SK91196A3 - Device for suppresion of an optical signal distortion caused by four wave interaction - Google Patents

Description

Optický telekomunikačný systém obsahujúci najmenej dva zdroje (31), (32) optických signálov modulované na odlišných vlnových dĺžkach so zodpovedajúcimi časmi koherencie, multiplexor (31) na multiplexovanie uvedených signálov do jediného spoločného optického vlákna (82), optické vláknové vedenie spojené na jednom konci s daným spoločným optickým vláknom (82) s uvedeným multiplexorom (81), prostriedky na príjem daných signálov, prvok na potlačenie štvorvlnovej interakcie (FWM) medzi uvedenými signálmi opticky pripojený v sérii pozdĺž daného optického vláknového vedenia, pričom tento prvok na potlačenie FWM obsahuje optický obvod (10) zahŕňajúci najmenej dva vlnovo selektívne filtre, každý vzhľadom na vlnové pásmo zahŕňajúci jeden z uvedených signálov, filtre (16, 19, 19', 19) sú opticky pripojené navzájom v sérii v optickej dráhe, dĺžka najmenej jedného úseku danej optickej dráhy zahŕňa medzi dvoma nasledujúcimi filtrami (16), (19) dĺžku väčšiu ako je čas koherencie najmenej jedného z uvedených zdrojov (31), (32) optických signálov.

TV W- 9F i

ZARIADENIE NA POTLAČENIE SKRESLENIA OPTICKÉHO SIGNÁLU

SPÔSOBENÉHO ŠTVORVLNOVOU INTERAKCIOU

Oblasť techniky

Vynález sa týka optického obvodu na potlačenie optického skreslenia vznikajúceho štvorvlnovou interakciou medzi optickými signálmi pozdĺž optického komunikačného vedenia, optického zosilňovača obsahujúceho takýto obvod na potlačenie štvorvlnovej interakcie, optického komunikačného systému so zníženou úrovňou skreslenia vzniknutého štvorvlnovou interakciou, obsahujúceho prenosové vedenie s kaskádovými zosilňovačmi a spôsobu na prenos optických signálov so zníženou úrovňou skreslenia vzniknutého štvorvlnovou interakciou.

Doterajší stav techniky

Štvorvlnová interakcia, známa aj ako štvorfotónová interakcia alebo zmiešavánie štyroch vín (FWM), je nelineárny jav 3. rádu spôsobujúci generovanie nového signálu vznikajúceho interakciou medzi troma existujúcimi signálmi. Kmitočet f_F novo generovaného signálu je viazaný s kmitočtami f j, fj, f_k interagujúcich signálov rovnicou:

f⁼ fi. fj· fk·

Maximálna účinnosť generovania nového signálu alebo štvrtej vlny zodpovedá situácii, kedy polarizácia interagujúcich signálov je zhodná a súčasne je splnená podmienka fázového synchronizmu

Δ β = β(ή) + β(φ - β(ζ) - β(ί_Ρ) = 0 kde β(ί) je konštanta šírenia signálu na kmitočte f.

Interagujúce signály nemusia byť nevyhnutne tri oddelené signály. Štvorvlnová interakcia môže vzniknúť i v dôsledku interakcie medzi signálmi z dvoch zdrojov (degenerovaný prípad). V prítomnosti iba dvoch interagujúcich signálov s kmitočtami napr. ή a f_k môžu vzniknúť signály s kmitočtami f_F = 2fj-f_kia f_F = 2f_k-fj.

Štvorvlnová interakcia je prekážkou komunikácie po optických vláknach pri použití metódy vlnového multiplexu (WDM). Podľa tejto metódy je niekoľko navzájom nezávislých komunikačných kanálov, z ktorých každý je priradený špecifickej vlnovej dĺžke, prenášaných súčasne prenosovým vedením, tvoreným optickým vláknom.

Vplyvom vyššie uvedeného nelineárneho javu 3. rádu a pri podmienkach vysokej intenzity žiarenia v jadre vlákna (najmä pri zosilňovaní) a značných interakčných dĺžkach medzi signálmi generovanie signálov ako dôsledok intermodulácie medzi signálovými pármi alebo tripletmi môže nastať, ak je použitý FWM. Takýto jav je napr. popísaný v Journal of Lightwave Technology, Vol. 8, No. 9, september 1990, strany 1402 -1408.

