RU2642814C1 - Automated equalizer of output signal levels of optical amplifiers of multichannel systems - Google Patents
Automated equalizer of output signal levels of optical amplifiers of multichannel systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642814C1 RU2642814C1 RU2017109320A RU2017109320A RU2642814C1 RU 2642814 C1 RU2642814 C1 RU 2642814C1 RU 2017109320 A RU2017109320 A RU 2017109320A RU 2017109320 A RU2017109320 A RU 2017109320A RU 2642814 C1 RU2642814 C1 RU 2642814C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- fiber
- output
- equalizer
- optical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G5/00—Tone control or bandwidth control in amplifiers
- H03G5/02—Manually-operated control
- H03G5/025—Equalizers; Volume or gain control in limited frequency bands
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G5/00—Tone control or bandwidth control in amplifiers
- H03G5/16—Automatic control
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G5/00—Tone control or bandwidth control in amplifiers
- H03G5/16—Automatic control
- H03G5/165—Equalizers; Volume or gain control in limited frequency bands
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J14/00—Optical multiplex systems
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение представляет собой устройство и относится к области систем передачи информации, может быть использовано в линейном оборудовании широкополосных магистральных телекоммуникационных сетей с оптическими усилителями, требующих поддержки высокой плоскостности уровней мощности всех передаваемых каналов, входящих в состав линейного сигнала, при динамических условиях эксплуатации многоканальных систем, включая ввод/вывод каналов, маршрутизацию, коммутационные эффекты ROADM (Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer - реконфигурируемый оптический мультиплексор ввода-вывода) и т.п.The invention is a device and relates to the field of information transmission systems, can be used in the linear equipment of broadband backbone telecommunication networks with optical amplifiers, requiring support for the high flatness of the power levels of all transmitted channels that make up the linear signal, under dynamic operating conditions of multichannel systems, including channel input / output, routing, switching effects ROADM (Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer - reconfigurable optical ultipleksor IO), etc.
В литературе, периодической и патентной, известны различные способы и схемы уплощения выходной спектральной характеристики оптических усилителей, преимущественно применительно к широко применяемым усилителям на волокне, легированном эрбием EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier). В качестве примеров, иллюстрирующих известные устройства аналогичного назначения, но различные по принципу работы, схемам и используемым компонентам, можно считать:In the literature, periodic and patent, various methods and schemes for flattening the output spectral characteristics of optical amplifiers are known, mainly with respect to widely used erbium doped fiber amplifiers EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier). As examples illustrating well-known devices of a similar purpose, but different in principle of operation, circuits, and components used, we can consider:
а) выравнивание коэффициента усиления усилителя во всем рабочем диапазоне посредством легирующих добавок в активное волокноa) equalization of the gain of the amplifier in the entire operating range by means of dopants in the active fiber
[S. Yoshida, S. Kuwano, and K. Iwashita, "Gain-flattened EDFA with high A1 concentration for multistage repeatered WDM transmission systems," Electron. Lett. 31, 1765-1767(1995)];[S. Yoshida, S. Kuwano, and K. Iwashita, "Gain-flattened EDFA with high A1 concentration for multistage repeatered WDM transmission systems," Electron. Lett. 31, 1765-1767 (1995)];
б) использование фильтров Маха-Цендера (MZ) в цепочке EDFA-усилителей [J.Y. Pan, M.A. Ali, A.F. Elrefaie, and R.E. Wagner, "Multiwavelength fiber-amplifier cascades with equalization employing Mach-Zehnder optical filter," IEEE Photon. Technol. Lett. 7, 1501-1503 (1995)];b) the use of Mach-Zehnder filters (MZ) in a chain of EDFA amplifiers [J.Y. Pan, M.A. Ali, A.F. Elrefaie, and R.E. Wagner, "Multiwavelength fiber-amplifier cascades with equalization employing Mach-Zehnder optical filter," IEEE Photon. Technol. Lett. 7, 1501-1503 (1995)];
в) использование переменных управляемых аттенюаторов с регулировкой среднего затухания на канал посредством электронного контроллера: [М. Lelic, G.J. Cowley, and N. Menon, "Dynamic controller for a multichannel optical amplifier," US Patent No. 6,535,330 (2003);c) the use of variable controlled attenuators with adjustable average attenuation per channel through an electronic controller: [M. Lelic, G.J. Cowley, and N. Menon, "Dynamic controller for a multichannel optical amplifier," US Patent No. 6,535,330 (2003);
