RU2172562C2

RU2172562C2 - Bi-directional optical amplifier and manner of bi-directional communication

Info

Publication number: RU2172562C2
Application number: RU96101799A
Authority: RU
Inventors: Мели Фаусто; КАВАКЬЮТИ Алессандро
Original assignee: Пирелли Кави Э Системи С.П.А.
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: electric communication. SUBSTANCE: bi-directional optical amplifier includes unidirectional optical amplification unit characterized by single band of lengths of waves of amplification, two input and output ports for at least two optical signals with opposite directions of propagation having first and second lengths of waves correspondingly and differing one from another but included in same band of lengths of waves of amplification, two first and two second optical communication elements selective to lengths of waves of optical element that includes first bandwidth that contains above-mentioned first length of wave and second bandwidth including second length of wave correspondingly. Mentioned-above first and second bandwidths do not overlap mutually. Amplification unit is placed between opposite units of optical bridge circuit in which units of mentioned-above first and second selective optical communication elements are located and which are positioned in symmetry with regard to amplification unit and ports of input and output of mentioned optical signals. EFFECT: simplified design of amplifier. 11 cl, 16 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к оптиковолоконной двунаправленной системе связи и к двунаправленному оптическому усилителю. The present invention relates to a fiber optic bi-directional communication system and to a bi-directional optical amplifier.

В последнее время в технике электросвязи стали широко использоваться оптические волокна для передачи оптических информационных сигналов на большие расстояния. Recently, optical fibers have been widely used in telecommunication technology to transmit optical information signals over long distances.

Известно, что оптические сигналы, передаваемые по оптическому волокну, испытывают ослабление при их распространении, что приводит к необходимости усиления сигнала до уровня, обеспечивающего его передачу на необходимое расстояние до приемной станции с уровнем мощности, достаточным для корректного приема передаваемых сообщений. It is known that optical signals transmitted through optical fiber experience attenuation during their propagation, which leads to the need to amplify the signal to a level that ensures its transmission to the required distance to the receiving station with a power level sufficient to correctly receive the transmitted messages.

Такое усиление может быть обеспечено соответствующими усилителями, расположенными с заданными интервалами вдоль линии, при этом усилители периодически повышают мощность передаваемого оптического сигнала. Such amplification can be provided by appropriate amplifiers located at predetermined intervals along the line, while the amplifiers periodically increase the power of the transmitted optical signal.

Для этой цели обычно используют оптические усилители, в которых сигнал усиливается, сохраняя оптическую форму, т.е. без оптоэлектронного детектирования сигнала и обратного электрооптического его преобразования. For this purpose, optical amplifiers are usually used in which the signal is amplified while maintaining its optical shape, i.e. without optoelectronic signal detection and its inverse electro-optical conversion.

Такие оптические усилители основываются на свойствах флюоресцентной легирующей примеси (например, эрбия), которая при соответствующем возбуждении управляемой световой энергией формирует высокий уровень излучения в диапазоне длин волн, соответствующем минимальному ослаблению света в оптических волокнах на основе диоксида кремния. Such optical amplifiers are based on the properties of a fluorescent dopant (for example, erbium), which, with appropriate excitation by controlled light energy, generates a high level of radiation in the wavelength range corresponding to the minimum attenuation of light in silicon dioxide-based optical fibers.

Такие усилители представляют собой устройства однонаправленного типа, т. е. в таких усилителях оптический сигнал имеет предварительно определенное направление распространения. Это объясняется тем, что, как описано, например, в патенте США N 5204923 и в патенте США N 5210808 того же Заявителя, оптические усилители, в частности, если требуется обеспечить высокое усиление, содержат компоненты однонаправленного типа, предназначенные для того, чтобы предотвратить возврат к усилителю сигналов, отраженных вне усилителя, например, вследствие рэлеевского рассеяния в оптических волокнах, соединенных с усилителями. Such amplifiers are unidirectional devices, i.e., in such amplifiers the optical signal has a predetermined propagation direction. This is because, as described, for example, in US Pat. No. 5,204,923 and US Pat. No. 5,210,808 to the same Applicant, optical amplifiers, in particular, if high gain is required, contain unidirectional components designed to prevent return to an amplifier of signals reflected outside the amplifier, for example, due to Rayleigh scattering in optical fibers connected to amplifiers.

Вследствие этого, двунаправленная передача требует использования двух отдельных каналов связи, снабженных соответствующими усилителями, каждый из которых используется для осуществления связи в одном направлении, что приводит к высоким затратам на осуществление связи. As a result of this, bidirectional transmission requires the use of two separate communication channels equipped with respective amplifiers, each of which is used for communication in one direction, which leads to high communication costs.

Делались попытки получить двунаправленное усиление с использованием одного однонаправленного усилителя за счет использования возможности, предоставляемой усилителями с флюоресцентными легирующими примесями, усиливать сигнал на различных длинах волн независимым образом. Двунаправленный усилитель, основанный на этом принципе, описан в статье S.Seikai et al. "Novel Optical Circuirt Suitable for Wevelength Division Bidirectional Optical Amplification", опубликованной в журнале Electronics Letters, Vol 29, N 14, July 8, 1993, p.p. 1268-1270. В этом устройстве, расположенном в оптиковолоконной линии передачи, два сигнала на различных длинах волн передаются в противоположных направлениях. Это устройство содержит элементы связи, селективные к длинам волн, и однонаправленный усилительный блок на легированном оптическом волокне, соединенные между собой участками пассивного оптического волокна. Обе длины волн сигналов находятся в пределах полосы усиления легированного оптического волокна. Посредством селективных к длинам волн элементов связи два сигнала с различными длинами волн пропускают в различные оптические каналы распространения. Два оптических канала распространения совпадают только на участке, соответствующем усилительному блоку на легированном оптическом волокне, по которому распространяются два сигнала в одном и том же направлении. Устройство, которое более подробно будет описано ниже, имеет недостаток, заключающийся в нестабильности, обусловленной внутренними отражениями на длине волн, промежуточной между длинами волн двух распространяющихся сигналов. Эта проблема может быть решена только за счет использования дополнительных фильтров, причем некоторые из них должны быть перестраиваемыми. В результате требуется весьма сложная конструкция и необходимо использовать устройства для постоянной высокоточной настройки упомянутых фильтров. Attempts have been made to obtain bi-directional amplification using a single unidirectional amplifier by using the opportunity provided by amplifiers with fluorescent dopants to amplify the signal at different wavelengths independently. A bi-directional amplifier based on this principle is described in S. Seikai et al. "Novel Optical Circuirt Suitable for Wevelength Division Bidirectional Optical Amplification" published in Electronics Letters, Vol 29, N 14, July 8, 1993, p.p. 1268-1270. In this device, located in an optical fiber transmission line, two signals at different wavelengths are transmitted in opposite directions. This device contains communication elements selective to wavelengths, and a unidirectional amplifying unit on a doped optical fiber, interconnected by sections of a passive optical fiber. Both signal wavelengths are within the gain band of the doped optical fiber. By means of wavelength selective communication elements, two signals with different wavelengths are passed into different optical propagation channels. The two optical propagation channels coincide only in the area corresponding to the amplification unit on the doped optical fiber, along which two signals propagate in the same direction. The device, which will be described in more detail below, has the disadvantage of instability due to internal reflections at a wavelength intermediate between the wavelengths of two propagating signals. This problem can only be solved by using additional filters, some of which must be tunable. As a result, a very complex structure is required and it is necessary to use devices for constant high-precision tuning of the mentioned filters.

В соответствии с одним аспектом, изобретение относится к двунаправленному оптическому усилителю, содержащему
- оптический усилительный блок, включающий в себя по меньшей мере один оптический элемент развязки, характеризуемый полосой длин волн усиления,
- два оптических порта ввода и вывода по меньшей мере для двух оптических сигналов с противоположными направлениями распространения, причем эти сигналы имеют соответственно первую и вторую длины волн, эти длины волн отличны одни от другой и находятся в полосе длин волн усиления,
- два первых и два вторых селективных к длинам волн оптических элемента связи, имеющих первую полосу пропускания, включающую упомянутую первую длину волны, и вторую полосу пропускания, включающую упомянутую вторую длину волны, причем упомянутые первая и вторая полосы пропускания взаимно не перекрываются,
при этом упомянутый усилительный блок соединен с двумя противоположными узлами оптической мостовой схемы, с другими противоположными узлами которой соединены упомянутые входной и выходной порты, причем в узлах мостовой схемы включены упомянутые оптические селективные элементы связи,
отличающемуся тем, что первый и второй селективные элементы связи размещены симметрично относительно усилительного блока и упомянутых входного и выходного портов оптических сигналов.In accordance with one aspect, the invention relates to a bi-directional optical amplifier comprising
- an optical amplification unit including at least one optical isolation element, characterized by a band of amplification wavelengths,
- two optical input and output ports for at least two optical signals with opposite directions of propagation, and these signals have respectively the first and second wavelengths, these wavelengths are different from each other and are in the band of amplification wavelengths,
two first and two second wavelength-selective optical communication elements having a first passband including said first wavelength and a second passband including said second wavelength, said first and second passbands not mutually overlapping,
wherein said amplifying unit is connected to two opposite nodes of the optical bridge circuit, with the other opposite nodes of which are connected to said input and output ports, and said optical selective communication elements are included in the nodes of the bridge circuit,
characterized in that the first and second selective communication elements are placed symmetrically with respect to the amplification unit and the said input and output ports of the optical signals.

В предпочтительном примере выполнения усилительный блок включает в себя, по меньшей мере, одно легированное эрбием оптическое волокно. In a preferred embodiment, the amplification unit includes at least one erbium doped optical fiber.

Предпочтительно оптическое волокно в числе легирующих примесей содержит оксид алюминия, германий, и наиболее предпочтительно оптическое волокно содержит в числе легирующих примесей оксид алюминия, германий и лантан. Preferably, the optical fiber contains alumina, germanium among the dopants, and most preferably the optical fiber contains alumina, germanium and lanthanum among the dopants.

Упомянутая полоса пропускания селективных элементов связи предпочтительно имеет ширину по меньшей мере 10 нм. Said passband for selective coupling elements preferably has a width of at least 10 nm.

В возможном варианте выполнения по меньшей мере одна из упомянутых полос пропускания содержит по меньшей мере два сигнала различных длин волн. In a possible embodiment, at least one of said passbands comprises at least two signals of different wavelengths.

В предпочтительном варианте выполнения селективные к длине волн элементы связи имеют добротность, равную или большую 0,5. In a preferred embodiment, the wavelength-selective coupling elements have a quality factor equal to or greater than 0.5.

В соответствии со вторым аспектом, настоящее изобретение относится к двунаправленному оптическому усилителю, содержащему
- оптический усилительный блок, включающий по меньшей мере один оптический элемент развязки, характеризуемый полосой длин волн усиления,
- два оптических порта ввода и вывода по меньшей мере для двух оптических сигналов с противоположными направлениями распространения, причем упомянутые сигналы имеют соответственно первую и вторую длину волны, отличные одна от другой;
- по меньшей мере два селективных к длинам волн оптических элемента связи, имеющие полосу пропускания, включающую упомянутую первую длину волны, и полосу отражения, включающую упомянутую вторую длину волны, причем упомянутые полосы взаимно не перекрываются,
- при этом упомянутый усилительный блок соединен с двумя противоположными узлами оптической мостовой схемы, с двумя другими противоположными узлами которой соединены упомянутые входной и выходной порты, причем мостовая схема образует по меньшей мере одну цепь обратной связи, включающую упомянутый усилительный блок и не более трех из упомянутых элементов связи,
отличающемуся тем, что выполнение упомянутых селективных к длинам волн элементов связи таково, что каждая из упомянутых цепей обратной связи имеет полное ослабление, превышающее усиление усилителя на каждой длине волны в пределах полосы усиления, в присутствии отражений по меньшей мере, 15 дБ на одном из упомянутых портов ввода и вывода и при отсутствии средств фильтрации.In accordance with a second aspect, the present invention relates to a bi-directional optical amplifier comprising
- an optical amplifier unit comprising at least one optical isolation element, characterized by a band of amplification wavelengths,
- two optical input and output ports for at least two optical signals with opposite propagation directions, said signals having first and second wavelengths, respectively, different from one another;
at least two wavelength-selective optical couplers having a bandwidth including said first wavelength and a reflection band including said second wavelength, said bands not mutually overlapping,
- wherein said amplifier block is connected to two opposite nodes of the optical bridge circuit, with the two other opposite nodes of which are connected the input and output ports, the bridge circuit forming at least one feedback circuit including said amplifier block and not more than three of the aforementioned communication elements
characterized in that the implementation of the aforementioned wavelength-selective communication elements is such that each of said feedback circuits has a total attenuation exceeding the gain of the amplifier at each wavelength within the gain band in the presence of at least 15 dB reflections on one of the aforementioned input and output ports and in the absence of filtering facilities.

В предпочтительном варианте, согласно этому второму аспекту изобретения, двунаправленный оптический усилитель отличается тем, что оптическая мостовая схема содержит два селективных к длинам волн элемента связи с первой полосой пропускания и два селективных к длинам волн элемента связи с второй полосой пропускания, расположенные в узлах упомянутой схемы, причем элементы связи расположены симметрично относительно усилительного блока. In a preferred embodiment, according to this second aspect of the invention, the bi-directional optical amplifier is characterized in that the optical bridge circuit comprises two wavelength-selective communication elements with a first passband and two wavelength-selective communication elements with a second passband located in nodes of said circuit moreover, the communication elements are located symmetrically with respect to the amplification unit.