Vlnové dĺžky generovaných signálov môžu ležať v pásme využívanom pre komunikačné kanály, a to hlavne v prípade, kedy môžu byť zhodné alebo ležať v tesnej blízkosti vlnovej dĺžky jedného z kanálov; pravdepodobnosť tohto javu prudko stúpa s rastúcim počtom použitých komunikačných kanálov.

Je známe, že svetelné signály vysielané optickým vláknovým vedením sú pri priechode tlmené, čo má za následok nevyhnutnosť zosilňovania prostredníctvom zodpovedajúcich zosilňovačov, umiestnených vo vopred určených intervaloch pozdĺž vedenia.

Na tento účel sú s výhodou využívané optické zosilňovače, v ktorých signál zostáva v optickej podobe a je zosilňovaný a nie je potrebné ho detekovať a znova vytvárať. Dané optické zosilňovače sú založené na vlastnostiach fluorescenčných dopantov ako erbiúm, ktoré, ak sú vhodne budené svetelnou čerpacou energiou, vykazujú vysokú emisiu v pásme vlnových dĺžok, kde optické vlákna na báze kremeňa vykazujú minimálny útlm.

V prípade viacstupňového komunikačného vedenia s kaskádou optických zosilňovačov sú signály generované štvorvlnovou interakciou v každom stupni zosilňované rovnakým spôsobom ako komunikačné signály a rátajú sa k signálom vytvoreným štvorvlnovou interakciou v ostatných stupňoch a napomáhajú vytváraniu presluchov medzi rôznymi kanálmi. Na konci vedenia sú signály vytvorené štvorvlnovou interakciou v každom z týchto stupňov sčítané: ak sú si FWM signály fázovo blízke, potom celkové FWM signály vychádzajúce zo súčtu môžu dosiahnuť až takú intenzitu, ktorá zabráni správnemu príjmu komunikačných signálov.

Optické vlákna používané pozdĺž komunikačného vedenia vykazujú chromatickú disperziu, spôsobenú kombináciou vlastností vzťahujúcich sa k profilu indexu lomu a materiálu vytvárajúceho dané vlákna, kde disperzia sa mení so zmenami vlnovej dĺžky prenášaného signálu a stáva sa nulovou pre danú hodnotu λθ danej vlnovej dĺžky.

Tento jav chromatickej disperzie sa hlavne prejavuje predĺžením doby trvania impulzov vytvárajúcich signál, ktoré sa šíria pozdĺž vlákna, pričom toto predĺženie je spôsobené rôznou rýchlosťou šírenia rôznych chromatických zložiek každého impulzu, ktoré sú charakterizované svojou vlastnou vlnovou dĺžkou, šíriacou sa pozdĺž vlákna rôznou rýchlosťou.

Toto predĺženie spôsobuje, že časovo nasledujúce impulzy, dobre odlíšené v okamihu vyžiarenia, sa môžu po priechode vláknom na prijímacej strane čiastočne prekrývať tak, že nie sú ďalej rozlíšiteľné ako oddelené udalosti a zapríčiňujú chybu príjmu.

Sú známe tzv. vlákna s posunutou disperziou (DS), ktorých optické vlastnosti sú volené tak, že vlnová dĺžka bodu nulovej chromatickej disperzie ležala medzi 1 500 1 600 nm všeobecne využívaných v telekomunikáciách.

Vlákna tohto typu sú definované v odporučení ITU-T G.653 z marca 1993, kde chromatická disperzia vo vlákne je nulová, menovite pre vlnovú dĺžku λο 1550 nm s toleranciou 5 nm voči vyššie uvedenej hodnote.

DS vlákna sú popísané napr. v US patentoch č. 4 715 679, 4 822 399, 4 755 022 a sú komerčne dodávané CORNING Inc., Corning, NY (US) pod obchodným menom SMF/DS (registrovaná obchodná známka) a FIBRE OTTICHE SUD S.p.Ä., Battipaglia (IT) pod obchodným názvom SM DS.