Gee-Kung Chang, Lars E.Esklldsen et al. "Self-Regulating Multi-wavelength Optical Amplifier Module for Scalable Lightwave Communications Systems", US Patent No. 5,392,154 (1995);Gee-Kung Chang, Lars E. Esklldsen et al. "Self-Regulating Multi-wavelength Optical Amplifier Module for Scalable Lightwave Communications Systems", US Patent No. 5,392,154 (1995);
г) использование массива ответвлений на основе решеток Брэгга [. R. Kashyap, R. Wyatt, and P.F. McKee, "Wavelength flattened saturated erbium amplifier using multiple side-tap Bragg gratings," Electron. Lett. 29, 1025-1026(1993)];d) the use of an array of branches based on Bragg gratings [. R. Kashyap, R. Wyatt, and P.F. McKee, "Wavelength flattened saturated erbium amplifier using multiple side-tap Bragg gratings," Electron. Lett. 29, 1025-1026 (1993)];
д) выравнивание спектра с помощью многослойных фильтровых комбинаций mλc/2 - mλс/4, разделенных регулируемыми промежутками [Keith Wayne Goossen, "Enchanced Tilt Optical Power Equalizer", US Patent No. 6,704, 513 B1 (2004)];e) spectrum equalization using multilayer filter combinations mλ c / 2 - mλ s / 4 separated by adjustable gaps [Keith Wayne Goossen, "Enchanced Tilt Optical Power Equalizer", US Patent No. 6,704, 513 B1 (2004)];
е) использование схем выравнивания наклона усиления EDFA с помощью регулирования накачки [Yamaguchi, Shohei, "Optical Gain Equalizer and Optical Gain Equaliizing Method", European patent ЕР 1137129 A2 (2001)];f) using EDFA gain slope equalization schemes by pump control [Yamaguchi, Shohei, “Optical Gain Equalizer and Optical Gain Equaliizing Method”, European patent EP 1137129 A2 (2001)];
ж) использование перестраиваемых акустооптических режекторных фильтров с электронным управлением профилем спектра EDFA:g) the use of tunable acousto-optic notch filters with electronic control of the EDFA spectrum profile:
[H.S. Kim, S.H. Yun, H.K. Kim, N. Park, and B.Y. Kim, "Actively Gain-flattened erbium-doped fiber amplifier over 35 nm by using all-fiber acousto-optic tunable filters," IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 790-792 (1998);[H.S. Kim, S.H. Yun, H.K. Kim, N. Park, and B.Y. Kim, "Actively Gain-flattened erbium-doped fiber amplifier over 35 nm by using all-fiber acousto-optic tunable filters," IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 790-792 (1998);
B.Y. Kim, S.H. Yun, and B.W. Lee, "Acousto-optic filter", US Patent No. 6,532,323 B2 (2003);B.Y. Kim, S.H. Yun, and B.W. Lee, "Acousto-optic filter", US Patent No. 6,532,323 B2 (2003);
Hyo Sang Kim, Seok Hyun Yun et al. "Dynamic gain equalization of erbium-doped fiber amplifier with all-fiber acousto-optic tunable filters", Optical Fiber Communication Conference and Exhibit, 1998. OFC '98., Technical Digest];Hyo Sang Kim, Seok Hyun Yun et al. "Dynamic gain equalization of erbium-doped fiber amplifier with all-fiber acousto-optic tunable filters", Optical Fiber Communication Conference and Exhibit, 1998. OFC '98., Technical Digest];
з) использование уплощающих АЧХ усилителя фильтров на длиннопериодных волоконных решетках (LPFG):h) the use of flattening frequency response of the filter amplifier on long-period fiber gratings (LPFG):
[J.R. Qian and H.F. Chen, "Gain flattening fiber filters using phase shifted long period fiber gratings," Electron. Lett. 34, 1132-1133 (1998);[J.R. Qian and H.F. Chen, "Gain flattening fiber filters using phase shifted long period fiber gratings," Electron. Lett. 34, 1132-1133 (1998);
P.D. Greene and H.N. Rourke, "Tailoring long period optical fiber gratings for flattening EDFA gain spectra," Electron. Lett. 35, 1373-1374 (1999);P.D. Greene and H.N. Rourke, "Tailoring long period optical fiber gratings for flattening EDFA gain spectra," Electron. Lett. 35, 1373-1374 (1999);
M.K. Pandit, K.S. Chiang, Z.H. Chen, and S.P. Li, "Tunable Long-Period Fiber Gratings for EDFA gain and ASE equalization," Microwave and Opt. Technol. Lett. 25, 181-184 (2000);M.K. Pandit, K.S. Chiang, Z.H. Chen, and S.P. Li, "Tunable Long-Period Fiber Gratings for EDFA gain and ASE equalization," Microwave and Opt. Technol. Lett. 25, 181-184 (2000);
и) использование для широкополосного выравнивания спектра EDFA участков волокна с боковой полировкой оболочки, связанных с перестраиваемыми оптическими фильтрами: [R.K. Varshney, A. Singh, K. Pande, and В.Р. Pal, "Side-polished fiber-based gain-flattening filter for erbium doped fiber amplifiers," Opt. Commun. 271, 441- 444 (2007);i) the use for broadband alignment of the EDFA spectrum of fiber sections with side polishing of the sheath associated with tunable optical filters: [R.K. Varshney, A. Singh, K. Pande, and B.P. Pal, "Side-polished fiber-based gain-flattening filter for erbium doped fiber amplifiers," Opt. Commun. 271, 441-444 (2007);
К.T. Kim, S. Hwangbo, J.P. Mah, and K.R. Sohn, "Widely tunable filter based on coupling between a side-polished fiber and a tapered planar waveguide," IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 142-144 (2005)].K.T. Kim, S. Hwangbo, J.P. Mah, and K.R. Sohn, "Widely tunable filter based on coupling between a side-polished fiber and a tapered planar waveguide," IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 142-144 (2005)].