Согласно другому аспекту, настоящее изобретение относится к двунаправленному оптическому усилителю, содержащему
- оптический усилительный блок, включающий по меньшей мере один оптический элемент развязки, характеризуемый полосой длин волн усиления,
- два порта ввода и вывода по меньшей мере для двух оптических сигналов с противоположными направлениями распространения, эти сигналы имеют соответственно первую и вторую длину волны соответственно, причем упомянутые длины волн отличны одна от другой и находятся в пределах упомянутой полосы длин волн усиления,
- два селективных к длинам волн оптических элемента связи одного типа и два селективных к длинам волн оптических элемента связи второго типа,
- соответственно имеющих первую полосу пропускания, включающую упомянутую первую длину волны, и полосу пропускания, включающую упомянутую вторую длину волны, причем упомянутые полосы пропускания первой и второй длин волн взаимно не перекрываются;
- и соответственно имеющих первую полосу отражения, включающую упомянутую вторую длину волны, и вторую полосу отражения, включающую упомянутую первую длину волны;
- и имеющих каждый одно волокно общего доступа, одно волокно доступа, передающее на свой выход сигналы в упомянутой полосе пропускания, и одно волокно доступа, передающее на свой выход сигналы в упомянутой полосе отражения,
отличающемуся тем, что первый порт ввода/вывода соединен с общим оптическим волокном первого селективного элемента связи первого типа; оптическое волокно, передающее на свой выход сигналы в упомянутой полосе пропускания первого селективного элемента связи первого типа, соединено с оптическим волокном, передающим на свой выход сигналы в упомянутой полосе отражения первого селективного элемента связи второго типа; оптическое волокно, передающее на свой выход сигналы в полосе отражения первого селективного элемента связи первого типа, соединено с волокном, передающим на свой выход сигналы в упомянутой полосе пропускания второго селективного элемента связи второго типа, однонаправленный усилительный блок включен между общим оптическим волокном первого селективного элемента связи второго типа и общим оптическим волокном второго селективного элемента связи второго типа, так, что оптический элемент развязки обеспечивает прохождение излучения в направлении от первого к второму селективному элементу связи второго типа; оптическое волокно, передающее на свой выход сигналы в полосе пропускания первого селективного элемента связи второго типа, соединено с волокном, передающим на свой выход сигналы в упомянутой полосе отражения второго селективного элемента связи первого типа; оптическое волокно, передающее на свой выход сигналы в упомянутой полосе отражения второго селективного элемента связи второго типа, соединено с волокном, передающим на свой выход сигналы в упомянутой полосе пропускания второго селективного элемента связи первого типа; общее волокно второго селективного элемента связи первого типа соединено с вторым портом ввода/вывода.According to another aspect, the present invention relates to a bi-directional optical amplifier comprising
- an optical amplifier unit comprising at least one optical isolation element, characterized by a band of amplification wavelengths,
- two input and output ports for at least two optical signals with opposite directions of propagation, these signals have a first and a second wavelength, respectively, wherein said wavelengths are different from one another and are within the said band of amplification wavelengths,
- two optical communication elements of one type, selective to wavelengths, and two optical communication elements of the second type, selective to wavelengths,
- respectively, having a first passband including said first wavelength and a passband including said second wavelength, wherein said passbands of the first and second wavelengths do not overlap;
and accordingly having a first reflection band including said second wavelength and a second reflection band including said first wavelength;
and each having one single access fiber, one access fiber transmitting to its output signals in the aforementioned bandwidth, and one access fiber transmitting to its output signals in the aforementioned reflection band,
characterized in that the first input / output port is connected to a common optical fiber of the first selective coupling element of the first type; an optical fiber transmitting signals at its output in said passband of a first selective coupling element of a first type is connected to an optical fiber transmitting signals at its output in said reflection band of said first selective coupling element of a second type; an optical fiber transmitting signals at the output in the reflection band of the first selective coupling element of the first type is connected to a fiber transmitting at its output signals at the passband of the second selective coupling element of the second type, a unidirectional amplifier unit is connected between the common optical fiber of the first selective coupling element of the second type and a common optical fiber of the second selective coupling element of the second type, so that the optical isolation element provides the passage of radiation in n board from the first to the second selective connection element of the second type; an optical fiber transmitting signals in the passband of the first selective communication element of the second type to its output is connected to a fiber transmitting signals to its output in the reflection band of the second selective communication element of the first type; an optical fiber transmitting signals at its output in said reflection band of a second selective coupling element of a second type is connected to a fiber transmitting signals at its output in said pass band of said second selective coupling element of a first type; the common fiber of the second selective coupling element of the first type is connected to the second input / output port.

Согласно еще одному аспекту, настоящее изобретение относится к способу двунаправленной связи, включающему
- генерирование первого оптического сигнала и второго оптического сигнала соответственно с первой и второй длинами волн в первой и второй передающих станциях;
- введение упомянутого первого и второго сигналов в противоположные концы оптического волокна линии связи соответственно,
- усиление упомянутых первого и второго сигналов по меньшей мере однократно в оптическом усилителе, введенном в линию связи,
- прием упомянутых первого и второго сигналов соответственно первой и второй приемными станциями на противоположных концах оптического волокна канала связи относительно упомянутых первой и второй передающих станций, причем операция усиления упомянутых первого и второго сигналов осуществляется одним оптическим усилителем, содержащим оптико- волоконный усилительный блок с оптическим элементом развязки, и включает
- передачу каждого из упомянутых сигналов по меньшей мере однократно через первый селективный к длинам волн оптический элемент связи,
- отражение каждого из упомянутых сигналов, по меньшей мере, однократно посредством второго селективного к длинам волн оптический элемент связи, как в одном направлении, так и в противоположном направлении усилительного блока,
- отличающемуся тем, что операции передачи и отражения осуществляются в одной и той же последовательности для каждого из сигналов.According to another aspect, the present invention relates to a bidirectional communication method, including
- the generation of the first optical signal and the second optical signal, respectively, with the first and second wavelengths in the first and second transmitting stations;
- the introduction of the aforementioned first and second signals at the opposite ends of the optical fiber of the communication line, respectively,
- amplification of said first and second signals at least once in an optical amplifier inserted into a communication line,
- receiving said first and second signals, respectively, by the first and second receiving stations at opposite ends of the optical fiber of the communication channel with respect to said first and second transmitting stations, wherein the amplification operation of said first and second signals is performed by one optical amplifier containing an optical fiber amplifier unit with an optical element interchanges, and includes
- the transmission of each of the mentioned signals at least once through the first wavelength-selective optical communication element,
- reflection of each of the mentioned signals, at least once by means of a second optical wavelength selective element, both in one direction and in the opposite direction of the amplification unit,
- characterized in that the transmission and reflection operations are carried out in the same sequence for each of the signals.

Фиг. 1 - блок-схема двунаправленной линии передачи согласно изобретению,
Фиг. 2 - блок-схема блока сопряжения линии, выполненного согласно изобретению,
Фиг. 3 - блок-схема элемента связи с селективным отражением, предназначенного для использования в двунаправленных усилителях, и его спектральная характеристика передачи,
Фиг. 4 - характеристика спектрального ослабления сигналов, передаваемых между двумя парами волокон доступа элемента связи с селективным отражением первого типа,
Фиг. 5 - блок-схема двунаправленного оптического усилителя, известного из предшествующего уровня техники,
Фиг. 6 - блок-схема двунаправленного оптического усилителя, экспериментально опробованного заявителем,
Фиг. 7 - схема дополнительного двунаправленного оптического усилителя, экспериментально опробованного заявителем,
Фиг. 8 - характеристика спектрального ослабления сигналов, передаваемых между двумя парами оптических волокон доступа элемента связи с селективным отражением второго типа,
Фиг. 9 - блок-схема линии передачи, содержащей устройство, выполненное согласно одному варианту осуществления изобретения,
Фиг. 10 - график, иллюстрирующий перекрывающиеся спектр сигналов на двух выходах двунаправленного оптического усилителя в линии передачи по фиг. 9;
Фиг. 11 - график частоты ошибок по битам в зависимости от ослабления между усилителями в линии передачи по фиг. 9,
Фиг. 12 - детальная блок-схема двунаправленного оптического усилителя, выполненного согласно второму варианту осуществления изобретения,
Фиг. 13 - график, иллюстрирующий перекрытие спектров, измеренных на двух выходах двунаправленного оптического усилителя в отсутствие оптических входных сигналов,
Фиг. 14 - график, иллюстрирующий перекрытие спектров, измеренных на двух выходах двунаправленного оптического усилителя в присутствии оптических входных сигналов,
Фиг. 15 - блок-схема однонаправленного усилительного блока, который может быть использован в двунаправленном усилителе, соответствующем изобретению,
Фиг. 16 - блок-схема системы контроля и управления для двунаправленного оптического усилителя.FIG. 1 is a block diagram of a bi-directional transmission line according to the invention,
FIG. 2 is a block diagram of a line pairing unit according to the invention,
FIG. 3 is a block diagram of a selective reflection coupler for use in bidirectional amplifiers, and its transmission spectral characteristic,
FIG. 4 is a characteristic of the spectral attenuation of signals transmitted between two pairs of access fibers of a communication element with selective reflection of the first type,
FIG. 5 is a block diagram of a bi-directional optical amplifier known from the prior art,
FIG. 6 is a block diagram of a bi-directional optical amplifier experimentally tested by the applicant,
FIG. 7 is a diagram of an additional bi-directional optical amplifier experimentally tested by the applicant,
FIG. 8 is a characteristic of spectral attenuation of signals transmitted between two pairs of optical access fibers of a communication element with selective reflection of the second type,
FIG. 9 is a block diagram of a transmission line comprising a device according to one embodiment of the invention,
FIG. 10 is a graph illustrating an overlapping spectrum of signals at two outputs of a bi-directional optical amplifier in a transmission line of FIG. 9;
FIG. 11 is a graph of bit error rate versus attenuation between amplifiers in the transmission line of FIG. 9,
FIG. 12 is a detailed block diagram of a bi-directional optical amplifier constructed in accordance with a second embodiment of the invention,
FIG. 13 is a graph illustrating the overlap of spectra measured at two outputs of a bi-directional optical amplifier in the absence of optical input signals,
FIG. 14 is a graph illustrating the overlap of spectra measured at two outputs of a bi-directional optical amplifier in the presence of optical input signals,
FIG. 15 is a block diagram of a unidirectional amplifier unit that can be used in a bi-directional amplifier according to the invention,
FIG. 16 is a block diagram of a monitoring and control system for a bi-directional optical amplifier.

Как показано на фиг. 1, двунаправленная оптическая система связи, соответственно изобретению, содержит две оконечные станции А и В, каждая из которых содержит соответствующую передающую станцию 1A, 1B и соответствующую приемную станцию 2A, 2B. As shown in FIG. 1, a bi-directional optical communication system, in accordance with the invention, comprises two terminal stations A and B, each of which contains a respective transmitting station 1A, 1B and a corresponding receiving station 2A, 2B.

В частности, передающая станция 1A содержит лазерный передатчик с первой длиной волны λ₁ (например, 1533 нм), а передающая станция 1B содержит лазерный передатчик с длиной λ₂ волны (например, 1556 нм).In particular, the transmitting station 1A comprises a laser transmitter with a first wavelength λ ₁ (e.g., 1533 nm) and a transmitting station 1B comprising a laser transmitter with a length of λ ₂ wavelength (e.g., 1556 nm).

Передатчики 1A, 1B представляют собой передатчики, модулированные непосредственно или посредством внешней модуляции, согласно требованиям линии связи, в частности во взаимосвязи с хроматической дисперсией оптиковолоконной линии, ее длиной и предусмотренной скоростью передачи. Transmitters 1A, 1B are transmitters modulated directly or by external modulation, according to the requirements of the communication line, in particular in connection with the chromatic dispersion of the optical fiber line, its length and the intended transmission rate.

Выходной сигнал каждого из передатчиков 1A, 1B поступает на вход соответствующего усилителя 3 и затем на вход элемента связи 4, который является селективным к соответствующим длинам волн указанных лазерных передатчиков 1A, 1B. The output signal of each of the transmitters 1A, 1B is fed to the input of the corresponding amplifier 3 and then to the input of the communication element 4, which is selective to the corresponding wavelengths of these laser transmitters 1A, 1B.

Выходной сигнал селективного элемента связи 4, в котором две длины волны λ₁ и λ₂ мультиплексированы совместно в одном волокне, подается в оконечную часть оптической линии 5, содержащей оптическое волокно, соединяющее две оконечные станции A и B друг с другом.The output signal of the selective communication element 4, in which two wavelengths λ ₁ and λ _{2 are} multiplexed together in one fiber, is supplied to the terminal part of the optical line 5 containing the optical fiber connecting the two terminal stations A and B to each other.

Оптическое волокно оптической линии связи 5 обычно представляет собой одномодовое оптическое волокно типа со ступенчатым индексом (S1) или типа с дисперсионным смещением, обычным образом введенное в соответствующий оптический кабель. Его длина составляет несколько десятков (или сотен) километров между каждым из усилителей, обеспечивая перекрытие требуемой дистанции связи. The optical fiber of the optical communication line 5 is typically a single-mode optical fiber of the step index type (S1) or of the dispersion bias type, conventionally inserted into the corresponding optical cable. Its length is several tens (or hundreds) kilometers between each of the amplifiers, ensuring the overlap of the required communication distance.

В линию передачи 5 введен двунаправленный оптический усилитель 6, соответствующий настоящему изобретению. A bi-directional optical amplifier 6 according to the present invention is introduced into the transmission line 5.

Хотя в настоящем описании показан только один оптический усилитель, могут использоваться несколько последовательно соединенных оптических усилителей, в зависимости от общей длины оптической линии связи и уровней мощности в различных ее частях. Например, участок оптического волокна между оконечным пунктом и усилителем или между двумя последовательными усилителями может составить до 100 км. Although only one optical amplifier is shown in the present description, several series-connected optical amplifiers can be used, depending on the total length of the optical communication line and the power levels in its various parts. For example, the section of optical fiber between an endpoint and an amplifier or between two serial amplifiers can be up to 100 km.

Если передаваемые оптические сигналы должны генерироваться источниками сигналов, имеющими свойственные им характеристики передачи (например, длину волны, тип модуляции, мощность), отличные от тех, которые указаны в описываемой системе связи, каждая передающая станция 1A, 1B должна содержать соответствующий блок сопряжения, предназначенный для приема внешних исходных оптических сигналов и для детектирования и регенерирования их повторно с новыми характеристиками, адаптированными к передающей системе. If the transmitted optical signals must be generated by signal sources having their characteristic transmission characteristics (for example, wavelength, modulation type, power) other than those specified in the described communication system, each transmitting station 1A, 1B must contain a corresponding interface unit, designed for receiving external source optical signals and for detecting and regenerating them repeatedly with new characteristics adapted to the transmitting system.

В частности, упомянутые блоки сопряжения генерируют соответствующие оптические рабочие сигналы с длинами волн λ₁,λ₂ (также называемые для краткости λ₁ - сигнал и λ₂ - сигнал), адаптированные к требованиям системы, как поясняется ниже.In particular, said interface units generate corresponding optical operating signals with wavelengths λ ₁ , λ ₂ (also called for brevity, λ ₁ is a signal and λ ₂ is a signal) adapted to the requirements of the system, as explained below.

В патенте США N 5267073 того же Заявителя, приведенном здесь для ссылки, описаны блоки сопряжения, которые, в частности, содержат передающий преобразователь, предназначенный для преобразования оптического входного сигнала в оптический сигнал, форма которого соответствует оптической линии передачи, а также приемный преобразователь, предназначенный для преобразования передаваемого сигнала в форму, соответствующую приемному блоку. US Pat. No. 5,267,073 to the same Applicant, incorporated herein by reference, describes interfacing units, which, in particular, comprise a transmitting converter for converting an optical input signal into an optical signal whose shape corresponds to an optical transmission line, as well as a receiving converter designed to convert the transmitted signal into a form corresponding to the receiving unit.

Для использования в системе, соответствующей изобретению, передающий преобразователь предпочтительно содержит лазер с внешним типом модуляции в качестве лазера, генерирующего выходной сигнал. For use in the system of the invention, the transmitting transducer preferably comprises a laser with an external modulation type as a laser generating an output signal.

Блок-схема предназначенного для сопряжения передающего блока, выполненная в соответствии с изобретением, представлена на фиг. 2, на которой для наглядности линии оптической связи представлены сплошной линией, а линии электрической связи - прерывистой линией. A block diagram of an interface unit for transmitting in accordance with the invention is shown in FIG. 2, on which, for clarity, the optical communication lines are represented by a solid line, and the electric communication lines by a dashed line.

Оптический сигнал от внешнего источника 7 принимается фотодетектором (фотодиодом) 8, излучающим электрический сигнал, поступающий на электронный усилитель 9. The optical signal from an external source 7 is received by a photodetector (photodiode) 8, emitting an electric signal supplied to an electronic amplifier 9.