Predovšetkým je treba poznamenať, že vyššie definovaná podmienka fázového synchronizmu Δ β = 0 je splnená a signály generované FWM dosahujú vysokú intenzitu, ak vlnová dĺžka jedného z komunikačných signálov je rovná alebo je veľmi blízko vlnovej dĺžke λο nulovej disperzie vlákna alebo ak vlnové dĺžky dvoch komunikačných signálov sú rozmiestnené symetricky okolo äq.

Metóda navrhnutá na riešenie problému skreslenia spôsobeného FWM intermoduláciou medzi signálmi v mnohokanálových systémoch, popísaná v IEEE

Photonics Technology Letters, Vol. 3, No. 6, jún 1991, strany 560 - 563, spočíva vo využití komunikačných signálov so vzájomne rôznou polarizáciou. Táto metóda je veľmi zložitá, lebo je potrebné nastaviť polarizáciu každého signálu vzhľadom ku komunikačnému vedeniu; jej účinnosť je ďalej obmedzená skutočnosťou, že všeobecne používané optické vlákna nezachovávajú rovinu polarizácie pri prenose.

V článku FC4 vydanom v OFC/IOOC '93 Technical Digest, strany 252 - 253, je navrhnuté rozmiestnenie optických kmitočtov jednotlivých komunikačných kanálov v rôznych vzdialenostiach s nerovnomerným rozdelením; tieto kmitočty sú vybrané tak, že signály generované štvorvlnovou interakciou medzi možnými pármi alebo tripletmi komunikačných signálov majú kmitočty dostatočne ďaleko od komunikačných signálov a môžu byť od nich oddelené filtrom. Táto metóda však významne znižuje využiteľnosť pásma kmitočtov (vlnových dĺžok) použiteľných pre komunikačné účely (v porovnaní s prípadom ekvidištantne rozmiestnených kanálov); naviac je potrebná vysoká stabilita vlnovej dĺžky signálu, ktorá vyžaduje použitie dodatočného zariadenia na riadenie danej stability.

Nerovnomerné rozmiestnenie vlnových dĺžok kanálov na potlačenie FWM javov v optickom WDM komunikačnom systéme je rovnako navrhnuté v US patente č. 5 410 624 P. R. Morkela v kombinácii s prostriedkami spektrálnej regenerácie optických signálov, obsahujúcich optický cirkulátor a reťazec vláknových mriežok s úzkopásmovým odrazom, každú ladenú na jednu z multiplexovaných vlnových dĺžok, kde daný reťazec je spojený s medziľahlou bránou optického cirkulátora.

Tretia metóda, uvedená v Electronic Letters, Vol. 30, No. 11, 26/05/95, strany 876 - 878, je vytvorená pre použitie na komunikačnom vedení a pozostáva z úsekov optického vlákna s malou absolútnou hodnotou disperzie, ktoré majú striedavo kladnú a zápornú hodnotu. Ak aplikujeme túto metódu, nemôžeme použiť už existujúce komunikačné vedenie a je potrebné vytvoriť nové vedenia. Naviac zostavenie potrebných nových vedení je problematické, lebo musíme medzi už vyrábanými vláknami vybrať také, ktoré majú hodnoty disperzie vhodné pre použitie v rôznych úsekoch a vziať do úvahy obtiažnosť výberu medzi už vyrábanými vláknami s konštantnou disperziou a medze požadovanej presnosti.

Iný spôsob riešenia je uvedený v článku K. Inoue, vydanom v Journal of Lightwave Technology v marci 1993, Vol. 11, No. 3, str. 455 - 461. Je založený na vytvorení náhodného vzťahu medzi fázami generovaných FWM signálov pozdĺž rôznych stupňov viackanálového komunikačného vedenia tak, aby bolo zabránené súfázovému sčítaniu kanálov.

Na vytvorenie náhodného vzťahu medzi fázami je navrhnutý optický obvod, ktorý je zaradený bezprostredne pred alebo za každý zosilňovač pozdĺž komunikačného vedenia zostaveného z M úsekov optického vlákna a (M-1) zosilňovačov.