Недостатками, в той или иной степени свойственными перечисленным известным регулируемым эквалайзерам широкополосного DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing- плотное мультиплексирование по длине волны) сигнала на выходе EDFA, являются:The disadvantages, to one degree or another, are characteristic of the listed well-known adjustable equalizers of broadband DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) signal at the EDFA output, are:
- индивидуальная настройка эквалайзера под конкретный тип усилителя;- individual adjustment of the equalizer for a specific type of amplifier;
- сложность управляющей системы, обеспечивающей необходимую настройку, особенно при динамической перестройке информационного трафика (ввод/вывод каналов, реконфигурация трафика, переход на резервирование);- the complexity of the control system that provides the necessary settings, especially when dynamically rebuilding information traffic (input / output channels, reconfiguring traffic, switching to redundancy);
- значительная величина вносимых потерь.- a significant amount of insertion loss.
По результатам анализа и сопоставления вышеприведенных источников, наиболее перспективными для применения в практическом оборудовании широкополосных систем дальней связи представляются варианты, основанные на использовании линейного волокна с участками с боковой полировкой SPF (side polished optical fibre), для которых характерны:According to the results of analysis and comparison of the above sources, the most promising options for the use in practical equipment of broadband long-distance communication systems are options based on the use of a linear fiber with areas with side polished optical fiber (SPF), which are characterized by:
- низкие вносимые потери,- low insertion loss,
- хорошая механическая стабильность,- good mechanical stability,
- легкая интеграция;- easy integration;
- перестраиваемость.- tunability.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения, как наиболее близкого устройства того же назначения к заявляемому устройству по совокупности признаков, выбран аналог [R.K. Varshney and В. Nagaraju, А. Singh, В.P. Pall, and А.K. Kar "Design and realization of an all-fiber broadband tunable gain equalization filter for DWDM signals", Opt Express. 2007. Oct. 17; 15(21):13519-30].As a prototype of the invention, as the closest device of the same purpose to the claimed device for the totality of features, an analogue [R.K. Varshney and B. Nagaraju, A. Singh, B.P. Pall, and A.K. Kar "Design and implementation of an all-fiber broadband tunable gain equalization filter for DWDM signals", Opt Express. 2007. Oct. 17; 15 (21): 13519-30].
Устройство-прототип строится на основе блока ответвителя с боковой полировкой сигнального волокна (SPF), связанного с многомодовым скошенным волноводом MMW(multimode waveguide), который служит для SPF перестраиваемым (посредством смещения) режекторным фильтром. Эффективная связь наступает при условии резонанса между модой SPF-ответвителя и одной из мод высшего порядка волновода MMW, близких к условиям отсечки, при этом достигается или вывод узкополосного канала, или полосовые фильтры для длин волн, на которых имеют место резонансы. Было показано, что можно путем соответствующего выбора оптогеометрических параметров SPF и сужающегося MMW, а также области связи между ними, подобрать спектр потерь в линейном волокне так, что во всем рабочем диапазоне EDFA (~1530…1560 нм) уровень проходящей мощности оставался практически постоянным (неравномерность ~0.35дБ в полосе 35 нм).The prototype device is built on the basis of a coupler block with side polishing of the signal fiber (SPF) associated with a multimode beveled MMW (multimode waveguide), which serves as a tunable notch filter for the SPF. An effective coupling occurs under the condition of resonance between the mode of the SPF coupler and one of the higher-order modes of the MMW waveguide, which are close to the cutoff conditions, and either a narrow-band channel output or band-pass filters for wavelengths at which resonances occur are achieved. It was shown that by appropriate selection of the opto-geometric parameters of the SPF and the tapering MMW, as well as the communication region between them, one can select the loss spectrum in the linear fiber so that the transmit power level remains almost constant over the entire EDFA operating range (~ 1530 ... 1560 nm) ( non-uniformity ~ 0.35 dB in the 35 nm band).
К недостаткам прототипа следует отнести:The disadvantages of the prototype include:
1. Индивидуальность рабочих параметров - при других данных EDFA требуется замена или перенастройка волноводного резонатора.1. The individuality of the operating parameters - with other EDFA data, the replacement or reconfiguration of the waveguide resonator is required.
2. Устройство требует обеспечения поступательных перемещений блока SPF (в у- и z-направлениях) и настройку угла наклона относительно волновода MMW, причем требования к функциональной взаимосвязи между этими подвижками и параметрами эквалайзера не указываются.2. The device requires ensuring translational movements of the SPF block (in the y and z directions) and adjusting the angle of inclination relative to the MMW waveguide, and the requirements for the functional relationship between these shifts and the equalizer parameters are not indicated.
3. Оперативная подстройка эквалайзера при реальном динамическом трафике DWDM линейного сигнала представляется весьма трудно реализуемым алгоритмом.3. The operational adjustment of the equalizer with real dynamic traffic of the DWDM linear signal seems to be a very difficult algorithm.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства для выравнивания уровней средней мощности линейного сигнала на выходе оптического усилителя, отличающегося от аналога-прототипа устранением указанных недостатков последнего.The problem to which the invention is directed is to create a device for leveling the average power levels of a linear signal at the output of an optical amplifier, which differs from the prototype analogue by eliminating the indicated disadvantages of the latter.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной в формуле совокупностью признаков, является:The technical result provided by the combination of features given in the formula is:
- возможность построения универсального эквалайзера, работоспособного без индивидуальной настройки с любым типом оптического усилителя (EDFA, FRA и др.);- the ability to build a universal equalizer, workable without individual settings with any type of optical amplifier (EDFA, FRA, etc.);
- автоматическое выполнение операций выравнивания уровней мощности, проходящей по сигнальному волокну, в рамках проектного рабочего диапазона передаваемых сигналов;- automatic performance of operations of leveling the power passing through the signal fiber within the design working range of the transmitted signals;
- обеспечение технологической возможности интегрального выполнения конструкции устройства, с малой величиной потребляемой мощности и с возможностью дистанционного контроля равномерности уровней линейного сигнала на выходе усилителя при встраивании в алгоритм системы телемеханики.- providing technological feasibility of integral design of the device, with a small amount of power consumption and with the ability to remotely control the uniformity of the levels of the linear signal at the amplifier output when embedded in the algorithm of the telemechanics system.