Электрический выходной сигнал с усилителя 9 подается на схему управления 10 модулируемого лазерного излучателя 11, предназначенного для генерирования оптического сигнала с предварительно выбранной длиной волны, содержащего информацию входного сигнала. The electric output signal from the amplifier 9 is supplied to the control circuit 10 of a modulated laser emitter 11, designed to generate an optical signal with a pre-selected wavelength containing information of the input signal.

В необходимом случае разрешающая схема 12 канала обслуживания может быть подсоединена к схеме управления 10. If necessary, the enabling circuit 12 of the service channel can be connected to the control circuit 10.

Модулированный лазерный излучатель 11 содержит лазер непрерывного излучения 13 и внешний модулятор 14, например, типа Маха-Зендера, управляемый выходным сигналом схемы 10. The modulated laser emitter 11 comprises a cw laser 13 and an external modulator 14, for example, of the Mach-Zender type, controlled by the output signal of the circuit 10.

Схема 15 контролирует длину волны излучения лазера 13, поддерживает ее постоянной, соответствующей предварительно выбранному значению, за счет компенсации возможных внешних возмущений, например, обусловленных температурой и т.п. The circuit 15 controls the wavelength of the radiation of the laser 13, maintains it constant, corresponding to a pre-selected value, by compensating for possible external disturbances, for example, due to temperature, etc.

Предназначенные для сопряжения приемные блоки вышеуказанного типа описаны в упомянутом патенте и поставляются Заявителем с торговой маркой TXT/E-EM. The receiving units of the aforementioned type intended for pairing are described in the aforementioned patent and are supplied by the Applicant with the TXT / E-EM trademark.

Как вариант, лазерные передатчики 1A, 1B могут представлять собой лазерные передатчики, работающие на выбранных длинах волн, использующие лазеры с распределенной обратной связью (DFB-лазеры) с длиной волны 1533 и 1556 нм. В экспериментах по передаче сигнала, описанных ниже, в частности, использовался лазер с распределенной обратной связью с длиной волны 1533 нм, непосредственно модулированный с частотой 2,5 Гбит/с, включенный с приемником в оконечное устройство SDH модели SLX-1/16, введенной в коммерческий оборот компанией PHILIPS NEDERLAND BV, 2500 BV, 's Gravenhage (Нидерланды), лазер с распределенной обратной связью с длиной волны 1556 нм непрерывного излучения, изготавливаемый компанией ANRITSU CORP. , 5-10-27 Minato-ku, Токио (Япония). Alternatively, the laser transmitters 1A, 1B may be laser transmitters operating at selected wavelengths using distributed feedback lasers (DFB lasers) with a wavelength of 1533 and 1556 nm. In the signal transmission experiments described below, in particular, a distributed feedback laser with a wavelength of 1533 nm was used, directly modulated at a frequency of 2.5 Gbit / s, included with the receiver in the SDX terminal model SLX-1/16, introduced commercialized by PHILIPS NEDERLAND BV, 2500 BV, 's Gravenhage (Netherlands), 1556 nm continuous wave distributed feedback laser manufactured by ANRITSU CORP. 5-10-27 Minato-ku, Tokyo (Japan).

Как показано на фиг. 1, усилители 3 повышают уровень сигналов, генерируемых передатчиками 1A, 1B, до значения, достаточного для обеспечения распространения сигналов на участке оптического волокна до приемной станции или средства усиления, при сохранении достаточного уровня мощности на приемном конце, чтобы обеспечить требуемое качество передачи. As shown in FIG. 1, amplifiers 3 increase the level of signals generated by transmitters 1A, 1B to a value sufficient to allow signals to propagate in the optical fiber section to a receiving station or amplification means while maintaining a sufficient power level at the receiving end to provide the desired transmission quality.

Для выполнения целей изобретения и вышеуказанного его использования усилитель 3 выполнен, например, в виде оптиковолоконного усилителя коммерчески доступного типа со следующими характеристиками:
- входная мощность от -5 до +2 дБмВт
- выходная мощность 13 дБмВт
- рабочая длина волны 1530-1560 нм
Соответствующей моделью является ТРА/Е-12, выпускаемая Заявителем.To achieve the objectives of the invention and its above use, the amplifier 3 is made, for example, in the form of a commercially available optical fiber amplifier with the following characteristics:
- input power from -5 to +2 dBm
- output power 13 dBm
- working wavelength 1530-1560 nm
The relevant model is TPA / E-12, issued by the Applicant.

Селективные элементы связи 4 являются оптическими компонентами, предназначенными для передачи оптических сигналов на различных длинах волн в единое выходное оптическое волокно и для разделения двух перекрывающихся сигналов в едином входном оптическом волокне на два оптических выходных волокна соответственно, в зависимости от конкретных длин волн. Указанные селективные элементы связи необходимы для получения ширины полосы пропускания, обеспечивающей разделение сигналов в двух направлениях, в отсутствие перекрестных помех. Selective coupling elements 4 are optical components for transmitting optical signals at different wavelengths into a single output optical fiber and for separating two overlapping signals in a single input optical fiber into two optical output fibers, respectively, depending on specific wavelengths. These selective communication elements are necessary to obtain a bandwidth that provides separation of signals in two directions, in the absence of crosstalk.

Селективные элементы связи 21, 22 могут предпочтительно иметь вид, схематично представленный на фиг. 3A. Они имеют четыре оптических волокна доступа (входные или выходные порты) 101, 102, 103, 104 соответственно и содержат селективно отражающий элемент 105 в средней части, причем отражающий элемент действует подобно полосно пропускающему элементу при передаче и подобно полосно режектирующему элементу при отражении. Таким образом этот элемент предназначен для обеспечения прохождения сигналов с длиной волны в предварительно определенной полосе и для отражения сигналов с длиной волны, вне этой полосы. Входной сигнал, поступающий в оптическое волокно 101 селективного элемента связи, с длиной волны λ_p внутри полосы пропускания элемента 105 передается без значительного ослабления в оптическое волокно 103, и, аналогично, сигналы с длиной волны λ_p передаются из оптического волокна 104 в оптическое волокно 102 или симметричным образом из оптического волокна 103 в оптическое волокно 101 и из оптического волокна 102 в оптическое волокно 104. Входной сигнал, поступающий в оптическое волокно 101, с длиной волны λ_r за предела ми такой полосы, наоборот, отражается в оптическое волокно 104, и, аналогично, сигналы с длиной волны λ_r проходят из оптического волокна 102 в оптическое волокно 103 и симметричным образом - из оптического волокна 104 в оптическое волокно 101 и из оптического волокна 103 - в оптическое волокно 102.Selective coupling elements 21, 22 may preferably be in the form shown schematically in FIG. 3A. They have four optical access fibers (input or output ports) 101, 102, 103, 104, respectively, and contain a selectively reflective element 105 in the middle part, the reflective element acting like a band-pass element during transmission and like a band-rejection element during reflection. Thus, this element is designed to ensure the passage of signals with a wavelength in a predetermined band and to reflect signals with a wavelength outside this band. The input signal to the optical fiber 101 of the selective coupler with a wavelength λ _p inside the passband of the element 105 is transmitted without significant attenuation to the optical fiber 103, and, similarly, signals with a wavelength λ _p are transmitted from the optical fiber 104 to the optical fiber 102 or symmetrically from the optical fiber 103 to the optical fiber 101 and from the optical fiber 102 to the optical fiber 104. The input signal to the optical fiber 101, with a wavelength of λ _r outside of this band, on the contrary, is reflected I go to optical fiber 104, and, similarly, signals with a wavelength of λ _r pass from optical fiber 102 to optical fiber 103 and symmetrically from optical fiber 104 to optical fiber 101 and from optical fiber 103 to optical fiber 102.

На фиг. 3B представлена рассмотренная ниже полоса пропускания селективно отражающего элемента 105 или, более широко, полоса пропускания селективного элемента связи; полоса, длины волн которой близки к волне с минимальным ослаблением при передаче и которой при передаче через селективно отражающий элемент 105 соответствует ослабление не более 0,5 дБ дополнительно к минимальному ослаблению. Ширина этой полосы пропускания представлена на фиг. 3B как ширина полосы на уровне - 0,5 дБ ("-0,5 dB BW"). In FIG. 3B shows the bandwidth of the selectively reflective element 105 discussed below or, more generally, the bandwidth of the selective coupler; a band whose wavelengths are close to a wave with minimal attenuation during transmission and which when transmitted through a selectively reflecting element 105 corresponds to an attenuation of not more than 0.5 dB in addition to the minimum attenuation. The width of this bandwidth is shown in FIG. 3B as the bandwidth at the level of - 0.5 dB ("-0.5 dB BW").

Аналогичным образом ниже будет рассмотрена в качестве полосы отражения селективно отражающего элемента 105 или, более широко, в качестве полосы отражения селективного элемента связи, полоса, длины волн которой близки к длине волны минимального ослабления при отражении и которой при отражении селективным отражающим элементом 105, соответствует ослабление не более 0,5 дБ в дополнение к минимальному ослаблению. Similarly, below we will consider as the reflection band of the selectively reflecting element 105 or, more broadly, as the reflection band of the selective coupling element, a band whose wavelengths are close to the wavelength of minimum attenuation upon reflection and which when reflected by the selective reflecting element 105 corresponds to attenuation no more than 0.5 dB in addition to minimal attenuation.

Селективные элементы связи выбраны таким образом, что, по меньшей мере, часть их полосы пропускания и, по меньшей мере, часть их полосы отражения находятся в полосе усиления двунаправленного усилительного блока, и что длины волн λ₁ и λ₂ входят соответственно в упомянутые полосу пропускания и полосу отражения.Selective coupling elements are selected in such a way that at least part of their passband and at least part of their reflection band are in the gain band of the bi-directional amplifier unit, and that the wavelengths λ ₁ and λ ₂ are respectively included in said pass band and reflection band.

В то время как описаны четыре оптических волокна доступа, могут быть использованы селективные элементы связи только с тремя оптическими волокнами доступа, при этом четвертое из них (например, 104) остается неиспользованным. While four optical access fibers are described, selective communication elements with only three optical access fibers can be used, with the fourth of them (for example, 104) remaining unused.

К примеру, пригодным для применения селективным элементом связи является модель WD 1515AY-A3, введенная в коммерческий оборот компанией JDS FITEL INC., Hesion Drive Hepean, Онтарио (Канада), структура которой соответствует приведенному описанию со ссылками на фиг. 3A, в варианте использования только трех оптических волокон доступа 101, 102, 103. For example, a selectable coupling element suitable for use is the WD 1515AY-A3 model commercially available from JDS FITEL INC., Hesion Drive Hepean, Ontario (Canada), the structure of which is as described with reference to FIG. 3A, in an embodiment using only three access optical fibers 101, 102, 103.

Характеристики относительного спектрального ослабления приведены на фиг. 4A и 4B. Приведенные кривые показывают ослабление при изменении длины волны, испытываемое сигналом, введенным в данное оптическое волокно селективного элемента связи, при его распространении до достижения конкретного выходного оптического волокна. Кривая 4A, в частности, относится к случаю распространения сигналов между оптическими волокнами 102 и 103 и показывает значительное ослабление ( > 20 дБ) для длин волн в пределах полосы около 10 нм с центральной длиной волны 1533 нм и очень малое ослабление (около 0,5 дБ) для длин волн, превышающих 1543 нм. Кривая 4B, относящаяся к случаю распространения сигналов между оптическими волокнами 101 и 103, симметрична относительно предыдущей кривой и проявляет очень малое ослабление (около 0,7 дБ) для длин волн в полосе около 10 нм с центральной длиной волны 1533 нм и значительное ослабление ( > 20 дБ) для длин волн, превышающих 1543 нм. The relative spectral attenuation characteristics are shown in FIG. 4A and 4B. These curves show the attenuation when changing the wavelength, experienced by the signal introduced into the optical fiber of the selective communication element, when it propagates to achieve a specific output optical fiber. Curve 4A, in particular, refers to the case of signal propagation between optical fibers 102 and 103 and shows significant attenuation (> 20 dB) for wavelengths within a band of about 10 nm with a center wavelength of 1533 nm and very little attenuation (about 0.5 dB) for wavelengths exceeding 1543 nm. Curve 4B relating to the propagation of signals between optical fibers 101 and 103 is symmetrical with respect to the previous curve and exhibits very little attenuation (about 0.7 dB) for wavelengths in the band of about 10 nm with a central wavelength of 1533 nm and significant attenuation (> 20 dB) for wavelengths exceeding 1543 nm.

Для селективного элемента связи указанной модели ширина определенной выше полосы пропускания составляет около 10 нм. For the selective coupling element of the specified model, the width of the passband defined above is about 10 nm.

По аналогии, возвращаясь к фиг. 3B, отметим, что на ней представлена полоса пропускания на уровне - 20 дБ селективного элемента связи; полоса длин волн, которой соответствует ослабление не более 20 дБ дополнительно к минимальному ослаблению, при передаче через селективный элемент связи. By analogy, returning to FIG. 3B, we note that it presents a bandwidth at the level of -20 dB of a selective communication element; the wavelength band, which corresponds to an attenuation of not more than 20 dB in addition to the minimum attenuation, when transmitted through a selective communication element.

Ширина этой полосы пропускания на уровне - 20 дБ ("-20 dB BW" на фиг. 3B) соответствует ширине около 20 нм для селективного элемента связи упомянутой модели. The bandwidth of this bandwidth is −20 dB (“−20 dB BW” in FIG. 3B) corresponds to a width of about 20 nm for the selective coupling element of the model.

Добротность селективного элемента связи, определяемая как отношение ширины полосы пропускания к ширине полосы пропускания на уровне -20 дБ, составляет около 0,5 для селективного элемента связи указанной модели. The quality factor of a selective coupling element, defined as the ratio of the bandwidth to the bandwidth of -20 dB, is about 0.5 for the selective coupling element of this model.

На фиг. 5 представлена блок-схема известного двунаправленного усилителя с разделением длин волн, описанного в упомянутой выше статье в журнале Electronics Letters авторов S.Seikai и др. Эта блок-схема приведена на фиг. 1 указанной статьи. In FIG. 5 is a block diagram of a known bi-directional wavelength division amplifier described in the aforementioned article in Electronics Letters by S. Seikai et al. This block diagram is shown in FIG. 1 of the specified article.

Устройство содержит оптический однонаправленный усилительный блок EDFA, четыре селективных к длинам волн оптических элемента связи WSC1, WSC8, WSC9, WSC2 и два оптических соединителя 106, 107. The device contains an optical unidirectional amplifier block EDFA, four wavelength-selective optical communication elements WSC1, WSC8, WSC9, WSC2 and two optical connectors 106, 107.

Усилительный блок, представленный на чертеже в упомянутой статье, содержит два каскада легированного эрбием оптического волокна, причем первый оптический элемент развязки введен между двумя каскадами, а второй оптический элемент развязки введен на выходе второго каскада, оба они на блок-схеме имеют обозначение ISO. The amplification unit shown in the drawing in the aforementioned article contains two cascades of erbium-doped optical fiber, the first optical decoupling element inserted between the two cascades and the second optical decoupling element introduced at the output of the second cascade, both of which are marked ISO in the block diagram.