Optický obvod je zostavený z demultiplexoru, ktorý rozdeľuje komunikačné kanály podľa kmitočtu, optických dráh s rôznou dĺžkou a multiplexoru, kde sú optické signály zlúčené do jediného výstupu. Optické dráhy, pripojené medzi výstupmi demultiplexoru a vstupmi multiplexoru, sú vybrané tak, aby rozdiel medzi dĺžkami ľubovoľných dvoch bol väčší ako koherenčná dĺžka l_c = ν/π Av zdroja vysielaných signálov, kde v je rýchlosť svetla v médiu a Av šírka čiary komunikačného zdroja signálu. Signály generované v každom zo stupňov štvorvlnovou interakciou sú navzájom nekorelované, a preto sa zrátajú na konci vedenia výkonovo a nie amplitúdovo, ako sa objavuje v konvenčných systémoch. Za podmienky fázového synchronizmu (Δβ = 0) je celkový výkon žiarenia vytváraný FWM a generovaný pozdĺž prenosového vedenia s optickým obvodom nižším v porovnaní s prípadom bez optického obvodu v pomere zodpovedajúcom počtu úsekov optického vlákna vo vedení.

Vo vyššie zmienenom článku je uvedené, že popísaná metóda môže byť použitá v multikariálových optických komunikačných systémoch, v ktorých sú jednotlivé komunikačné kanály vyberané z prenosového vedenia demultiplexovaním kanálov s rozdielnymi vlnovými dĺžkami a cez rozdielne optické dráhy, pripájajúce kanál určený pre výber k prijímaniu a zvyšnými kanálmi sú po multiplexovaní opäť privedené do spoločnej dráhy.

Článok ukazuje možnosť okamžitého použitia popísanej metódy v multikanálových komunikačných systémoch vybavených demultiplexormi schopnými výberu jednotlivých kanálov z vedenia, zatiaľ čo iné kanály pokračujú vo svojej ceste spoločnou optickou dráhou. Ako príklad demultiplexoru tohto typu je uvedený Fabry Perotov filter kombinovaný s optickým cirkulátorom.

Jednako však prihlasovateľ pozoroval, že optický obvod navrhnutý v článku na potlačenie štvorvlnovej interakcie a obzvlášť demultiplexory nutné na oddelenie signálov na rôznych vlnových dĺžkach sú ťažko vyhotoviteľné pre praktické zostavenie, a to najmä pri použití veľkého počtu kanálov. Možné riešenie rozmiestnením niekoľkých demultiplexorov v kaskáde s nižším počtom výstupov by vytvorilo zložitejšie a objemnejšie zariadenie s rozdielnymi útlmami v rôznych kanáloch.

Veľký objem by mohol byť spôsobený i veľkou celkovou dĺžkou úsekov vedení prepájajúcich multiplexor a demultiplexor hlavne v prípade veľkého počtu komunikačných kanálov. V skutočnosti vlákno potrebné pre kanál n musí byť najmenej n krát dlhšie ako koherenčná dĺžka zdroja žiarenia a suma dĺžok týchto úsekov najmenej N(N+1)/2 krát koherenčná dĺžka, kde N je celkový počet komunikačných kanálov.

Naviac obvod konštruovaný podľa pokynov vyššie uvedeného článku nemôže byť upravený do novej konfigurácie, ak jeden alebo viacero kanálov je potrebné pridať alebo zmeniť vlnovú dĺžku jedného alebo viacerých kanálov; v tomto prípade je nevyhnutné nahradiť demultiplexor a multiplexor.

US patent č. 5 283 686 D. R. Hubera uvádza okrem iného WDM optický komunikačný systém obsahujúci optický zosilňovač, optický cirkulátor a optické vláknové filtre s Braggovou mriežkou, pre každý komunikačný kanál jeden. Systém umožňuje potlačenie spontánnej emisie na iných vlnových dĺžkach ako má komunikačný kanál. Patent sa nezmieňuje o probléme skreslenia vytváraného štvorvlnovou interakciou pozdĺž komunikačného vedenia.