Указанный технический результат, обеспечиваемый приведенной в формуле совокупностью признаков, достигается тем, что автоматизированный эквалайзер уровней выходного сигнала оптических усилителей содержит сигнальное волокно с ответвителем проходящей мощности и устройство переменной связи волокна с внешним оптическим резонатором, образующие в совокупности широкополосный режекторный фильтр, позволяющий достигнуть выравнивание уровней мощности в рабочем диапазоне передаваемого сигнала, при этом в состав устройства переменной связи волокна с внешним резонатором входят N одинаковых устройств ответвления, каждое из которых осуществляет режекцию мощности в полосе 1/N рабочего диапазона эквалайзера, так что в совокупности они охватывают весь рабочий диапазон, в состав каждого устройства ответвления входят участок с боковой полировкой SPF сигнального волокна и оптический микрорезонатор, настроенный на среднюю частоту полосы (зоны) своего устройства ответвления, причем каждый оптический микрорезонатор механически соединен с подвижным элементом своего микроактюатора, обеспечивающего возможность изменения связи с сигнальным волокном на своем устройстве ответвления за счет перемещения микрорезонатора относительно своего участка SPF сигнального волокна, выход N-го устройства ответвления через сигнальное волокно соединен с широкополосным ответвителем с малым отбором мощности, выход широкополосного ответвителя соединен с входом демультиплексора, разделяющего спектр проходящего сигнала на N полос (зон), равномерно распределенных по всему рабочему диапазону, выходные N порты демультиплексора соединены соответственно с N фотоприемниками-детекторами уровней мощности, выходные сигналы которых подключены соответственно к N входам компаратора уровней мощности в зонах рабочего диапазона, N выходных портов компаратора подключены соответственно к N входам микросхем, формирующих электрические сигналы управления N микроактюаторами по критерию распределения степени режекции на всех N устройствах ответвления, соответствующей выравниванию уровней мощности во всех N спектральных полосах в сигнальном волокне, N сигналов управления подводятся к N входным портам схемы-интерфейса, формирующей электрические стыки с входными шинами исполнительных устройств микроактюаторов, причем синхронная работа всех электронных схем эквалайзера обеспечивается местным генератором тактовой частоты, величина которой выбирается с учетом инерционности работы всех элементов устройств ответвления, а выход генератора тактовой частоты подключается к входным портам синхронизации компаратора, микросхем, формирующих сигналы управления микроактюаторами, фотоприемников-детекторов и схемы-интерфейса. При этом компаратор может быть снабжен буферной памятью и выходным портом, обеспечивающим возможность мониторинга распределения мощности в рабочем спектре сигнального волокна при подключении к внешним контрольным средствам, например к системе телемеханики. При этом N устройств ответвления с оптическими микрорезонаторами конструктивно могут быть объединены на едином чипе с термостабилизацией (элементы Пельтье). При этом все области связи волокна с микрорезонаторами могут быть установлены в термокамере, заполненной иммерсионной жидкостью.The specified technical result, provided by the combination of features given in the formula, is achieved by the fact that the automated equalizer of the output signal levels of optical amplifiers contains a signal fiber with a coupler of transmitted power and a device for variable coupling of fibers with an external optical resonator, which together form a broadband notch filter that allows leveling levels to be achieved power in the working range of the transmitted signal, while the composition of the variable communication device fibers with an external resonator include N identical branch devices, each of which rejects power in the 1 / N band of the equalizer operating range, so that together they cover the entire operating range, each branch device includes a side polished SPF signal fiber and an optical a microresonator tuned to the middle frequency of the strip (zone) of its branch device, with each optical microresonator mechanically connected to the movable element of its microactuator, o providing the ability to change communication with the signal fiber on its branch device due to the movement of the microcavity relative to its SPF portion of the signal fiber, the output of the Nth branch device through the signal fiber is connected to a broadband coupler with low power take-off, the output of the broadband coupler is connected to the input of the spectrum splitting demultiplexer the transmitted signal into N bands (zones) uniformly distributed over the entire operating range, the output N ports of the demultiplexer are connected to responsibly with N photodetectors-detectors of power levels, the output signals of which are connected respectively to the N inputs of the comparator of power levels in the zones of the operating range, N output ports of the comparator are connected respectively to the N inputs of microcircuits generating electrical control signals of N microactuators according to the criterion for the distribution of the degree of notch across all N branch devices corresponding to the equalization of power levels in all N spectral bands in the signal fiber, N control signals are fed to N in one port of the interface circuit, forming electrical joints with input buses of actuators of microactuators, and the synchronous operation of all electronic equalizer circuits is provided by the local clock generator, the value of which is selected taking into account the inertia of all elements of the branch devices, and the output of the clock generator is connected to the input ports synchronization of the comparator, microcircuits forming the control signals of microactuators, photodetectors-detectors and interface circuits. In this case, the comparator can be equipped with a buffer memory and an output port, which makes it possible to monitor the distribution of power in the working spectrum of the signal fiber when connected to external control means, for example, to a telemechanics system. At the same time, N branch devices with optical microresonators can be structurally combined on a single chip with thermal stabilization (Peltier elements). In this case, all the communication areas of the fiber with microresonators can be installed in a heat chamber filled with immersion liquid.