В качестве селективных к длинам волн оптических элементов связи в статье указаны элементы типов JDS1535 (WSC1, WSC2) и JDS1550 (WSC8, WSC9). The article describes elements of the JDS1535 (WSC1, WSC2) and JDS1550 (WSC8, WSC9) types as optical wavelength selective optical communication elements.

В соответствии с указанной статьей оба типа элементов при их использовании не выявляют никаких различий. In accordance with this article, both types of elements do not reveal any differences when used.

Селективные элементы связи WSC имеют два канала с длинами волн λ_a и λ_b в окрестности 1,533 и 1,550 мкм.Selective WSC communication elements have two channels with wavelengths λ _a and λ _b in the vicinity of 1.533 and 1.550 μm.

Схема усиления, включенная между соединителями 106, 107, представляет собой мостовую схему, в которой, ввиду свойств селективных элементов связи WSC, оба противоположно распространяющихся оптических сигнала на разных длинах волн проходят через усилительный блок EDFA в одном и том же направлении. The gain circuitry included between connectors 106, 107 is a bridge circuit in which, due to the properties of the WSC selective couplers, both oppositely propagating optical signals at different wavelengths pass through the EDFA amplifier unit in the same direction.

В упомянутой статье утверждается, что такая простая конфигурация, использующая четыре коммерчески доступных (не отличающихся друг от друга) селективных элемента связи WSC, может работать в случае усилителей с усилением ниже 25 дБ, в то время как для усилений, превышающих 30 дБ, схема становится неустойчивой, вследствие потерь при прохождении через селективные элементы связи. Для решения этой проблемы в статье предлагается использовать селективный элемент WSC4 типа JDS 1535, во входной ветви на длине волны 1,55 мкм петли, и два оптических перестраиваемых фильтра TOF1 и TOF2 во входных ветвях для снижения шумов спонтанного излучения; если упомянутые фильтры заменить селективными элементами связи WSC, система становится неустойчивой на длине волны 1,54 мкм в области пересечения полос пропускания селективных элементов связи. This article claims that such a simple configuration, using four commercially available (not different from each other) selective WSC couplers, can work in the case of amplifiers with amplification below 25 dB, while for amplifications exceeding 30 dB, the circuit becomes unstable due to losses when passing through selective communication elements. To solve this problem, the article proposes to use a selective element WSC4 type JDS 1535, in the input branch at a wavelength of 1.55 μm loop, and two tunable optical filters TOF1 and TOF2 in the input branches to reduce spontaneous emission noise; if the mentioned filters are replaced by selective WSC coupling elements, the system becomes unstable at a wavelength of 1.54 μm in the region of intersection of the passband of the selective coupling elements.

Использование дополнительных селективных оптических элементов связи, как это предложено, существенно усложняет структуру системы. Кроме того, использование фильтров перестраиваемого типа, которые требуют высокоточной и непрерывной настройки, а также использование других средств контроля, делает практическое осуществление предложенной конфигурации еще более трудным. The use of additional selective optical communication elements, as proposed, significantly complicates the structure of the system. In addition, the use of tunable filters, which require high-precision and continuous adjustment, as well as the use of other means of control, makes the practical implementation of the proposed configuration even more difficult.

Устройство, обозначенное на блок-схеме по фиг. 6, позицией 6, соответствует двунаправленному усилителю, соответствующему одной из конфигураций, исследованных Заявителем. The device indicated in the block diagram of FIG. 6, at 6, corresponds to a bi-directional amplifier corresponding to one of the configurations investigated by the Applicant.

Он содержит один однонаправленный усилительный блок 20, который будет описан ниже, два селективных к длинам волн оптических элемента связи 21 и 22, два оптических соединителя 106, 107 и участки 23, 29 пассивного оптического волокна. It contains one unidirectional amplifier unit 20, which will be described below, two wavelength-selective optical communication elements 21 and 22, two optical connectors 106, 107 and sections 23, 29 of the passive optical fiber.

Как показано на фиг. 6, соединитель 106 подсоединен к оптическому волокну 101 селективного элемента связи 21. Соединение между оптическим волокном 102 селективного элемента связи 21 и оптическим волокном 102 селективного элемента связи 22 осуществлено посредством оптического волокна 23, а соединение между оптическим волокном 104 селективного элемента связи 21 и оптическим волокном 104 селективного элемента связи 22 осуществлено посредством оптического волокна 29. Однонаправленный усилительный блок 20 включен между оптическим волокном 103 селективного элемента связи 21 и оптическим волокном 101 селективного элемента связи 22, так что рабочее направление этого блока соответствует направлению от селективного элемента связи 21 к селективному элементу связи 22. Наконец соединитель 107 подсоединен к оптическому волокну 103 селективного элемента связи 22. As shown in FIG. 6, the connector 106 is connected to the optical fiber 101 of the selective coupler 21. The connection between the optical fiber 102 of the selective coupler 21 and the optical fiber 102 of the selective coupler 22 is made by the optical fiber 23, and the connection between the optical fiber 104 of the selective coupler 21 and the optical fiber 104 of the selective coupler 22 is implemented by the optical fiber 29. A unidirectional amplifier unit 20 is connected between the optical fiber 103 of the selective coupler 21 and about cal fiber 101 of the selective coupler 22, so that the working direction of the block corresponds to the direction from the selective coupler 21 to the selective connection member 22. Finally connector 107 is connected to the optical fiber 103 of the selective coupler 22.

Однонаправленный усилительный блок 20 представляет собой оптический усилительный блок предпочтительно типа оптического линейного усилителя, характеризуемый полосой длин волн усиления, в пределах которой выбраны рабочие длины волн λ₁ и λ₂ в обоих направлениях двунаправленного усилителя 6. Соответствующим линейным усилителем является, например, усилитель, введенный в коммерческий оборот Заявителем с торговой маркой OLA/EMW, детально описываемый ниже. Селективные элементы связи 21, 22 такие, как описано со ссылками на фиг. 3A.The unidirectional amplifier unit 20 is an optical amplifier unit, preferably of the type of an optical linear amplifier, characterized by a gain wavelength band within which the operating wavelengths λ ₁ and λ ₂ in both directions of the bi-directional amplifier 6 are selected. The corresponding linear amplifier is, for example, an amplifier introduced into commercial circulation by the Applicant with the OLA / EMW trademark, described in detail below. Selective coupling elements 21, 22 are as described with reference to FIG. 3A.

Селективные элементы связи подбираются таким образом, что по меньшей мере часть их полосы пропускания и по меньшей мере часть их полосы отражения находятся в пределах полосы усиления усилительного блока, при этом длина волны λ₁ находится в пределах их полосы пропускания, а длины волны λ₂ - в пределах их полосы отражения.Selective communication elements are selected in such a way that at least part of their passband and at least part of their reflection band are within the gain band of the amplifier unit, while wavelength λ ₁ is within their passband and wavelength λ ₂ is within their reflection band.

Соответствующими селективными элементами связи являются, например элементы связи модели WD 1557AY-4, изготавливаемые вышеупомянутой компанией JDS FITEL; эта модель подобна ранее упомянутой модели WD 1515AY-A3, которая, однако, снабжена четырьмя оптическими волокнами доступа 101, 102, 103, 104. Соответствующие характеристики спектрального ослабления между оптическими волокнами 101 и 104 и между оптическими волокна ми 102 и 103 практически идентичны показанным на фиг. 4A. Аналогично, характеристики спектрального ослабления между оптическими 101 и 103 и между оптическими волокнами 102 и 104 практически идентичны показанным на фиг. 4B. Для этой модели селективной связи добротность также имеет значение около 0,5. Suitable selective coupling elements are, for example, model WD 1557AY-4 coupling elements manufactured by the aforementioned JDS FITEL; this model is similar to the previously mentioned model WD 1515AY-A3, which, however, is equipped with four optical access fibers 101, 102, 103, 104. The corresponding spectral attenuation characteristics between the optical fibers 101 and 104 and between the optical fibers 102 and 103 are almost identical to those shown in FIG. 4A. Similarly, the spectral attenuation characteristics between the optical 101 and 103 and between the optical fibers 102 and 104 are almost identical to those shown in FIG. 4B. For this model of selective communication, the quality factor also has a value of about 0.5.

Оптические соединители 106, 107 могут быть серии SPC, производимой компанией SEIKON GIKEN, 296-1 Matsuhidal, Matsudo, Chiba (Япония). The optical connectors 106, 107 may be the SPC series manufactured by SEIKON GIKEN, 296-1 Matsuhidal, Matsudo, Chiba (Japan).

Как показано на фиг. 6, в случае селективного элемента связи 21 входной сигнал с длиной волны λ₁ , поступающий на вход оптического волокна доступа 101, проходит через селективный элемент связи без изменений и выходит из оптического волокна 103. Входной сигнал с длиной волны λ₂ , поступающий на вход оптического волокна 104, отражается и передается на выход оптического волокна 101. Входной сигнал с длиной волны λ₂ поступающий на вход оптического волокна 102, отражается и передается на выход оптического волокна 103. Аналогично, для селективного элемента связи 22 при наличии входных сигналов, поступающих на вход оптического волокна доступа 101 с длиной волны λ₁ и длиной волны λ₂ , сигнал с длиной волны λ₁ проходит через этот селективный элемент связи без изменений и выходит из оптического волокна 103, в то время как сигнал с длиной волны λ₂ отражается и передается на выход к оптическому волокну 104; входной сигнал с длиной волны λ₂ поступающий на вход оптического волокна 103, отражается и передается на выход в оптическое волокно 102. Сигнал с длиной волны λ₂ из линии передачи, проходящий через соединитель 107, поэтому претерпевает два отражения (22 и 21), усиливается в усилительном блоке 20 и претерпевает два последующих отражения (22 и 21) перед выходом из соединителя 106. Сигнал волны λ₁ из линии передачи, проходящий через соединитель 106, передается через селективный элемент связи 21, усиливается и затем передается через селективный элемент связи 22.As shown in FIG. 6, in the case of a selective communication element 21, an input signal with a wavelength of λ ₁ input to the input of the optical access fiber 101 passes through the selective communication element unchanged and leaves the optical fiber 103. An input signal with a wavelength of λ ₂ input to the optical fiber 104 is reflected and transmitted to the output of the optical fiber 101. An input signal with a wavelength λ ₂ arriving at the input of the optical fiber 102 is reflected and transmitted to the output of the optical fiber 103. Similarly, for the selective communication element 22 in the presence of of the input signals to the input of the optical access fiber 101 with a wavelength of λ ₁ and a wavelength of λ ₂ , a signal with a wavelength of λ ₁ passes through this selective communication element unchanged and leaves the optical fiber 103, while the signal with a wavelength λ _{2 is} reflected and transmitted to the output to the optical fiber 104; an input signal with a wavelength of λ ₂ entering the input of the optical fiber 103 is reflected and transmitted to the output of the optical fiber 102. The signal with a wavelength of λ ₂ from the transmission line passing through the connector 107, therefore, undergoes two reflections (22 and 21), is amplified in the amplifier unit 20 and undergoes two subsequent reflections (22 and 21) before exiting the connector 106. The signal of the wave λ ₁ from the transmission line passing through the connector 106 is transmitted through a selective communication element 21, amplified and then transmitted through a selective communication element 22.

Таким образом, устройство обеспечивает одновременное усиление сигналов двух длин волн в каждом направлении. Thus, the device provides simultaneous amplification of the signals of two wavelengths in each direction.

Селективный элемент связи при каждом прохождении через него сигнала действует как полосовой фильтр (как показано на фиг. 4В), устраняя при этом спонтанное излучение на длинах волн между λ₁ и λ₂, распространяющееся вместе с сигналами. В противоположность этому, при каждом отражении селективный элемент связи действует как режекторный фильтр (фиг. 4) и не ослабляет спонтанное излучение.Each time a signal passes through it, the selective coupling element acts as a band-pass filter (as shown in Fig. 4B), eliminating spontaneous emission at wavelengths between λ ₁ and λ ₂ propagating with the signals. In contrast, with each reflection, the selective coupling element acts as a notch filter (FIG. 4) and does not attenuate spontaneous emission.

При введении вышеописанного двунаправленного усилителя 6 в оптическую линию связи, согласно схеме по фиг. 1, в которой передатчик 1A работает на длине волны 1533 нм, а передатчик 1B работает на длине волны 1556 нм, при ослаблении 26,7 дБ в каждом из оптических волокон 5, определялись мощности в точках I, II, III, IV, V, VI, показанных на фиг. 1. Результаты сведены в табл. 1. By introducing the above bi-directional amplifier 6 into the optical communication line according to the circuit of FIG. 1, in which the transmitter 1A operates at a wavelength of 1533 nm, and the transmitter 1B operates at a wavelength of 1556 nm, with attenuation of 26.7 dB in each of the optical fibers 5, the powers were determined at points I, II, III, IV, V, VI shown in FIG. 1. The results are summarized in table. 1.

Альтернативный вариант двунаправленного оптического усилителя, согласно предложенной первой его конфигурации, получают путем изменения предложенной конфигурации за счет использования селективных элементов связи 21', 22', выбранных таким образом, что длины волн λ₁ и λ₂ включены в соответствующие полосы отражения и пропускания, и за счет одновременного изменения на обратное направления распространения сигналов с длинами волн λ₁ и λ₂, т.е. путем соединения оптического соединителя 106 с сегментом линии передачи, из которого приходит сигнал с длиной волны λ₂, и оптического соединителя 107 с сегментом линии передачи, из которого приходит сигнал с длиной волны λ₁.
Согласно фиг. 7, вторая конфигурация двунаправленного усилителя, исследованная Заявителем, включает два селективных оптических элемента связи 31 и 32, однонаправленный усилительный блок 20, два оптических соединителя 106 и 107, оптический элемент развязки 33 и участки 34, 35 пассивного оптического волокна.An alternative bi-directional optical amplifier, according to the proposed first configuration, is obtained by changing the proposed configuration by using selective communication elements 21 ', 22', selected so that the wavelengths λ ₁ and λ ₂ are included in the corresponding reflection and transmission bands, and due to the simultaneous reversal of the direction of propagation of signals with wavelengths λ ₁ and λ ₂ , i.e. by connecting an optical connector 106 with a segment of a transmission line from which a signal with a wavelength of λ ₂ arrives, and an optical connector 107 with a segment of a transmission line from which a signal with a wavelength of λ ₁ comes.
According to FIG. 7, the second bi-directional amplifier configuration examined by the Applicant includes two selective optical communication elements 31 and 32, a unidirectional amplifier unit 20, two optical connectors 106 and 107, an optical isolation element 33, and passive optical fiber portions 34, 35.