Patentová prihláška MI94A0002556, podaná 16. decembra 1994 menom rovnakého prihlasovateľa, sa týka okrem iného optického komunikačného systému obsahujúceho:

najmenej dva zdroje optického signálu modulované na rozdielnych vlnových dĺžkach vo vopred určenom prenosovom vlnovom pásme a s vopred určenou prenosovou rýchlosťou, prostriedky na multiplexovanie daných signálov pre vstup do jediného optického vlákna, optické vlákno spojené na jednom konci s multiplexujúcimi prostriedkami, prostriedky na príjem daných signálov, obsahujúcich optické demultiplexujúce prostriedky pre signály samotné v závislosti od vlnovej dĺžky, kde dané signály majú hodnotu optického výkonu väčšiu ako vopred určená hodnota v najmenej jednom úseku daného optického vláknového vedenia, ktoré obsahuje optické vlákno majúce chromatickú disperziu nižšiu ako vopred danú hodnotu v danom prenosovom pásme vlnových dĺžok, ktorého podstatou je, že dané optické vlákno má chromatickú disperziu rastúcu s rastúcou vlnovou dĺžkou a vykazujúcu nulovú hodnotu na vlnovej dĺžke nižšej ako je minimálna vlnová dĺžka daného pásma o takú hodnotu, že žiadna lokálna hodnota vlnovej dĺžky s nulovou disperziou vo vlákne a s možnosťou generovania produktov vplyvom štvorvlnovej interakcie nie je vo vnútri daného pásma.

Problém vzniká pri praktickej realizácii optického zariadenia schopného znížiť výkon žiarenia vyvolaného štvorvlnovou interakciou medzi signálmi šíriacimi sa pozdĺž komunikačného vedenia a v ktorom nie je požadované použitie optických vlákien odlišných od bežných DS vlákien pozdĺž komunikačného vedenia.

Podstata vynálezu

Z jedného hľadiska sa tento vynález týka optického komunikačného systému obsahujúceho:

najmenej dva- zdroje optických signálov modulované na rôznych vlnových dĺžkach a majúcich zodpovedajúce doby koherencie, multiplexor na multiplexovanie daných signálov do jediného spoločného optického vlákna, optické vláknové vedenie spojené na jednom konci s daným spoločným optickým vláknom daného multiplexoru, prostriedky na príjem daných signálov, spojené s druhým koncom daného optického vláknového vedenia a zahrňujúce demultiplexor daných optických signálov, prvok na potlačenie štvorvlnovej interakcie medzi danými signálmi, opticky zapojený v sérii pozdĺž daného optického vláknového vedenia, v ktorom daný prvok na potlačenie FWM obsahuje optický obvod zahrňujúci najmenej dva vlnovo selektívne filtre, z ktorých každý zodpovedá vlnovému pásmu zahrňujúceho jeden z daných optických signálov, dané filtre sú vzájomne opticky zapojené do série v optickej dráhe, dĺžka najmenej jednej sekcie danej optickej dráhy, ktorá je vradená medzi dva nasledujúce filtre, je väčšia ako dĺžka zodpovedajúca dobe koherencie najmenej jedného z daných zdrojov optických signálov.

Predovšektým uvedený optický obvod pre každý z uvedených optických signálov, ktorý obsahuje vlnovo selektívny filter vzťahujúci sa k vlnovému pásmu, ktoré zahrňuje zodpovedajúci optický signál a nezahrňuje zvyšné optické signály, uvedené filtre sú opticky spojené navzájom do série v optickej dráhe, dĺžka úsekov danej optickej dráhy medzi dvoma nasledujúcimi filtrami je väčšia ako dĺžka zodpovedajúca dobe koherencie každého zo zdrojov optických signálov.

Predovšektým uvedený optický obvod obsahuje optický cirkulátor, ktorý má vstupnú a výstupnú bránu spojenú s uvedeným optickým vláknovým vedením a najmenej jednu vstupnú/výstupnú bránu spojenú s jedným z vlnovo selektívnych filtrov.

Uvedené vlnovo selektívne filtre sú predovšetkým filtre s Braggovou mriežkou, najmä vyrobenej z optického vlákna.

V jednej zostave umiestnenej pozdĺž optického vlákna je najmenej jeden optický zosilňovač, ktorý s výhodou obsahuje jedno aktívne optické vlákno, dopované fluorescenčným dopantom, hlavne erbiom, a zdrojom čerpacieho žiarenia.

Uvedený prvok na potlačenie FWM môže byť s výhodou opticky zapojený do série v medziľahlej polohe pozdĺž uvedeného aktívneho optického vlákna.