Заявляемое изобретение «Автоматизированный эквалайзер уровней выходного сигнала оптических усилителей многоканальных систем» поясняется чертежами.The claimed invention "Automated equalizer of the output signal levels of optical amplifiers of multichannel systems" is illustrated by the drawings.
На фиг. 1 представлена структурная схема автоматизированного эквалайзера уровней выходного сигнала оптических усилителей многоканальных систем;In FIG. 1 is a structural diagram of an automated equalizer of output signal levels of optical amplifiers of multichannel systems;
на фиг. 2 представлена структура устройства переменной связи волокна с внешними оптическими резонаторами.in FIG. 2 shows the structure of a variable coupling device of a fiber with external optical resonators.
Автоматизированный эквалайзер уровней выходного сигнала оптических усилителей, содержит (фиг. 1) сигнальное волокно с ответвителем проходящей мощности 2 и устройство переменной связи волокна с внешним оптическим резонатором 1, образующие в совокупности широкополосный режекторный фильтр, позволяющий достигнуть выравнивание уровней мощности в рабочем диапазоне передаваемого сигнала, при этом в состав устройства переменной связи волокна с внешним резонатором 1 входят (фиг. 2) N одинаковых устройств ответвления 9, каждое из которых осуществляет режекцию мощности в полосе 1/N рабочего диапазона эквалайзера, так что в совокупности они охватывают весь рабочий диапазон, в состав каждого устройства ответвления входят участок с боковой полировкой SPF сигнального волокна и оптический микрорезонатор 10, настроенный на среднюю частоту полосы (зоны) своего устройства ответвления, причем каждый оптический микрорезонатор 10 механически соединен с подвижным элементом своего микроактюатора 11, обеспечивающего возможность изменения связи с сигнальным волокном на своем устройстве ответвления за счет перемещения микрорезонатора 10 относительно своего участка SPF сигнального волокна, выход N-го устройства ответвления 9 через сигнальное волокно соединен (фиг. 1) с широкополосным ответвителем 2 с малым отбором мощности, выход широкополосного ответвителя 2 соединен с входом демультиплексора 3, разделяющего спектр проходящего сигнала на N полос (зон), равномерно распределенных по всему рабочему диапазону, выходные N порты демультиплексора 3 соединены соответственно с N фотоприемниками-детекторами уровней мощности 4, выходные сигналы которых подключены соответственно к N входам компаратора уровней мощности 5 в зонах рабочего диапазона, N выходные порты компаратора 5 подключены соответственно к N входам микросхем 6, формирующих электрические сигналы управления N микроактюаторами 11 по критерию распределения степени режекции на всех N устройствах ответвления 9, соответствующей выравниванию уровней мощности во всех N спектральных полосах в сигнальном волокне, N сигналов управления с микросхем 6 подводятся соответственно к N входным портам схемы-интерфейса 7, формирующей электрические стыки с входными шинами исполнительных устройств микроактюаторов 11, причем синхронная работа всех электронных схем эквалайзера обеспечивается местным генератором тактовой частоты 8, величина которой выбирается с учетом инерционности работы всех элементов устройств ответвления, а выход генератора тактовой частоты 8 подключается к входным портам синхронизации компаратора 5, микросхем 6, фотоприемников-детекторов 4 и схемы-интерфейса 7. При этом компаратор 5 может быть снабжен буферной памятью и выходным портом, обеспечивающим возможность мониторинга распределения мощности в рабочем спектре сигнального волокна при подключении к внешним контрольным средствам, например к системе телемеханики. При этом N устройств ответвления 9 с оптическими микрорезонаторами конструктивно могут быть объединены на едином чипе с термостабилизацией (элементы Пельтье). При этом все области связи волокна с микрорезонаторами 10 могут быть установлены в термокамере, заполненной иммерсионной жидкостью.The automated equalizer of the output signal levels of optical amplifiers, contains (Fig. 1) a signal fiber with a coupler of transmitted power 2 and a variable-link device of the fiber with an external optical resonator 1, which together form a broadband notch filter that allows alignment of power levels in the operating range of the transmitted signal, at the same time, the structure of the variable-coupling device of the fiber with the external resonator 1 includes (Fig. 2) N identical branch devices 9, each of which It provides power notch in the 1 / N band of the equalizer working range, so that in total they cover the entire working range, each branch device includes a section with side polishing of the signal fiber SPF and an optical microcavity 10 tuned to the middle frequency of the band (zone) of its device branches, each optical microcavity 10 is mechanically connected to the movable element of its microactuator 11, providing the possibility of changing communication with the signal fiber on its device branch By moving the microcavity 10 relative to its SPF portion of the signal fiber, the output of the Nth branch device 9 through the signal fiber is connected (Fig. 1) with a broadband coupler 2 with low power take-off, the output of the wideband coupler 2 is connected to the input of the demultiplexer 3, dividing the spectrum of the transmitted signal into N bands (zones) uniformly distributed over the entire operating range, the output N ports of the demultiplexer 3 are connected respectively to N photodetectors - power level detectors 4, the output signals of which are connected respectively to the N inputs of the comparator of power levels 5 in the zones of the operating range, N output ports of the comparator 5 are connected respectively to the N input microchips 6, forming electrical control signals for N microactuators 11 according to the criterion for the distribution of the degree of rejection on all N branch devices 9, corresponding to the alignment of power levels in all N spectral bands in the signal fiber, N control signals with microchip 6 are fed respectively to the N input ports of the circuit- interface 7, forming electrical joints with input buses of actuators microactuators 11, and the synchronous operation of all electronic equalizer circuits is provided by local a clock frequency 8, the value of which is selected taking into account the inertia of the operation of all elements of the branch devices, and the output of the clock 8 is connected to the input synchronization ports of the comparator 5, microcircuits 6, photodetectors-detectors 4 and the interface circuit 7. In this case, the comparator 5 can be equipped with a buffer memory and an output port that provides the ability to monitor the distribution of power in the working spectrum of the signal fiber when connected to external control means, for example, a telemechanical system and. Moreover,
Автоматизированный эквалайзер уровней выходного сигнала оптических усилителей работает следующим образом.The automated equalizer of the output signal levels of optical amplifiers works as follows.