Как показано на фиг. 7, соединитель 106 соединен с оптическим волокном 101 селективного элемента связи 31. Соединение между оптическим волокном 102 селективного элемента связи 32 и оптическим волокном 102 селективного элемента связи 31 осуществлено посредством оптического волокна 34, в которое введен оптический элемент развязки 33, предназначенный для обеспечения распространения излучения только в направлении от селективного элемента связи 32 к селективному элементу связи 31. Соединение между оптическим волокном 103 селективного элемента связи 31 и оптическим волокном 104 селективного элемента связи 32 осуществлено посредством оптического волокна 35. Однонаправленный усилительный блок 20 включен между оптическим волокном 104 селективного элемента связи 31 и оптическим волокном 101 селективного элемента связи 32 таким образом, что рабочее направление упомянутого блока соответствует направлению от селективного элемента связи 31 к селективному элементу связи 32. И, наконец, соединитель 107 подключен к оптическому волокну 103 селективного элемента связи 32. As shown in FIG. 7, the connector 106 is connected to the optical fiber 101 of the selective coupler 31. The connection between the optical fiber 102 of the selective coupler 32 and the optical fiber 102 of the selective coupler 31 is carried out by the optical fiber 34, into which the optical isolation element 33 is designed to provide radiation propagation only in the direction from the selective coupler 32 to the selective coupler 31. The connection between the optical fiber 103 of the selective coupler 31 and the optical fiber 104 of the selective coupler 32 is implemented by the optical fiber 35. A unidirectional amplifier unit 20 is connected between the optical fiber 104 of the selective coupler 31 and the optical fiber 101 of the selective coupler 32 in such a way that the working direction of said block corresponds to the direction from the selective coupler 31 to the selective element communication 32. And finally, the connector 107 is connected to the optical fiber 103 of the selective communication element 32.

Однонаправленный усилительный блок 20 и оптические усилители 106, 107 выбраны того же типа, что и в устройстве, описанном со ссылками на фиг. 6. The unidirectional amplifier unit 20 and the optical amplifiers 106, 107 are selected of the same type as in the device described with reference to FIG. 6.

Рабочие длины волн λ₁ и λ₂ в каждом направлении двунаправленного усилителя выбраны в пределах полосы усиления однонаправленного усилительного блока 20.The operating wavelengths λ ₁ and λ ₂ in each direction of the bi-directional amplifier are selected within the gain band of the unidirectional amplifier unit 20.

Оптический элемент развязки 33 является нечувствительным к поляризации передаваемого сигнала и обеспечивает развязку более 35 дБ и отражение ниже - 50 дБ. The optical isolation element 33 is insensitive to the polarization of the transmitted signal and provides isolation of more than 35 dB and reflection below 50 dB.

Соответствующими элементами развязки являются элементы развязки модели DML 1-15 PIPT-A S/N 1016, поставляемые компанией ISIWAVE, 64 Harding Avenue, Dover, Нью-Джерси (США). Corresponding decoupling elements are decoupling elements of the DML 1-15 PIPT-A S / N 1016 model supplied by ISIWAVE, 64 Harding Avenue, Dover, New Jersey (USA).

Селективные элементы связи 31 и 32 представляют собой элементы связи отражательного типа, подобные описанным со ссылками на фиг. 3A, и выбраны таким образом, что соответствующие полосы пропускания находятся в полосе усиления однонаправленного усилительного блока 20. Полосы пропускания селективных элементов связи 31 и 32 включают длины волн λ₁ и λ₂ соответственно. Полосы пропускания двух селективных элементов связи, кроме того не перекрываются. Длины волн λ₁ и λ₂ входят в полосы отражения селективных элементов связи 32, 31 соответственно.Selective coupling elements 31 and 32 are reflective type coupling elements similar to those described with reference to FIG. 3A, and are selected so that the corresponding pass bands are in the gain band of the unidirectional amplifier unit 20. The pass bands of the selective couplers 31 and 32 include wavelengths λ ₁ and λ _2, respectively. The bandwidths of two selective communication elements, in addition, do not overlap. The wavelengths λ ₁ and λ ₂ are included in the reflection bands of the selective coupling elements 32, 31, respectively.

В качестве селективного элемента связи 31 может быть использован элемент связи модели WD1515AX-4, а в качестве селективного элемента связи 32 - модели WD1557AY-4, выпускаемые компанией JDS FITEL. Характеристики последнего, аналогично характеристикам селективного элемента связи, предназначенные для использования в устройстве по фиг. 6 были описаны выше. Селективные характеристики первого из упомянутых элементов связи представлены кривыми, подобными показанным на фиг. 4A и 4B, поэтому здесь уместна отсылка на их описание, приведенное выше. В частности, добротность селективного элемента связи в этом случае также имеет значение 0,5. В отличие от случая, иллюстрируемого на фиг. 4A и 4B, центральная длина волны полосы пропускания селективного элемента связи, если рассматривается модель WD1515AX-4, равна около 1557 нм. As a selective communication element 31, a model communication element WD1515AX-4 can be used, and as a selective communication element 32, models WD1557AY-4 manufactured by JDS FITEL can be used. The characteristics of the latter, similar to the characteristics of the selective coupling element, intended for use in the device of FIG. 6 have been described above. The selective characteristics of the first of said coupling elements are represented by curves similar to those shown in FIG. 4A and 4B, therefore, reference to their description above is appropriate here. In particular, the quality factor of the selective coupling element in this case also has a value of 0.5. In contrast to the case illustrated in FIG. 4A and 4B, the center wavelength of the passband of the selective coupler, if the WD1515AX-4 model is being considered, is about 1557 nm.

Как указано на фиг. 7, в случае селективного элемента связи 31 сигнал с длиной волны λ₁ в полосе селективного элемента связи, введенный в оптическое волокно доступа 101, отражается селективным элементом связи и выходит из оптического волокна 104. Сигнал с длиной волны λ₂ в полосе селективного элемента связи 32 (и поэтому за пределами полосы селективного элемента связи 31), введенный в оптическое волокно 103, пропускается и передается на выход к оптическому волокну 101; входной сигнал в оптическом волокне 102 с длиной волны λ₂ пропускается и передается на выход в оптическое волокно 104.As indicated in FIG. 7, in the case of selective communication element 31, a signal with a wavelength of λ ₁ in the band of the selective communication element inserted into the optical access fiber 101 is reflected by the selective communication element and leaves the optical fiber 104. A signal with a wavelength of λ ₂ in the strip of the selective communication element 32 (and therefore, outside the band of the selective coupler 31) introduced into the optical fiber 103 is passed and transmitted to the output to the optical fiber 101; an input signal in the optical fiber 102 with a wavelength of λ _{2 is} passed and transmitted to the output in the optical fiber 104.

В случае селективного элемента связи 32 в присутствии входных сигналов с длинами волн λ₁ и λ₂, поступающих в оптическое волокно доступа 101, сигнал с длиной волны λ₁ проходит без изменений через селективный элемент связи и выходит из оптического волокна 103, в то время как сигнал с длиной волны λ₂ отражается и выводится из оптического волокна 104. Входной сигнал с длиной волны λ₂ на входе оптического волокна 103 отражается и выводится из оптического волокна 102.In the case of the selective coupling element 32 in the presence of input signals with wavelengths λ ₁ and λ ₂ entering the optical access fiber 101, the signal with the wavelength λ ₁ passes unchanged through the selective coupling element and leaves the optical fiber 103, while a signal with a wavelength of λ _{2 is} reflected and output from the optical fiber 104. An input signal with a wavelength of λ ₂ at the input of the optical fiber 103 is reflected and output from the optical fiber 102.

Сигнал с длиной волны λ₂, поступающий из линии связи через соединитель 107, претерпев отражение (32) и пропускание (31), усиливается в усилительном блоке 20 и вновь подвергается отражению (32) и пропусканию (31) перед выводом через соединитель 106. Сигнал с длиной волны λ₁, поступающий из линии связи через соединитель 106, отражается в селективном элементе связи 31, усиливается и затем пропускается через селективный элемент связи 32 на соединитель 107.The signal with a wavelength of λ ₂ coming from the communication line through the connector 107, having undergone reflection (32) and transmission (31), is amplified in the amplification unit 20 and is again reflected (32) and transmitted (31) before being output through the connector 106. The signal with a wavelength of λ ₁ coming from the communication line through the connector 106 is reflected in the selective communication element 31, amplified and then passed through the selective communication element 32 to the connector 107.

И в этом случае, таким образом, устройство обеспечивает одновременное усиление сигналов с двумя длинами волн в каждом направлении. And in this case, thus, the device provides simultaneous amplification of signals with two wavelengths in each direction.

Селективные элементы связи при каждом пропускании проходящих через них сигналов действуют как полосовые фильтры, как показано на фиг. 4B, 8B, устраняя при этом спонтанное излучение на длинах волн между λ₁ и λ₂ распространяющееся вместе с сигналами. В противоположность этому, при каждом отражении селективные элементы связи действуют как режекторные фильтры (фиг. 4A, 8A) и не ослабляют спонтанное излучение.Selective communication elements act as bandpass filters at each transmission of signals passing through them, as shown in FIG. 4B, 8B, while eliminating spontaneous emission at wavelengths between λ ₁ and λ ₂ propagating with the signals. In contrast, with each reflection, selective coupling elements act as notch filters (FIGS. 4A, 8A) and do not attenuate spontaneous emission.

Таким образом, для каждого направления распространения имеется по меньшей мере один путь прохождения сигнала для элемента, ослабляющего спонтанное излучение. Thus, for each propagation direction, there is at least one signal path for the element attenuating spontaneous emission.

Кроме того, оптический элемент развязки препятствует распространению спонтанного излучения из оптического волокна 102 селективного элемента связи 31 в оптическое волокно 102 селективного элемента связи 32, которое в противном случае после отражения добавилось бы к выходному сигналу с длиной волны λ₂ из оптического волокна 103 селективного элемента связи, поступающему на соединитель 107.In addition, the optical isolation element prevents the propagation of spontaneous radiation from the optical fiber 102 of the selective communication element 31 to the optical fiber 102 of the selective communication element 32, which would otherwise be added to the output signal with a wavelength of λ ₂ from the optical fiber 103 of the selective communication element to connector 107.

Вышеописанное устройство было исследовано в схеме, моделирующей линию связи, подобную описанной со ссылками на фиг. 1. Принятая экспериментальная конфигурация, показанная на фиг. 9 (на которой элементы, соответствующие показанным на фиг. 1, обозначены теми же позициями), содержат две оконечные станции A и В, три двунаправленных усилителя 6 и четыре переменных аттенюатора 5'. The device described above was investigated in a circuit simulating a communication line similar to that described with reference to FIG. 1. The accepted experimental configuration shown in FIG. 9 (in which the elements corresponding to those shown in Fig. 1 are denoted by the same position), contain two terminal stations A and B, three bi-directional amplifiers 6 and four variable attenuators 5 '.

В частности, использовались усилители, обозначенные позицией 6, представляющие собой двунаправленные усилители, соответствующие изобретению в варианте, описанном со ссылками на фиг. 7. Четыре переменных аттенюатора имитировали ослабление на участке пассивного оптического волокна. Использовались аттенюаторы моделей VA5, производимые компанией JDS FITEL, и в первом эксперименте они настраивались так, чтобы обеспечить ослабление 27 дБ каждый. In particular, amplifiers indicated at 6 were used, which are bi-directional amplifiers according to the invention in the embodiment described with reference to FIG. 7. Four variable attenuators simulated attenuation in a passive optical fiber region. The attenuators of the VA5 models manufactured by JDS FITEL were used, and in the first experiment they were tuned to provide attenuation of 27 dB each.

Мощность сигналов, распространяющихся в двух направлениях, с длинами волн 1533 нм и 1556 нм, измеренная на соответствующих входах 11 и 111 усилителя 6, размещенного в промежуточном положении, составила - 14 дБмВт. The power of signals propagating in two directions with wavelengths of 1533 nm and 1556 nm, measured at the corresponding inputs of 11 and 111 of the amplifier 6, placed in an intermediate position, amounted to - 14 dBm.

На фиг. 10 представлены спектры выходных сигналов двунаправленного усилителя. Эти графики были получены наложением продетектированных спектров в точках 11 и 111 соответственно с помощью оптического спектроанализатора модели MS9030A (центральный процессор) и MS 9701B (оптический блок), производимого компанией ANRITSU CORP. In FIG. 10 shows the spectra of the output signals of a bi-directional amplifier. These graphs were obtained by superimposing the detected spectra at points 11 and 111, respectively, using an optical spectrum analyzer model MS9030A (central processor) and MS 9701B (optical unit) manufactured by ANRITSU CORP.

Отношение сигнал/шум, измеренное в полосе шириной 0,5 нм, составило 24,2 дБ для сигналов с длиной волны 1533 нм и 28 дБ для сигналов с длиной волны 1556 нм. The signal-to-noise ratio, measured in a bandwidth of 0.5 nm, was 24.2 dB for signals with a wavelength of 1533 nm and 28 dB for signals with a wavelength of 1556 nm.

Другой эксперимент проводился при изменении ослабления переменных аттенюаторов 5' при неизменных значениях всех других параметров. Для одного набора значений ослабления была измерена частота ошибок по битам линии связи для сигнала с длиной волны 1533 нм, модулированного с частотой 2,5 Гбит/с. Результаты показаны на фиг. 11, причем частота ошибок по битам представлена по оси У в зависимости от ослабления (в дБ) между каждой парой двунаправленных усилителей последовательно. Можно видеть, что для значений ослабления менее 27 дБ частота ошибок по битам меньше 10^-12.Another experiment was carried out when the attenuation of the variable attenuators 5 'was changed at constant values of all other parameters. For one set of attenuation values, the error rate was measured from the bits of the communication line for a signal with a wavelength of 1533 nm, modulated at a frequency of 2.5 Gbit / s. The results are shown in FIG. 11, wherein the bit error rate is represented along the Y axis, depending on the attenuation (in dB) between each pair of bi-directional amplifiers in series. You can see that for attenuation values less than 27 dB, the bit error rate is less than 10 ^-12 .

Другой вариант двунаправленного оптического усилителя, соответствующий предложенной второй конфигурации, получен путем изменения предложенной конфигурации за счет использования селективных элементов связи 31', 32', выбранных таким образом, что длины волн λ₁,λ₂ входят в соответствующие полосы пропускания, а длины волн λ₁,λ₂ входят в соответствующие полосы отражения, и за счет одновременного изменения на обратное направление распространения сигналов с длинами волн λ₁ и λ₂, т.е. путем подсоединения оптического соединителя 106 к сегменту линии передачи, из которого приходит сигнал длиной волны λ₂ , а оптического соединителя 107 - к сегменту линии передачи, из которого поступает сигнал с длиной волны λ₁.
Как показано на фиг. 12, третья конфигурация двунаправленного усилителя, исследованная Заявителем, содержит четыре селективных оптических элемента связи 121, 122, 123, 124, один однонаправленный усилительный блок 20, два оптических соединителя 106, 107 и участки пассивного оптического волокна 125, 126, 127, 128, причем эти компоненты соединены друг
с другом с образованием оптической мостовой схемы.Another variant of a bi-directional optical amplifier corresponding to the proposed second configuration is obtained by changing the proposed configuration through the use of selective communication elements 31 ', 32', chosen in such a way that the wavelengths λ ₁ , λ ₂ are included in the corresponding bandwidths, and the wavelengths λ ₁ , λ ₂ are included in the corresponding reflection bands, and due to a simultaneous change in the opposite direction of propagation of signals with wavelengths λ ₁ and λ ₂ , i.e. by connecting the optical connector 106 to the segment of the transmission line from which the signal with a wavelength of λ ₂ arrives, and the optical connector 107 to the segment of the transmission line from which the signal with the wavelength of λ ₁ comes.
As shown in FIG. 12, the third bi-directional amplifier configuration examined by the Applicant comprises four selective optical communication elements 121, 122, 123, 124, one unidirectional amplifier unit 20, two optical connectors 106, 107 and passive optical fiber portions 125, 126, 127, 128, wherein these components are connected to each other
with another to form an optical bridge circuit.