V tomto prípade optická dráha pre čerpacie žiarenie, ktoré je dodávané zvonka daného prvku na potlačenie FWM, môže byť vyhotovená medzi dvoma úsekmi, do ktorých je aktívne optické vlákno rozdelené uvedeným prvkom.

Alternatívne môže optický zosilňovač obsahovať dva úseky aktívneho optického vlákna, každý s vlastným zdrojom čerpacieho žiarenia.

Predovšetkým dĺžky uvedených úsekov aktívneho optického vlákna, koncentrácia fluorescenčného dopantu v aktívnom optickom vlákne a zdroje čerpacieho výkonu sú operatívne vyberané takým spôsobom, aby sa celkový zisk zosilňovača odlišoval o menej ako 2 dB od zisku rovnakého zosilňovača bez uvedeného prvku na potlačenie FWM tak, aby optická nadväznosť medzi dvoma úsekmi aktívneho optického vlákna bola obnovená.

Z druhého hľadiska sa tento vynález týka procesu prenosu optických signálov, obsahujúceho:

generovanie dvoch modulovaných optických signálov so zodpovedajúcimi vlnovými dĺžkami, multiplexovanie uvedených signálov na jednom konci optického prenosového vedenia, obsahujúceho najmenej jeden úsek jednomódového optického vlákna, v ktorom vzniká intermodulácia štvorvlnovou interakciou medzi signálmi, prijímanie uvedených signálov na druhom konci optického prenosového vedenia, a obsahujúceho operáciu selektívneho oneskorovania signálov v medziľahlých polohách pozdĺž optického prenosového vedenia, kde operácia selektívneho oneskorovania obsahuje:

selektívne vysielanie uvedených signálov do zodpovedajúcich optických dráh vopred daných dĺžok, ktorých dĺžky sú prispôsobené k vzájomnej fázovej dekorelácii signálov, zlúčenie signálov po prejdení optických dráh, v ktorých najmenej jeden úsek uvedených optických dráh je spoločný.

Spomenutý proces predovšetkým obsahuje krok optického zosilnenia signálov najmenej raz pozdĺž prenosového vedenia. S výhodou je krok selektívneho oneskorenia signálov bezprostredne predchádzaný a nasledovaný krokmi optického zosilňovania daných signálov.

Z tretieho hľadiska tento vynález sa týka optického zosilňovača obsahujúceho:

prvé a druhé aktívne optické vlákno dopované fluorescenčným dopantom, čerpacie prostriedky pre prvé a druhé aktívne optické vlákna uspôsobené na dodávanie čerpacieho výkonu, väzobné prostriedky medzi prvým optickým aktívnym vláknom na nadviazanie optického čerpacieho výkonu a najmenej dvoch prenosových signálov s rôznymi vlnovými dĺžkami a zodpovedajúcimi dobami koherencie, prvok na potlačenie štvorvlnovej interakcie medzi uvedenými signálmi, pričom tento prvok je opticky zapojený v sérii medzi prvým a druhým aktívnym optickým vláknom a pritom tento prvok na potlačenie FWM obsahuje optický obvod zahrňujúci optické dráhy rôznych dĺžok, do ktorých sú dané prenosové signály selektívne vysielané a dané dĺžky majú takú hodnotu, aby najmenej dva zo signálov prešli relatívnym oneskorením väčším ako sú zodpovedajúce doby koherencie.

Prednostne najmenej jeden úsek optických dráh je spoločný pre uvedené signály.

Spomenutý fluorescenčný dopant je hlavne erbium a s výhodou uvedené aktívne vlákno obsahuje hliník, germánium a lantán ako dodatočné dopanty.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Viacero detailov je zrejmých z nasledujúceho popisu s odkazmi na pripojené výkresy, kde:

obr. 1 je schéma ukazujúca optický komunikačný systém s vlnovým multiplexom podľa vynálezu, obr. 2 je schéma ukazujúca dvojstupňový optický linkový zosilňovač, obr. 3 je schéma optického obvodu podľa vynálezu na potlačenie optického skreslenia spôsobeného FWM, obr. 4 je schéma experimentu so zariadením, ktoré je predmetom prihlasovaného vynálezu, obr. 5 je spektrálna krivka výkonu prechádzajúceho dvoma optickými vláknovými filtrami s Braggovými mriežkami použitými v experimentálnom zariadení na obr. 4 a spojenými navzájom do série,