Оптический диапазон, подлежащий выравниванию, разбивается на N зон, где N≥1, при этом на сигнальном волокне формируется N участков SPF. Каждому участку SPF сопоставляется оптический микрорезонатор 10, параметры которого удовлетворяют условиям: резонансная частота ω0i равна частоте средней длины волны i-й зоны (i=1,…N); нагруженная добротность Qci=ω0i/2δс, где декремент затухания δc определяет ширину резонансной кривой резонатора (полная ширина по уровню на границах зоны половины от максимума - FHWM (Full width at half maximum), т.е. полосу зонового фильтра). Каждый микрорезонатор 10 механически соединен с микроактюатором 11, обеспечивающим переменную связь микрорезонатора 10 с участком SPFi, образуя в совокупности устройство ответвления 9.The optical range to be aligned is divided into N zones, where N≥1, and N SPF sections are formed on the signal fiber. Each SPF section is associated with an
Исходное положение микроактюаторов 11 всех устройств ответвления 9 соответствует наименьшему коэффициенту связи микрорезонаторов 10 с участком SPF. Фотоприемники-детекторы уровней 4 откалиброваны так, чтобы при равномерном распределении мощности по всем зонам рабочего диапазона автоматизированного эквалайзера они давали, с учетом характеристик разделителя зоновых полос, одинаковые показания на выходах.The initial position of the
С началом работы генератора тактовой частоты FT 8 запускаются аналого-цифровой преобразователь каждого фотоприемника-детектора 4, цифровые устройства микросхемы 6, компаратор 5. На начальном такте автоматизированного эквалайзера распределение уровней мощности по спектру рабочего диапазона в устройстве переменной связи 1 такое, как оно поступает с выхода EDFA, работающего в штатном режиме при отсутствии выравнивания. Принятый сигнал из устройства 1 поступает на вход щирокополосного ответвителя 2, который выделяет для анализа приблизительно 1-2% от мощности входного сигнала и передает выделенный сигнал на демультиплексор 3, разделяющий спектр принятого сигнала на N зон, соответствующих зонам разбиения оптического диапазона. Калибровка демультиплексора 3 соответствует равенству мощностей на всех выходных портах демультиплексора при равномерном распределении мощностей по всему рабочему оптическому диапазону автоматизированного эквалайзера.With the start of the
Фотоприемники-детекторы 4 преобразуют оптические сигналы в электрические, которые поступают на компаратор 5 для сравнения величин сигналов во всех зонах между собой. С компаратора 5 сигналы поступают на входы микросхемы 6, которая обрабатывает соотношения уровней сигналов во всех N зонах, выбирает зону с наименьшим уровнем сигнала, принимает ее за опорную величину и формирует управляющие сигналы для всех остальных зон. Управляющие сигналы с микросхемы 6 поступают на схему-интерфейс 7, формирующую электрические стыки с входными шинами исполнительных устройств микроактюаторов 11. Режим коррекции уровней мощности в сигнальном волокне до полного относительного выравнивания устанавливается потактовой регулировкой режекции за счет изменения связи SPF↔микрорезонатор 10 во всех зонах рабочего диапазона и поддерживается автоматически в процессе работы автоматизированного эквалайзера. Таким образом, происходит выравнивание уровней мощности N-каналов по выбранному опорному уровню.Photodetectors-detectors 4 convert the optical signals into electrical ones, which are fed to the comparator 5 to compare the values of the signals in all zones with each other. From the comparator 5, the signals are fed to the inputs of the microcircuit 6, which processes the signal level ratios in all N zones, selects the zone with the lowest signal level, takes it as the reference value, and generates control signals for all other zones. The control signals from the microcircuit 6 are fed to the
Возможен вариант исполнения, при котором компаратор 5 снабжен буферной памятью и выходным портом, обеспечивающим возможность мониторинга распределения мощности в рабочем спектре сигнального волокна при подключении к внешним контрольным средствам, например к системе телемеханики. Это дает возможность подключить эквалайзер к системе контроля качества сигнала на выходе устройства переменной связи 1 посредством системы телемеханики. Также возможен вариант исполнения, в котором N устройств ответвления 9 с оптическими микрорезонаторами 10 конструктивно объединены на едином чипе с термостабилизацией (элементы Пельтье). Также возможно в устройствах ответвления 9 область связи SPF линейного волокна с зоновыми микрорезонаторами 10 устанавливать в термокамеру для заполнения иммерсией участков SPF с удаленной оболочкой (при этом достигается снижение вносимых в само волокно потерь и улучшение термостабилизации микрорезонаторов).An embodiment is possible in which the comparator 5 is equipped with a buffer memory and an output port, which makes it possible to monitor the distribution of power in the working spectrum of the signal fiber when connected to external control means, for example, to a telemechanics system. This makes it possible to connect the equalizer to the signal quality control system at the output of the
Покажем работу предлагаемого автоматизированного эквалайзера на конкретном примере.We show the work of the proposed automated equalizer using a specific example.