Как показано на фиг. 12, соединитель 106 соединен с оптическим волокном 103 селективного элемента связи 121. Соединение между оптическим волокном 101 селективного элемента связи 121 и волокном 102 селективного элемента связи 122 осуществлено посредством оптического волокна 125. Соединение между оптическим волокном 102 селективного элемента связи 121 и волокном 101 селективного элемента связи 124 осуществлено посредством оптического волокна 128. Однонаправленный усилительный блок 20 подсоединен между волокном 103 селективного элемента связи 122 и волокном 103 селективного элемента связи 124 таким образом, что рабочее направление для этого блока соответствует направлению от селективного элемента связи 122 к селективному элементу связи 124. Соединение между оптическим волокном 101 селективного элемента связи 122 и волокном 102 селективного элемента связи 123 осуществлено посредством оптического волокна 126. Соединение между оптическим волокном 102 селективного элемента связи 124 и волокном 101 селективного элемента связи 123 осуществлено с помощью оптического волокна 127. Наконец, соединитель 107 подключен к оптическому волокну 103 селективного элемента связи 123. Однонаправленный усилительный блок 20 и оптические соединители 106, 107 того же типа, что и в устройствах, описанных со ссылками на фиг. 6 и 7. As shown in FIG. 12, the connector 106 is connected to the optical fiber 103 of the selective coupler 121. The connection between the optical fiber 101 of the selective coupler 121 and the fiber 102 of the selective coupler 122 is made by the optical fiber 125. The connection between the optical fiber 102 of the selective coupler 121 and the fiber 101 of the selective element The coupling 124 is implemented through the optical fiber 128. A unidirectional amplifier unit 20 is connected between the fiber 103 of the selective coupler 122 and the fiber 103 of the selective the communication 124 so that the operating direction for this block corresponds to the direction from the selective communication element 122 to the selective communication element 124. The connection between the optical fiber 101 of the selective communication element 122 and the fiber 102 of the selective communication element 123 is made by the optical fiber 126. The connection between the optical the fiber 102 of the selective coupler 124 and the fiber 101 of the selective coupler 123 is implemented using the optical fiber 127. Finally, the connector 107 is connected to the optical fiber 10 3 of the selective coupling element 123. The unidirectional amplifier unit 20 and the optical connectors 106, 107 of the same type as in the devices described with reference to FIG. 6 and 7.

Рабочие длины волн λ₁ и λ₂ в каждом направлении для двунаправленного усилителя выбраны в пределах полосы усиления однонаправленного усилительного блока 20.The operating wavelengths λ ₁ and λ ₂ in each direction for the bi-directional amplifier are selected within the gain band of the unidirectional amplifier unit 20.

Селективные элементы связи 121, 122, 123, 124 представляют собой элементы связи отражательного типа, как описано со ссылками на фиг. 3A, и снабжены тремя оптическими волокнами доступа 101, 102, 103. Элементы связи выбраны таким образом, что по меньшей мере часть соответствующих полос пропускания и по меньшей мере часть соответствующих полос отражения находятся в пределах полосы усиления однонаправленного усилительного блока 20. Элементы связи 121 и 123 идентичны друг другу, и элементы связи 122 и 124 также идентичны друг другу. Полоса пропускания селективных элементов связи 121, 123 содержит длину волны λ₁. Полоса пропускания селективных элементов связи 122, 124 содержит длину волны λ₂. Полоса пропускания селективных элементов связи 121, 123 на перекрывается с полосой пропускания селективных элементов связи 122, 124. Длина волны λ₁ входит в полосу отражения селективных элементов связи 122, 124, а длина волны λ₂ входит в полосу отражения селективных элементов связи 121, 123.Selective communication elements 121, 122, 123, 124 are reflective type communication elements, as described with reference to FIG. 3A, and provided with three optical access fibers 101, 102, 103. The communication elements are selected so that at least a portion of the corresponding passband and at least a portion of the corresponding reflection band are within the gain band of the unidirectional amplifier unit 20. The communication elements 121 and 123 are identical to each other, and communication elements 122 and 124 are also identical to each other. The passband of the selective coupling elements 121, 123 contains a wavelength of λ ₁ . The passband of the selective coupling elements 122, 124 contains a wavelength of λ ₂ . The passband of the selective couplers 121, 123 does not overlap with the passband of the selective couplers 122, 124. The wavelength λ ₁ is included in the reflection band of the selective couplers 122, 124, and the wavelength λ ₂ is included in the reflection band of the selective couplers 121, 123 .

Как показано на чертеже, поэтому элементы связи идентичны друг другу, расположены симметрично относительно двух направлений распространения сигналов, в оптической мостовой схеме, в которую они введены. Селективные элементы связи 122, 124 находятся в узлах оптической мостовой схемы, с которыми соединены две оконечные части однонаправленного усилителя 20, а селективные элементы связи 121, 123 находится в узлах оптической мостовой схемы, к которым подключены соединители для подключения линии передач. As shown in the drawing, therefore, the communication elements are identical to each other, are located symmetrically with respect to the two directions of signal propagation, in the optical bridge circuit into which they are inserted. Selective communication elements 122, 124 are located in the nodes of the optical bridge circuit to which two terminal parts of the unidirectional amplifier 20 are connected, and selective communication elements 121, 123 are located in the nodes of the optical bridge circuit to which the connectors for connecting the transmission line are connected.

В качестве селективных элементов связи 121, 123 могут использоваться элементы связи модели WD1515AY-A3, а в качестве селективных элементов связи 122, 124 - элементы связи модели WD1515AX-A3, изготавливаемые компанией JDS FITEL . Moдель WD 1515AY-A3 уже описывалась и ее спектральные характеристики представлены на фиг. 4A, 4B. Модель WD1515AX-A3 отличается от модели 1515AX-4, описанной со ссылками на вторую конфигурацию оптического усилителя, исследованную Заявителем, только числом оптических волокон доступа; соответствующие спектральные характеристики представлены на фиг. 8А, 8В. Обе использованные модели имеют добротность около 0,5. As the selective communication elements 121, 123, the communication elements of the WD1515AY-A3 model can be used, and as selective communication elements 122, 124, the communication elements of the WD1515AX-A3 model manufactured by JDS FITEL can be used. Model WD 1515AY-A3 has already been described and its spectral characteristics are shown in FIG. 4A, 4B. Model WD1515AX-A3 differs from model 1515AX-4, described with reference to the second configuration of the optical amplifier examined by the Applicant, only by the number of optical access fibers; corresponding spectral characteristics are shown in FIG. 8A, 8B. Both models used have a quality factor of about 0.5.

В соответствии с фиг. 12, в случае селективного элемента связи 121 входной сигнал, поступающий в оптическое волокно доступа с длиной волны λ₁ селективного элемента связи, передается в оптическое волокно 101 а входной сигнал, поступающий в оптическое волокно 102 с длиной волны λ₂ , отражается в направлении к оптическому волокну 103.In accordance with FIG. 12, in the case of the selective coupling element 121, the input signal entering the optical access fiber with a wavelength λ _{1 of the} selective coupling element is transmitted to the optical fiber 101 and the input signal entering the optical fiber 102 with a wavelength λ ₂ is reflected in the direction of the optical fiber 103.

В случае селективного элемента связи 122 входной сигнал, поступающий в оптическое волокно доступа 102 с длиной волны λ₁ вне полосы селективного элемента связи, отражается к оптическому волокну 103, а входной сигнал, поступающий в оптическое волокно 101 с длиной волны λ₂ , передается в оптическое волокно 103.In the case of the selective communication element 122, the input signal entering the optical access fiber 102 with a wavelength of λ ₁ outside the band of the selective communication element is reflected to the optical fiber 103, and the input signal coming into the optical fiber 101 with a wavelength of λ ₂ is transmitted to the optical fiber 103.

В случае селективного элемента связи 123 входной сигнал, поступающий в оптическое волокно доступа 101 с длиной волны λ₁, в полосе селективного элемента связи передается к оптическому волокну 103, а входной сигнал, поступающий в оптическое волокно 103 с длиной волны λ₂, отражается в оптическое волокно 102.In the case of the selective communication element 123, the input signal entering the optical access fiber 101 with a wavelength of λ ₁ in the band of the selective communication element is transmitted to the optical fiber 103, and the input signal coming into the optical fiber 103 with a wavelength of λ ₂ is reflected into the optical fiber 102.

В случае селективного элемента связи 124 входной сигнал, поступающий в оптическое волокно доступа 103 с длиной волны λ₁ вне полосы селективного элемента связи, отражается в волокно 102, а входной сигнал, поступающий в оптическое волокно 103 с длиной волны λ₂ передается в оптическое волокно 101.In the case of the selective communication element 124, the input signal entering the optical access fiber 103 with a wavelength of λ ₁ outside the band of the selective communication element is reflected in the fiber 102, and the input signal coming into the optical fiber 103 with a wavelength of λ ₂ is transmitted to the optical fiber 101 .

Сигнал с длиной волны λ₁ из линии передачи через соединитель 106 пропускается селективным элементом связи 121, отражается селективным элементом связи 122, усиливается однонаправленным усилительным блоком 20, отражается селективным элементом связи 124 и передается к соединителю 107 через селективный элемент связи 123.A signal with a wavelength of λ ₁ from the transmission line through the connector 106 is passed by a selective communication element 121, reflected by a selective communication element 122, amplified by a unidirectional amplifier unit 20, reflected by a selective communication element 124 and transmitted to the connector 107 through a selective communication element 123.

Сигнал с длиной волны λ₂, поступающий из линии передачи через соединитель 107, отражается селективным элементом связи 123, пропускается селективным элементом связи 122, усиливается однонаправленным усилительным блоком 20, пропускается селективным элементом 124 и отражается селективным элементом связи 121 через соединитель 106.A signal with a wavelength of λ ₂ coming from the transmission line through the connector 107 is reflected by the selective communication element 123, passed by the selective communication element 122, amplified by a unidirectional amplifying unit 20, passed by the selective element 124 and reflected by the selective communication element 121 through the connector 106.

Таким образом и в этом случае данное устройство обеспечивает одновременное усиление сигналов с двумя длинами волн в каждом направлении. Thus, in this case, this device provides simultaneous amplification of signals with two wavelengths in each direction.

Сигналы с обеими длинами волн претерпевают в каждом двунаправленном усилителе два пропускания и два отражения каждый. Поскольку каждому отражению и пропусканию соответствует малое ослабление (около 0,5 дБ и 0,7 дБ соответственно, для использованных в данном случае компонентов), указанное равенство числа проходов через селективные элементы связи обеспечивает одинаковый отклик для усилителя в каждом направлении распространения. Signals with both wavelengths undergo two transmittance and two reflection each in each bi-directional amplifier. Since each reflection and transmission corresponds to a small attenuation (about 0.5 dB and 0.7 dB, respectively, for the components used in this case), the indicated equality of the number of passes through the selective coupling elements provides the same response for the amplifier in each direction of propagation.

Селективные элементы связи при каждом прохождении через них сигналов действуют как полосовые фильтры, как показано на фиг. 4B, 8B, устраняя при этом спонтанное излучение на длинах волн, промежуточных между λ₁ и λ₂ распространяющееся вместе с сигналами. При каждом отражении, в противоположность этому, селективные элементы связи действуют как режекторные фильтры (фиг. 4A, 8A) и не ослабляют спонтанное излучение.Selective communication elements act as bandpass filters each time signals pass through them, as shown in FIG. 4B, 8B, while eliminating spontaneous emission at wavelengths intermediate between λ ₁ and λ ₂ propagating along with the signals. At each reflection, in contrast, selective coupling elements act as notch filters (FIGS. 4A, 8A) and do not attenuate spontaneous emission.

Поэтому, ввиду симметричного расположения селективных элементов связи относительно двух направлений распространения, в каждом направлении для элемента, ослабляющего спонтанное излучение, имеет место по меньшей мере двукратное прохождение излучения. Therefore, in view of the symmetrical arrangement of the selective coupling elements with respect to the two directions of propagation, in each direction for the element that attenuates spontaneous emission, at least a twofold passage of radiation takes place.

Предложенная конфигурация двунаправленного усилителя отличается особой устойчивостью и исключает колебания с длинами волн, отличными от сигнальных, не требуя при этом использования дополнительных фильтров. В частности, данный усилитель обладает устойчивостью по отношению к возможным частичным обратным отражениям излучения от оптических соединителей 106, 107. The proposed configuration of a bi-directional amplifier is particularly stable and eliminates fluctuations with wavelengths other than signal, without requiring the use of additional filters. In particular, this amplifier is stable with respect to possible partial back reflections of radiation from optical connectors 106, 107.

Вышеописанный усилитель, в частности, имеет преимущества в случае использования в оптиковолоконных линиях передачи, в которых усилитель соединен с оптическим волокном линии передачи посредством оптических соединителей, которые могут быть таковы, что обеспечивают передачу большей части мощности проходящих через них сигналов и тем самым обеспечивают оптическую непрерывность сигналов, и при некоторых условиях отражают назад малую часть этих сигналов (например, в случае ненадлежащего зажима, вследствие некачественного позиционирования двух выводов оптических волокон в таких соединителях). The above-described amplifier, in particular, has advantages in the case of use in optical fiber transmission lines in which the amplifier is connected to the optical fiber of the transmission line by means of optical connectors, which can be such that they transmit most of the power of the signals passing through them and thereby provide optical continuity signals, and under certain conditions, reflect back a small part of these signals (for example, in the case of improper clamping, due to poor positioning two leads of optical fibers in such connectors).

Вышеописанное устройство было испытано при понижении мощности входного сигнала до достижения значения - 28 дБ на канал и измерении соответствующего усиления, чтобы выявить максимальную мощность в условиях ненасыщенного состояния усилителя. Значение усиления слабого сигнала, полученное на основе этих измерений, составило около 32 дБ. The above device was tested by lowering the input signal power to a value of - 28 dB per channel and measuring the corresponding gain in order to determine the maximum power in the conditions of an unsaturated state of the amplifier. The weak signal gain obtained from these measurements was about 32 dB.

В одном эксперименте усилитель испытывался при размыкании оптических соединителей 106, 107, т. е. без подключения к линиям передачи. При таких условиях соединители использованного типа имели обратное отражение излучения от усилителя с ослаблением 14 дБ. In one experiment, the amplifier was tested by opening the optical connectors 106, 107, i.e., without connecting to the transmission lines. Under such conditions, the connectors of the type used had a back reflection of radiation from the amplifier with a attenuation of 14 dB.

На фиг. 13 представлены спектры выходных сигналов из оптического волокна 103 селективного элемента связи 121 и оптического волокна 103 селективного элемента связи 123, продетектированных селективными к длинам волн элементами связи того же типа, как описано выше, размещенными вдоль оптического волокна (не показано на фиг. 12), разделяющими соответствующие полосы передачи, подаваемые на оптический спектроанализатор (вышеуказанного типа). In FIG. 13 shows the spectra of the output signals from the optical fiber 103 of the selective coupling element 121 and the optical fiber 103 of the selective coupling element 123, detected by wavelength selective communication elements of the same type as described above, placed along the optical fiber (not shown in FIG. 12), separating the respective transmission bands supplied to the optical spectrum analyzer (of the above type).