II obr. 6A, 6B sú grafy získané pri experimente a numerickej simulácii s ohľadom na normovaný výkon FWM signálov generovaných v prítomnosti dvoch komunikačných signálov pri zmene vlnovej dĺžky jedného zo signálov v prvom (A) a v druhom (B) stupni experimentálneho zariadenia na obr. 4, obr. 7 je graf ukazujúci normovaný výkon FWM signálu meraného počas vyššie zmieneného experimentu pri zmene vlnovej dĺžky jedného z prenášaných kanálov s a bez optického obvodu na potlačenie skreslenia a porovnania s numerickou simuláciou prípadu komunikačného vedenia bez optického obvodu na potlačenie skreslenia, obr. 8 ukazuje schému linkového zosilňovača s dvoma čerpacími stupňami podľa vynálezu na potlačenie optického skreslenia spôsobeného FWM, obr. 9 je schéma linkového zosilňovača s jediným čerpacím stupňom podľa vynálezu, obsahujúca optický obvod na potlačenie optického skreslenia, spôsobeného FWM, obr. 10 je schéma optického obvodu podľa vynálezu na potlačenie optického skreslenia spôsobeného FWM pozdĺž obojsmerného optického komunikačného vedenia.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Optický telekomunikačný systém s vlnovým multiplexom bude teraz popísaný s pomocou obr. 1.

Tento popis sa vzťahuje k prípadu telekomunikačného systému využívajúceho štyri nezávislé komunikačné kanály s rôznymi vlnovými dĺžkami. Jednako však, tento jednotlivý prípad je použitý len ako príklad. Nasledujúci popis je platný, pokiaľ nie je špecifikované inak, pre všeobecný prípad ľubovoľného počtu komunikačných kanálov s rôznymi vlnovými dĺžkami.

Komunikačný systém na obr. 1 obsahuje vysielaciu stanicu 3, vytvorenú optickými zdrojmi signálov 1, Γ, 2, Z, z ktorých každý má rôznu vlnovú dĺžku λ-μ λ2, λ2'.λ2, nachádzajúce sa v použiteľnom pracovnom pásme zosilňovačov, ktoré sú umiestnené následne v systéme a šírku čiarami Δ ν-μ Δ V2, Δ v2', Δ V2.

Optické signály sú dodávané do signálového zlučovača 81, prispôsobeného na súčasné vysielanie signálov na vlnových dĺžkach λ-j, λ2, λ2', λ2, do jediného optického vstupu vlákna 82.

Všeobecne signálový zlučovač 81 je pasívne optické zariadenie, v ktorom sú optické signály prenášané zodpovedajúcimi optickými vláknami sčítané do jediného vlákna; zariadenia tohto typu sú napr. zostavené z väzobných členov so spojenými vláknami, planárnej optiky, mikrooptiky a pod. dostupnej na trhu.

Prostredníctvom vlákna 82 sú optické signály vyslané do boostera 83, kde je úroveň signálu zvýšená na úroveň dostatočnú na prenos nadväzujúcim susedným úsekom optického vlákna až k ďalšiemu zosilňovaciemu médiu a udržiavajúcu na konci výkonovú úroveň dostatočnú na zaistenie požadovanej kvality prenosu.

K boosteru 83 je ďalej pripojený jeden úsek 84a optického vlákna zvyčajne tvoreného optickým jednomódovým vláknom so skokovou zmenou indexu lomu a zavedenom do vhodného typu optického kábla s dĺžkou niekoľko desiatok (alebo stoviek) kilometrov, napr. okolo 100 km dĺžky.

Ku koncu uvedeného prvého úseku 84a optického vedenia je pripojený prvý optický obvod 10a' popísaný ďalej, ktorý je prispôsobený k potlačeniu optického skreslenia vzniknutého intermoduláciou medzi komunikačnými kanálmi vplyvom štvorvlnovej interakcie. Výstup optického obvodu 10a je ukončený v prvom linkovom zosilňovači 85a, ktorý je upravený na príjem signálov utlmených počas ich priechodu vláknom a zosilňuje ich na úroveň dostatočnú pre napájanie druhého úseku 84b optického vlákna, ktorý má zhodné vlastnosti ako predchádzajúci úsek.