Пусть необходимо спроектировать выравнивающее устройство для ретранслятора DWDM-системы передачи 32 каналов, разнесенных друг от друга на 100 ГГц в С-диапазоне (1530-1560 нм).Let it be necessary to design a leveling device for a repeater of a DWDM transmission system of 32 channels spaced 100 GHz apart in the C-band (1530-1560 nm).
Для реализации заявленного эквалайзера, целью которого является автоматическая коррекция характеристик выходного сигнала ретранслятора, используем следующие решения:To implement the claimed equalizer, the purpose of which is to automatically correct the characteristics of the output signal of the repeater, we use the following solutions:
1) В качестве выходного направленного ответвителя 2 применим широкополосный сплиттер с отводом к разделителю зоновых полос несущественной части сигнала (~0.5-1% Рвых).1) As an output
2) Воспользовавшись тем, что выходная амплитудно-частотная характеристика промышленных EDFA имеет характер достаточно гладкой функции, выберем число N зоновых участков спектра небольшим, с центральными частотами через 500 ГГц, т.е. в нашем примере N=7. Центральными частотами зон и, таким образом, резонансными частотами микрорезонаторов 10 будут:2) Taking advantage of the fact that the output amplitude-frequency characteristic of industrial EDFAs has the character of a fairly smooth function, we choose the number N of spectral regions of the spectrum as small, with central frequencies through 500 GHz, i.e. in our example, N = 7. The center frequencies of the zones and thus the resonant frequencies of the
ω01=195.7 ТГц (λ=1531.9 нм), канал 57 по стандартной сетке DWDM;ω 01 = 195.7 THz (λ = 1531.9 nm), channel 57 according to a standard DWDM grid;
ω02=195.2 ТГц (λ=1535.82 нм), канал 52,ω 02 = 195.2 THz (λ = 1535.82 nm), channel 52,
ω03=194.7 ТГц (λ=1539.77 нм) канал 47,ω 03 = 194.7 THz (λ = 1539.77 nm) channel 47,
ω04=194.2 ТГц (λ=1543.73 нм) канал 42,ω 04 = 194.2 THz (λ = 1543.73 nm) channel 42,
ω05=193.7 ТГц (λ=1547.72 нм) канал 37,ω 05 = 193.7 THz (λ = 1547.72 nm) channel 37,
ω06=193.2 ТГц (λ=1551.72 нм) канал 32,ω 06 = 193.2 THz (λ = 1551.72 nm) channel 32,
ω07=192.7 ТГц (λ=1555.75 нм) канал 27,ω 07 = 192.7 THz (λ = 1555.75 nm) channel 27,
где ω - частота (ТГц), 01…07 - номер зоны, λ - длина волны настройки микрорезонатора (нм).where ω is the frequency (THz), 01 ... 07 is the zone number, λ is the microcavity tuning wavelength (nm).