Эксперименты подтвердили полное отсутствие явлений неустойчивости. The experiments confirmed the complete absence of instability phenomena.

Представляется, что это обусловлено тем обстоятельством, что возможные цепи обратной связи, включающие усилительный блок, которые могут быть образованы для промежуточных значений длин волн между полосами пропускания двух типов селективных элементов связи, вследствие неполного разделения полос за счет самих селективных элементов связи и в присутствии отражений, поступающих на соединители, в каждом случае включают по меньшей мере двукратное прохождение через компоненты устройства (селективные элементы связи), ослабляющие сигналы упомянутых длин волн по меньшей мере на 20 дБ. При этих условиях даже в присутствии очень больших отражений в соединителях, условия возникновения колебаний практически не достижимы. It seems that this is due to the fact that possible feedback circuits, including an amplification unit, which can be formed for intermediate wavelengths between the pass bands of two types of selective communication elements, due to incomplete separation of the bands due to the selective communication elements themselves and in the presence of reflections , arriving at the connectors, in each case include at least two passage through the device components (selective communication elements), attenuating the signals mentioned mentioned wavelengths at least 20 dB. Under these conditions, even in the presence of very large reflections in the connectors, the conditions for the occurrence of vibrations are practically unattainable.

Представляется, что при использованных селективных элементов связи даже усилители с усилением 40 дБ не вызовут проблем генерации колебаний, даже при использовании соединителей с высокими отражениями. It seems that with the selective coupling elements used, even amplifiers with a gain of 40 dB will not cause problems in the generation of oscillations, even when using connectors with high reflections.

Вышеописанное устройство исследовалось во втором эксперименте, в схеме, моделирующей линию передачи того же типа, что описанная со ссылками на фиг. 1. Использованная экспериментальная конфигурация была такой же, что и приведенная на фиг. 9, поэтому отсылки делаются на ее описание. The above device was investigated in a second experiment, in a circuit simulating a transmission line of the same type as described with reference to FIG. 1. The experimental configuration used was the same as that shown in FIG. 9, therefore, references are made to its description.

Использованные усилители 6 представляли собой двунаправленные усилители, соответствующие настоящему изобретению, в конфигурации, описанной со ссылками на фиг. 12. The amplifiers 6 used were bi-directional amplifiers according to the present invention, in the configuration described with reference to FIG. 12.

Аттенюаторы 5' настраивались так, чтобы обеспечить ослабление 27 дБ каждый. The 5 'attenuators are tuned to provide attenuation of 27 dB each.

Мощность сигналов, распространяющихся в двух направлениях с длинами волн 1535 нм и 1555 нм, измеренная на соответствующих входах II и III усилителя 6, находящегося в среднем положении, составила - 13 дБмВт на каждом. The power of signals propagating in two directions with wavelengths of 1535 nm and 1555 nm, measured at the corresponding inputs of the II and III amplifier 6, located in the middle position, was 13 dBm each.

На фиг. 14 представлены спектры выходных сигналов с двунаправленного усилителя: график был получен наложением спектров, продетектированных в положениях II и III соответственно, с помощью оптического спектроанализатора вышеуказанного типа. In FIG. Figure 14 shows the spectra of the output signals from a bi-directional amplifier: the graph was obtained by superimposing the spectra detected in positions II and III, respectively, using an optical spectrum analyzer of the above type.

Отношение сигнал/шум, измеренное в полосе шириной 0,5 нм, составило около 26., 7 дБ для сигнала с длиной волны 1535 нм и около 25,2 дБ для сигнала с длиной волны 1255 нм. The signal-to-noise ratio, measured in a 0.5 nm wide band, was about 26.7.7 dB for a signal with a wavelength of 1535 nm and about 25.2 dB for a signal with a wavelength of 1255 nm.

Альтернативный вариант двунаправленного оптического усилителя, соответствующего третьей предложенной конфигурации, получен путем изменения предложенной конфигурации за счет использования селективных элементов связи 121', 122', 123', 124', выбранных так, что полоса пропускания селективных элементов связи 122', 124' содержит длину волны λ₁, полоса пропускания селективных элементов связи 121', 122' содержит длину волны λ₂, полоса пропускания селективных элементов связи 121', 123', кроме того, не перекрывается с полосой пропускания селективных элементов связи 122', 124'; длина волны λ₁ входит в полосу отражения селективных элементов связи 121', 123', а длина волны λ₂ входит в полосу отражения селективных элементов связи 122', 124'; а также за счет одновременного изменения на противоположное направления распространения сигналов с длинами волн λ₁ и λ₂ (т.е. путем соединения оптического соединителя 106 с сегментом линии передачи, из которого поступает сигнал с длиной волны λ₂ и оптического соединителя 107 с сегментом линии передачи, из которого поступает сигнал с длиной волны λ₁).An alternative bi-directional optical amplifier, corresponding to the third proposed configuration, is obtained by changing the proposed configuration through the use of selective communication elements 121 ', 122', 123 ', 124', selected so that the bandwidth of the selective communication elements 122 ', 124' contains a length wavelength λ _1, a bandwidth of the selective couplers 121 ', 122' comprises the wavelength λ _2, the bandwidth of the selective couplers 121 ', 123', moreover, does not overlap with the bandwidth of the selective couplers link 122 ', 124'; the wavelength λ ₁ is included in the reflection band of the selective coupling elements 121 ', 123', and the wavelength λ ₂ is included in the reflection band of the selective coupling elements 122 ', 124'; and also due to the simultaneous change in the opposite direction of propagation of signals with wavelengths λ ₁ and λ ₂ (i.e., by connecting an optical connector 106 with a segment of a transmission line from which a signal with a wavelength of λ ₂ and an optical connector 107 with a line segment transmission from which a signal with a wavelength of λ ₁ ) comes.

Двунаправленные усилители и двунаправленные системы связи, соответствующие изобретению, до сих пор описывались как предназначенные для передачи сигналов с различными длинами волн в каждом направлении. Bidirectional amplifiers and bidirectional communication systems according to the invention have so far been described as intended for transmitting signals with different wavelengths in each direction.

Те же самые устройства и системы, однако, могут быть также использованы для двунаправленного усиления сигналов, передаваемых в режиме уплотнения длин волн, т.е., когда в каждом направлении передаются соответственно кодированные сигналы с различными длинами волн. The same devices and systems, however, can also be used for bi-directional amplification of signals transmitted in wavelength division multiplexing mode, i.e. when correspondingly encoded signals with different wavelengths are transmitted in each direction.

В этом случае необходимо, чтобы используемые селективные элементы связи были выбраны таким образом, чтобы соответствующие полосы пропускания имели ширину, достаточную для включения двух групп длин волн передаваемых сигналов в каждом направлении. In this case, it is necessary that the selective communication elements used be selected so that the corresponding bandwidths are wide enough to include two groups of wavelengths of the transmitted signals in each direction.

Кроме того, добротность селективных элементов связи должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить возможность разделения сигналов этих двух групп длин волн, предпочтительно больше, чем 0,5. In addition, the quality factor of the selective coupling elements must be high enough to allow separation of the signals of these two groups of wavelengths, preferably greater than 0.5.

Кроме селективных к отражению элементов связи, описанных со ссылками на фиг. 3A, настоящее изобретение может предусматривать использование селективных элементов связи другого типа, при условии, что они обеспечивают в достаточной мере разделение используемых длин волн и следовательно, достаточно высокую добротность. In addition to the reflection-selective coupling elements described with reference to FIG. 3A, the present invention may provide for the use of selective communication elements of a different type, provided that they provide a sufficient separation of the wavelengths used and, therefore, a sufficiently high quality factor.

Более детально, как показано на фиг. 15, однонаправленный усилительный блок 20, предназначенный для использования в двунаправленном оптическом усилителе, содержит легированное эрбием активное оптическое волокно 24 и соответствующий лазер накачки 25, соединенный с ним посредством дихроичного элемента связи 26. Оптический элемент развязки 27 размещен на входе усилителя выше по оптическому волокну 24 в направлении распространения усиливаемого сигнала, в то время как второй оптический элемент развязки 28 размещен на выходе усилителя. In more detail, as shown in FIG. 15, the unidirectional amplifier unit 20, intended for use in a bi-directional optical amplifier, contains an erbium-doped active optical fiber 24 and a corresponding pump laser 25 connected to it by means of a dichroic coupling element 26. An optical isolation element 27 is located at the input of the amplifier above the optical fiber 24 in the direction of propagation of the amplified signal, while the second optical isolation element 28 is placed at the output of the amplifier.

В альтернативном варианте усилитель может быть выполнен в виде двухкаскадного усилителя. В этом случае он содержит второе модулированное эрбием активное оптическое волокно, связанное с соответствующим лазером накачки через дихроичный элемент связи. Обычно еще один элемент развязки включают между двумя каскадами. Alternatively, the amplifier may be in the form of a two-stage amplifier. In this case, it contains a second erbium-modulated active optical fiber coupled to the corresponding pump laser through a dichroic coupling element. Typically, another decoupling element is included between two stages.

В вышеописанном предпочтительном примере выполнения лазер накачки 25 представляет собой лазер типа "с квантовой ямой", имеющий следующие характеристики:
- длина волны излучения λ_p= 980 нм.
- максимальная оптическая выходная мощность Pu = 65 мВт.In the above-described preferred embodiment, the pump laser 25 is a quantum well laser having the following characteristics:
- radiation wavelength λ _p = 980 nm.
- maximum optical output power Pu = 65 mW.

Лазеры вышеуказанного типа производятся, например, компанией LA-SERTRON INC., 37 North Avenue, Берлингтон, шт. Миннесота (США). Lasers of the above type are manufactured, for example, by LA-SERTRON INC., 37 North Avenue, Burlington, pc. Minnesota (USA).

В этом примере дихроичный элемент связи 26 представляет собой элемент связи на сплавленном оптическом волокне, выполненной на одномодовых волокнах на длине волны 980 нм и в полосе 1530-1560 нм, при колебаниях оптической выходной мощности менее 0,2 дБ в зависимости от поляризации. In this example, the dichroic coupler 26 is a fused optical fiber coupler made on single-mode fibers at a wavelength of 980 nm and in the band 1530-1560 nm, with optical output power fluctuations of less than 0.2 dB depending on polarization.

Дихроичные элементы связи вышеуказанного типа хорошо известны и коммерчески доступны. Они производятся, например, Отделением оптических волокон компании GOULD INC., Baymeadow Drive, Glem Burnie, шт. Мериленд (США) и Отделением оптических волокон компании SIFAM LTD., Woodland Road Torquay, Devon (Великобритания). Dichroic coupling elements of the above type are well known and commercially available. They are manufactured, for example, by the Optical Fiber Division of GOULD INC., Baymeadow Drive, Glem Burnie, pc. Maryland (USA) and Optical Fiber Division of SIFAM LTD., Woodland Road Torquay, Devon (Great Britain).

Оптические элементы развязки 27 и 28 представляют собой элементы развязки, которые не зависят от поляризации, передаваемого сигнала и обеспечивают развязку больше 35 дБ и отражения ниже - 50 дБ. Использовались элементы развязки модели MDLI-15PIPT-A S/N 1016 вышеупомянутой компании ISOWAVE. The optical isolation elements 27 and 28 are isolation elements that are independent of the polarization of the transmitted signal and provide isolation of more than 35 dB and reflection below - 50 dB. The decoupling elements of the MDLI-15PIPT-A S / N 1016 model of the aforementioned ISOWAVE company were used.

Вышеописанный линейный усилитель имеет усиление около 25 дБ при нормальных рабочих условиях (входные сигналы с мощностью - 23 дБмВт в каждом направлении, соответственно - 20 дБмВт всего). Полная оптическая мощность в условиях насыщения около 11 дБ. The linear amplifier described above has a gain of about 25 dB under normal operating conditions (input signals with a power of 23 dBm in each direction, respectively, 20 dBm in total). The total optical power in saturation conditions is about 11 dB.

В предпочтительном варианте в линейных усилителях вышеописанного типа использовано легированное эрбием активное волокно, как описано детально в заявке на патент Италии N М194А 000712 от 14 апреля 1994 г. того же заявителя, которая приведена здесь для ссылки и содержание которой здесь кратко рассмотрено. In a preferred embodiment, the linear amplifiers of the type described above use an erbium-doped active fiber, as described in detail in Italian Patent Application No. M194A 000712 of April 14, 1994 by the same applicant, which is incorporated herein by reference and the contents of which are briefly discussed here.

Состав и оптические характеристики использованных оптических волокон сведены в табл. 2. The composition and optical characteristics of the used optical fibers are summarized in table. 2.

Анализ состава проводился на заготовке (до вытяжки волокна) посредством микрозонда совместно со сканирующим электронным микроскопом (SEM, компании Хитачи). Анализ проводился при 1300-кратном увеличении по дискретным точкам, расположенным по диаметру и разнесенным на 200 мкм одна от другой. The analysis of the composition was carried out on a preform (before fiber drawing) by means of a microprobe together with a scanning electron microscope (SEM, Hitachi company). The analysis was carried out at a magnification of 1300 by discrete points located in diameter and spaced 200 microns apart.

Указанное оптическое волокно изготавливалось методом вакуумного электроосаждения в трубке из кварцевого стекла. The specified optical fiber was produced by vacuum electrodeposition in a quartz glass tube.

Введение германия в качестве легирующей примеси в матрицу SiO₂ в сердцевине оптического волокна осуществлено на этапе синтеза.The introduction of germanium as a dopant into the SiO ₂ matrix in the core of the optical fiber was carried out at the stage of synthesis.

Введение эрбия, оксида алюминия и лантана в сердцевину оптического волокна было осуществлено методом "легирования в растворе", при котором водный раствор хлоридов легирующего вещества приводится в контакт с синтезированным материалом с сердцевиной оптического волокна, находящимся в состоянии микрочастиц перед отверждением в заготовке. Erbium, alumina, and lanthanum were introduced into the core of the optical fiber by the “alloying in solution” method, in which an aqueous solution of dopant chlorides was brought into contact with the synthesized material with the optical fiber core in the state of microparticles before curing in the preform.

Детальное описание метода "легирования в растворе" содержится, например, в патенте США N 56282079, который приведен здесь для ссылки. A detailed description of the "alloying in solution" method is contained, for example, in US Pat. No. 5,6282079, which is incorporated herein by reference.

В вышеописанных примерах активное оптическое волокно 24 имело длину около 12 м. In the above examples, the active optical fiber 24 had a length of about 12 m.

Хотя наилучшие результаты были достигнуты при использовании вышеуказанного волокна, ввиду плоского характера кривой усиления, свойственного ему на различных длинах волн, эксперименты, проведенные Заявителем с усилителями, использующими оптические волокна Al/Ge-типа, показали приемлемые результаты. Although the best results were achieved using the above fiber, due to the flat nature of the gain curve characteristic of it at various wavelengths, experiments conducted by the Applicant with amplifiers using Al / Ge-type optical fibers showed acceptable results.

