDM-router (44) conhecido per se, sendo o dito WDM-router proporcionado com lxM portos bidreccionais para divisão de espectro dos sinais que são aplicados ao único porto na direcção de transporte do sinal único, e multiplexando os sinais que são aplicados aos remanescentes M portos na outra direcção de um sinal; • a primeira mencionada e cada uma das outras sub-árvores da rede óptica é ligada a uma extremidade principal noutros dos M portos do WDM-router, em que o sinal de ruído aplicado ao WDM-router via os meios de inserção são divididos, devido ao efeito de divisão de espectro do WDM-router, em sinais de ruído cortados em fatias tendo sub-bandas de ruído mutuamente fragmentadas, sendo as ditas sub-bandas de ruído distribuídas numa sub-árvore, variando por sub-bandas de ruído, para injecção nos lasers do sub-grupo dos terminais de rede ligados à respectiva sub-árvore para estabilizar os lasers numa banda de frequência dentro da respectiva sub-banda de ruído.
14. Sistema óptico de transmissão de um sinal de acordo com qualquer das reivindicações 8,..., 13, caracterizado por os lasers nos terminais de rede serem lasers de semicondutores do tipo FP.
15. Sistema óptico de transmissão de um sinal de acordo com qualquer das reivindicações 8, ..., 14, caracterizado por a fonte de ruído e/ou outras fontes de ruído em combinação com os respectivos meios de inserção é/são -6- implementadas como um amplificador óptico bidireccional incluído na rede óptica passiva no local dos respectivos meios de inserção. Lisboa, 11 de Maio de 2001 tί Çvu^. luís silva carvalho Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 USBOA