3) Микрорезонаторы можно применять различных видов - сферических, дисковых, сфероидных, тороидных, типа Фабри-Перо, их особенности, способы возбужения и технологии изготовления подробно описаны в [М.Л. Городецкий, спецкурс «Оптические микрорезонаторы», МГУ, 2009; «Оптические микрорезонаторы с гигантской добротностью», Физ-МатЛит, 2011]. Для применения в эквалайзере, т.е. в качестве режекторного полосового фильтра, предельно высокой добротности не требуется, добротность Q должна ограничиваться полным коэффициентом затухания δ=δ0+δс - собственные потери и потери нагрузки (поглощение, рассеяние), который определяет ширину резонансной кривой или полосу фильтра (в нашем случае - полоса зоны) соотношением: 1/Qi=2(δ0+δс)/ ω0i. В нашем примере целесообразно выбрать сферические микрорезонаторы 10 с модами шепчущей галереи (МШГ), изготовленные из полимера (например, типа PDMS [A.L. Martin et al. "Replica-molded high-Q polimer microresonators", Optics Letters, 29(6) 533-535 (2004)]. Для термостабилизации целесообразно поместить оптические элементы блока зоновых корректоров в термокамеру с заполнением иммерсионной жидкостью.3) Microresonators can be used in various types - spherical, disk, spheroid, toroidal, Fabry-Perot type, their features, excitation methods and manufacturing techniques are described in detail in [M.L. Gorodetsky, special course “Optical microcavities”, Moscow State University, 2009; “Optical microresonators with giant Q-factor”, Fiz-MatLit, 2011]. For use in the equalizer, i.e. as a notch band filter, an extremely high Q factor is not required, the Q factor should be limited to the total attenuation coefficient δ = δ 0 + δ s - intrinsic and load losses (absorption, scattering), which determines the width of the resonance curve or filter band (in our case - band of the zone) by the ratio: 1 / Q i = 2 (δ 0 + δ s ) / ω 0i . In our example, it is advisable to choose
4) Изменение в каждом участке ответвления 9 степени связи участка волокна SPFi со «своим» микрорезонатором 10 осуществляется посредством перемещения этого микрорезонатора, жестко связанного с подвижным элементом микроактюатора 11, по сигналу управления от схемы-интерфейса 7. Наибольшая степень связи, соответствующая максимальному отбору избыточной мощности микрорезонатором 10 в полосе своей зоны, достигается при контакте микрорезонатора 11 с участком волокна с боковой полировкой SPF, т.е. со светонаправляющей сердцевиной сигнального волокна. При отодвигании микрорезонатора (на зазор порядка микрометра) эта связь резко уменьшается, так что плавная и устойчивая регулировка может осуществляться только посредством прецизионного микроактюатора, предпочтительно на основе MEMS-технологий (микроэлектромеханические системы), хорошо разработанных в настоящее время.4) Change in each section of the
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017109320A RU2642814C1 (en) | 2017-03-20 | 2017-03-20 | Automated equalizer of output signal levels of optical amplifiers of multichannel systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017109320A RU2642814C1 (en) | 2017-03-20 | 2017-03-20 | Automated equalizer of output signal levels of optical amplifiers of multichannel systems |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2642814C1 true RU2642814C1 (en) | 2018-01-26 |
Family
ID=61023832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017109320A RU2642814C1 (en) | 2017-03-20 | 2017-03-20 | Automated equalizer of output signal levels of optical amplifiers of multichannel systems |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2642814C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2265951C2 (en) * | 2004-07-07 | 2005-12-10 | Аванесян Гарри Романович | Method and device for correction of frequency distortion (automatic equalizer) |
US7542675B1 (en) * | 2000-05-30 | 2009-06-02 | Nortel Networks Limited | Optical switch with power equalization |
RU2381617C2 (en) * | 2007-02-07 | 2010-02-10 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Method of realising equaliser in audio signal decoder and device to this end |
-
2017
- 2017-03-20 RU RU2017109320A patent/RU2642814C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7542675B1 (en) * | 2000-05-30 | 2009-06-02 | Nortel Networks Limited | Optical switch with power equalization |
RU2265951C2 (en) * | 2004-07-07 | 2005-12-10 | Аванесян Гарри Романович | Method and device for correction of frequency distortion (automatic equalizer) |
RU2381617C2 (en) * | 2007-02-07 | 2010-02-10 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Method of realising equaliser in audio signal decoder and device to this end |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
R.K.VARSHNEY et al., Design and realisation of an all-fiber broadband tunable gain equalization filter for DWDM signals, Optics express, 17.10.2007 на 12 страницах, стр. 1-12. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Colbourne et al. | Contentionless twin 8x24 WSS with low insertion loss | |
US5598294A (en) | Optical fiber amplifier and optical fiber communication system | |
CN107959541B (en) | The control method and device of micro-ring resonator | |
JP2008158554A (en) | Excitation light source unit and raman amplifier | |
EP3105869B1 (en) | Optical carrier selector system and method | |
CN103855598A (en) | Multiple wavelength convertible tunable fiber laser based on tapered fiber | |
EP4199388A1 (en) | Optical signal control method and device, optical transmission node, and optical transmission system | |
US6674773B1 (en) | Multi-wavelength Raman laser | |
US6421170B1 (en) | Gain control and shaping of EDFAs via dual cavity gain control | |
JP7302430B2 (en) | Wavelength tunable light source, optical transmission device using the same, and wavelength tunable light source control method | |
EP1142166A1 (en) | Optical amplifier with power dependent feedback | |
RU2642814C1 (en) | Automated equalizer of output signal levels of optical amplifiers of multichannel systems | |
WO2019148264A1 (en) | Variable optical filter | |
KR100351672B1 (en) | All-optical gain controlled bidirectional add/drop optical amplifier | |
CN102412499B (en) | Adjustable ring-shaped cavity erbium-doped optical-fiber multi-wavelength laser based on cascade HiBi optical fibers and Sagnac rings | |
Puttnam et al. | Dynamic crosstalk study in a few-mode-multi-core fiber | |
CN202260108U (en) | Adjustable ring-cavity erbium-doped optical fiber multi-wavelength laser | |
CA2460722A1 (en) | Optical amplifier control in wdm communications systems | |
CN116264480A (en) | Optical transmission equipment and system | |
US7027215B2 (en) | Optical component, optical amplification module, and optical transmission system | |
CN206684348U (en) | Multi-longitudinal-mode fiber laser sensing multiplexing system | |
JP2010177346A (en) | Optical amplifier and method of amplifying light | |
EP1313235B1 (en) | Optical amplifier and optical communication system including the same | |
US11546063B1 (en) | Laser light source and optical network system | |
Porzi et al. | Silicon photonics comb demultiplexer for elastic optical networks |