Для выполнения проверки функциональных возможностей усилительного блока и обеспечения обычно требуемых сигналов проверки и надежности, обычно усилительный блок на входе содержит первый направленный ответвитель 150, предпочтительно с коэффициентом деления 95/5, выходной сигнал которого, содержащий 5% входной мощности, передается на соответствующий фотодиод 151. Второй направленный ответвитель 152, предпочтительно с коэффициентом деления 99/1, имеется на выходе усилительного блока, причем оптическое волокно, передающее 1% сигнала, соединено соответствующим фотодиодом 153. To test the functionality of the amplifier unit and provide the usually required verification and reliability signals, the amplifier unit usually contains a first directional coupler 150, preferably with a 95/5 division factor, the output signal of which containing 5% of the input power is transmitted to the corresponding photodiode 151 A second directional coupler 152, preferably with a division ratio of 99/1, is provided at the output of the amplifier unit, the optical fiber transmitting 1% of the signal being connected to tvetstvuyuschim photodiode 153.

Соответствующие направленные ответвители представляют собой элементы связи на сплавленном оптическом волокне, поставляемые, например, компанией Е-ТЕК DYNAMICS INC., 1885, Lundy ave., Сан-Хосе, шт.Калифорния (США). Corresponding directional couplers are fused optical fiber couplers, for example, supplied by E-TEK DYNAMICS INC., 1885, Lundy ave., San Jose, Calif. (USA).

Электрические выводы фотодиодов 151 и 153 соединены, как обычно, с электронным блоком управления (не показано). The electrical terminals of the photodiodes 151 and 153 are connected, as usual, with an electronic control unit (not shown).

Данная конфигурация обеспечивает проверку функциональных возможностей усилительного блока, которые должны достигаться, и требуемых для управления устройств защиты. Однако при использовании вышеописанной двунаправленной конфигурации в этом случае не обеспечивается раздельно информация о распространении сигналов в двух направлениях. This configuration provides verification of the functionality of the amplifier unit that must be achieved and required to control the protection devices. However, when using the bidirectional configuration described above, in this case, information on signal propagation in two directions is not provided separately.

В целях обеспечения одновременной проверки оптической входной и выходной мощности усилителя в двух направлениях, предусмотрено использование структуры, представленной на фиг. 16. In order to ensure simultaneous verification of the optical input and output power of the amplifier in two directions, the use of the structure shown in FIG. 16.

Как показано на фиг. 16, двунаправленный усилитель 6 вышеописанного типа, содержащий оптический усилительный блок, не имеющий контрольных устройств, как показано в блоке 154 на фиг. 15, подсоединен между двумя направленными ответвителями обычно с коэффициентом деления 98/2. Выходы направленных ответвителей, передающие наименьшую оптическую мощность (2%), соединены с соответствующими контрольными фотодиодами 157, 158, 159, 169. As shown in FIG. 16, a bi-directional amplifier 6 of the above type, comprising an optical amplifier unit having no monitoring devices, as shown in block 154 in FIG. 15 is connected between two directional couplers typically with a division ratio of 98/2. The outputs of the directional couplers transmitting the lowest optical power (2%) are connected to the corresponding control photodiodes 157, 158, 159, 169.

Соответствующие направленные ответвители могут представлять собой ответвители на сплавленном оптическом волокне, поставляемые, например, вышеупомянутой компанией E-TEK DYNAMICS. Suitable directional couplers may be fused optical couplers, for example, supplied by the aforementioned company E-TEK DYNAMICS.

Как показано на схеме по фиг. 16, направленные ответвители имеют четыре порта ввода/вывода, расположенные симметрично, при этом сигнал с длиной волны λ₁ распространяющийся слева направо на схеме), вводимый в направленный ответвитель 155, разделяется в указанном соотношении между выходным портом, соединенным с усилителем 6 (98%), и выходным портом, соединенным с фотодиодом 158 (2%). Аналогично, тот же самый сигнал с длиной волны λ₁ , вводимый в направленный ответвитель 156, разделяется между выходным портом, соединенным с линией передачи (98%), и выходным портом, соединенным с фотодиодом 159 (2%).As shown in the diagram of FIG. 16, directional couplers have four I / O ports located symmetrically, with a signal with a wavelength of λ ₁ propagating from left to right in the diagram), input to a directional coupler 155, is divided in the specified ratio between the output port connected to amplifier 6 (98% ), and an output port connected to a photodiode 158 (2%). Similarly, the same signal with a wavelength of λ ₁ input to the directional coupler 156 is split between the output port connected to the transmission line (98%) and the output port connected to the photodiode 159 (2%).

Это обеспечивает то, что величина оптической мощности на длине волны λ₁ , вводимой в усилитель, измеряется в фотодиоде 158, а величина оптической мощности с длиной волны λ₁ , выводимой из усилителя, измеряется в фотодиоде 159, при этом обеспечивается получение всей информации о функциональных возможностях канала с направлением распространения справа налево. Аналогично, в фотодиодах 160 и 157 измеряется входная и выходная оптическая мощность с длиной волны сигнала λ₂ , распространяющегося, как показано на схеме, справа налево.This ensures that the magnitude of the optical power at a wavelength of λ ₁ introduced into the amplifier is measured in the photodiode 158, and the magnitude of the optical power with a wavelength of λ ₁ output from the amplifier is measured in the photodiode 159, while providing all the information about the functional channel capabilities with the direction of propagation from right to left. Similarly, in the photodiodes 160 and 157, the input and output optical power is measured with a wavelength of the signal λ ₂ propagating, as shown in the diagram, from right to left.

Коэффициент деления каждого направленного ответвителя имеет одно и то же значение для обоих направлений, ввиду симметрии свойств направленных ответвителей. Это значение выбрано так, чтобы ответвлять достаточную мощность из линии передачи на фотодиоды 158, 160, детектирующие относительно низкую мощность, вводимую в усилитель в каждом направлении, не приводя к очень высокой выходной мощности усилителя (если на выходе усилителя имеется очень высокая полная мощность, достаточно выделить малую ее долю для того, чтобы на фотодиоды 157, 159 поступила мощность, достаточная для их работы). The division coefficient of each directional coupler has the same value for both directions, due to the symmetry of the properties of the directional couplers. This value is chosen so as to branch enough power from the transmission line to the photodiodes 158, 160, detecting the relatively low power input to the amplifier in each direction, without leading to a very high output power of the amplifier (if the amplifier output has a very high apparent power, enough select a small fraction of it so that the photodiodes 157, 159 receive power sufficient for their operation).

Когда в каналах с противоположными направлениями распространения сигналов используются длины волн λ₁ и λ₂ в окрестности 1533 и 1556 нм и используются селективные к длине волны элементы связи с полосой пропускания шириной около 10 нм, желательно, чтобы упомянутые селективные элементы связи имели добротность около 0,5.When wavelengths λ ₁ and λ ₂ in the vicinity of 1533 and 1556 nm are used in channels with opposite directions of signal propagation and wavelength-selective communication elements with a bandwidth of about 10 nm are used, it is desirable that said selective communication elements have a quality factor of about 0, 5.

При ширине полосы пропускания на уровне - 0,5 дБ, превышающей 10 нм, потребуется соответственно более высокая добротность селективных элементов связи. With a bandwidth of -0.5 dB exceeding 10 nm, a correspondingly higher quality factor of selective communication elements will be required.

Поэтому, в соответствии с одним аспектом изобретения, было найдено, что двунаправленный оптиковолоконный усилитель вышеописанного типа для двух или более каналов с разделением по длинам волн с противоположным направлением распространения может обеспечивать исключение неустойчивости или возбуждения колебаний за счет включения усилительного блока, содержащего оптический элемент развязки, в мостовую схему, содержащую два селективных к длинам волн элемента связи с первой полосой пропускания и два селективных к длинам волн элемента связи со второй полосой пропускания, причем селективные элементы связи расположены симметрично относительно усилителя. Therefore, in accordance with one aspect of the invention, it has been found that a bi-directional fiber optic amplifier of the above type for two or more channels with wavelength separation with the opposite propagation direction can eliminate instability or excitation of vibrations due to the inclusion of an amplification unit containing an optical isolation element, into a bridge circuit containing two wavelengths-selective communication elements with a first passband and two wavelengths-selective communication elements and a second bandwidth, wherein the selective couplers are disposed symmetrically relative to the amplifier.

В конкретном варианте изобретения настоящее изобретение может быть использовано в линии передачи, включающей несколько каналов для каждого направления распространения, при условии, что каналы для каждого направления входят в полосу пропускания селективных элементов связи при достаточном разнесении между этими каналами. In a specific embodiment of the invention, the present invention can be used in a transmission line including several channels for each direction of propagation, provided that the channels for each direction are included in the bandwidth of the selective communication elements with sufficient diversity between these channels.

Согласно одному из аспектов изобретения, было найдено, что возникновение возбуждения колебаний в усилителе двунаправленного типа может быть предотвращено даже при высоких значениях коэффициентов усиления включенного в него усилительного блока и при наличии локальных отражений в конкретных точках оптической цепи, например, из-за использования оптических соединителей с относительно высокими отражениями, если использованные селективные элементы связи выполнены таким образом, что для любой длины волны не образуются цепи, которые включают усилительный блок, с общим ослаблением меньшим или равным максимальному усилению усилителя или включенного в него усилительного блока. According to one aspect of the invention, it was found that the occurrence of vibrational excitation in a bi-directional amplifier can be prevented even at high gain values of the amplification unit included in it and in the presence of local reflections at specific points of the optical circuit, for example, due to the use of optical connectors with relatively high reflections, if the selective coupling elements used are made in such a way that no chains are formed for any wavelength, which include dissolved amplifying unit, with a total attenuation of less than or equal to the maximum gain of the amplifier included therein or the amplifying unit.

В частности, это может быть достигнуто при таком размещении компонентов схемы оптического усилителя, что каждый сигнал, распространяющийся в одном направлении, претерпевает отражения и пропускания в селективных оптических элементах связи в одной и той же последовательности. In particular, this can be achieved by arranging the components of the optical amplifier circuit in such a way that each signal propagating in one direction undergoes reflection and transmission in selective optical communication elements in the same sequence.

Claims

1. A bi-directional optical amplifier comprising an optical amplifier unit comprising at least one optical isolation element with a band equal to the gain wavelength band, two optical input and output ports for at least two optical signals with opposite propagation directions, these the signals have first and second wavelengths, respectively, differing from one another and included in the aforementioned amplification wavelength band, two first and two second optical communication elements selective to wavelengths having a first passband including the first wavelength and a second passband including the second wavelength, the first and second passbands not mutually overlapping, the amplification unit is connected to two opposite nodes of the optical bridge circuit, to the two other opposite nodes of which are connected input and output ports, moreover, in the nodes of the bridge circuit there are first and second wavelength-selective optical communication elements, characterized in that the first and second wavelength-selective optical coupling elements are arranged symmetrically to the amplifying unit and the input and output ports of optical signals.

2. The optical amplifier according to claim 1, characterized in that the amplification unit includes at least one erbium doped optical fiber.

3. The optical amplifier according to claim 2, characterized in that the doped optical fiber among the doping impurities contains aluminum oxide and germanium.

4. The optical amplifier according to claim 3, characterized in that the doped optical fiber among the dopants contains aluminum oxide, germanium and lanthanum.

5. The optical amplifier according to claim 2, characterized in that the bandwidth of the wavelength selective optical communication elements preferably has a width of at least 10 nm.

6. The optical amplifier according to claim 1, characterized in that at least one of the passbands contains at least two signals with different wavelengths.

7. The optical amplifier according to claim 1, characterized in that the optical communication elements selective for wavelengths have a quality factor equal to or greater than 0.5.

8. A bi-directional optical amplifier comprising an optical amplifier unit including at least one optical isolation element having a gain wavelength band, two optical input and output ports for at least two optical signals with opposite propagation directions, moreover, these signals have a first and second wavelength, respectively, differing from one another, at least two selective to the wavelengths of the optical communication element located in the corresponding nodes of the optical mos and having a first wavelength transmission band including said first wavelength and a wavelength reflection band including said second wavelength, wherein the wavelength bands are not mutually overlapping, an amplification unit is connected between two opposite nodes of said optical bridge circuit, with two the other opposite nodes of which the said input and output ports are connected, while the bridge circuit forms at least one feedback circuit including the aforementioned amplifier unit and one to three of said coupling elements, characterized in that said wavelength-selective optical coupling elements are configured such that each of said feedback circuits has a total attenuation exceeding the gain of the amplifier at each of the wavelengths in the amplification band in the presence of reflections on at least 15 dB at one of the mentioned input and output ports and in the absence of filtering facilities.

9. The optical amplifier according to claim 8, characterized in that the optical bridge circuit contains two wavelength-selective optical communication elements with a first passband and two wavelength-selective optical communication elements with a second passband located in the nodes of the circuit, and selective to the wavelengths, the optical coupling elements are placed symmetrically with respect to the amplification unit.

10. Bidirectional optical amplifier containing an optical amplifier unit containing at least one optical isolation element with a band equal to the band of amplification wavelengths, two input and output ports for at least two optical signals with opposite propagation directions, having respectively the first and second wavelengths that differ one from another and are included in the amplification wavelength band, two optical coupling elements of the first type selective to wavelengths, and two optical elements selective to wavelengths a second-type communication channel, respectively, having a first passband including a first wavelength and a second passband including a second wavelength, the first and second passbands not mutually overlapping, and correspondingly having a first reflection band including said second wavelength, and a second reflection band, including a first wavelength, each having one common access fiber, one access fiber, transmitting to its output signals included in said passband, and one fiber d mortar transmitting at its output the signals included in the reflection band, characterized in that said first input port and an output connected to the common fiber of the first selective coupler of the first type; a fiber transmitting signals at the output in the passband of the first selective coupling element of the first type is connected to a fiber transmitting signals at the output in the reflection band of the first selective coupling element of the second type; a fiber transmitting signals at the output in the reflection band of the first selective coupling element of the first type is connected to a fiber transmitting signals at the output in the passband of the second selective coupling element of the second type; a unidirectional amplification unit is connected between the common fiber of the first selective coupling element of the second type and the common fiber of the second selective coupling element of the second type, so that the optical isolation element provides radiation in the direction from the first to the second selective coupling element of the second type; a fiber transmitting signals at the output in the passband of the first selective coupling element of the second type is connected to a fiber transmitting signals at the output in the reflection band of the second selective coupling element of the first type; a fiber transmitting its output signals in the reflection band of the second selective coupling element of the second type is connected to a fiber transmitting its output signals in the passband of the second selective communication element of the first type; the common fiber of the second selective coupling element of the first type is connected to the second input and output port.

11. A bi-directional communication method, including generating a first optical signal and a second optical signal with a first and second wavelengths, respectively, in the first and second transmitting stations; introducing the first and second signals at the opposite ends of the optical fiber transmission line, respectively; amplification of the first and second signals at least once in an optical amplifier included in the optical transmission line; receiving the first and second signals at the respective first and second receiving stations at the opposite end of the optical fiber transmission line relative to the first and second transmitting stations, and the amplification of the first and second signals is carried out using a single optical amplifier, including an optical fiber amplifier unit containing an optical isolation element and providing transmission of each of the signals, at least once through the first wavelength-selective optical communication element and the reflection of each h signals, at least once by means of a second optical wavelength selective communication element, both in one direction and in the opposite direction with respect to the amplification unit, characterized in that the transmission and reflection of signals are carried out in the same sequence for each of mentioned signals.