Nasledujúce obvody na potlačenie optického skreslenia 10b, 10c, linkové zosilňovače 85b, 85c, 85d a úseky optického vlákna 84c, 84d, 84e pokrývajú požadovanú celkovú prenosovú vzdialenosť až k prijímacej stanici 6 obsahujúcej predzosilňovač 87 prispôsobený na príjem signálov a ich zosilnenie na výkonovú úroveň vhodnú z hľadiska citlivosti prijímacích zariadení a kompenzáciu strát v nasledujúcom demultiplexore.

Z predzosilňovača 87 sú signály vysielané do demultiplexora 88, kde sú dané signály rozdelené v závislosti od ich vlnových dĺžok a potom vysielané do prijímačov 89, 90, 9Cľ, 90”.

Demultiplexor 88 je zariadenie prispôsobené na distribúciu do niekoľkých výstupných vlákien optických signálov dodávaných jediným vstupným vláknom a rozdeliť ich podľa rôznych vlnových dĺžok; tento demultiplexor môže pozostávať z fused fibre deliča, ktorý rozdeľuje vstupný signál do signálov v niekoľkých výstupných vláknach, každý z týchto signálov prechádza zodpovedajúcim pásmovým filtrom umiestneným na dotyčnej vlnovej dĺžke.

Napr. súčiastka podobná už popísanému signálovému zlučovaču 81 môže byť použitá, ak je vstavaná v obrátenej konfigurácii a spojená so zodpovedajúcimi filtrami.

Pásmové filtre tohto typu sú napr. komerčne dodávané MICRON- OPTICS, INC., 2801 Buford Hwy, Suite 140, Atlanta, Georgia, US, vhodný model je FFP-100.

Popísaná konfigurácia poskytuje obzvlášť uspokojivé výsledky pri prenosoch na vzdialenosti rádovo okolo 500 km pri vysokých prenosových rýchlostiach, napr.

2,5 Gbit/s (tu bola dosiahnutá so štyrmi multiplexovanými vlnovými dĺžkami prenosová kapacita zodpovedajúca 10 Gbit/s oproti jedinej vlnovej dĺžke) pri použití štyroch linkových zosilňovačov, jedného boostera a jedného predzosilňovača.

Pre účely tohto vynálezu a vyššie uvedené použitie je booster 83 napr. komerčne dostupný optický vláknový zosilňovač s nasledujúcimi vlastnosťami:

vstupný výkon	-13,5 až 3,5 dBm
výstupný výkon	12až14dBm

pracovná vlnová dĺžka 1534 až 1560 nm

Booster neobsahuje notch filter.

Vhodný model je TPA/E-MW, dostupný u prihlasovateľa.

Uvedený booster používa erbiom dopované aktívne optické vlákno Al/Ge/Er typu.

Ako booster je navrhnutý zosilňovač pracujúci v podmienkach saturácie, kedy výstupný výkon závisí od čerpacieho výkonu, ako je detailne popísané v európskom patente EP 439,867, ktorý je uvedený v referenciách.

Pre účely tohto vynálezu a vyššie uvedeného použitia predzosilňovač znamená zosilňovač umiestnený na konci vedenia, schopný zosilnenia signálu dodávaného do prijímača na hodnotu dostatočne vyššiu ako je prah citlivosti prijímača samotného (napr. od -26 do -11 dBm na vstupe prijímača) a súčasne vnášajúceho najnižší možný šum a udržiavajúci vyrovnanie signálu.

Napr. predzosilňovač 87 môže byť buď linkový zosilňovač používajúci rovnaké aktívne vlákno ako linkové zosilňovače 85a - 85d popísané ďalej alebo predzosilňovač špeciálne navrhnutý pre tento účel na základe špeciálnych požiadaviek.

Vhodný model je RPA/E-MW, dodávaný prihlasovateľom.

Usporiadanie vyššie popísaného prenosového systému je zvlášť vhodné na požadovanú funkciu, najmä pre prenos niekoľkými WDM kanálmi, ak je vykonaný zvláštny výber vlastností linkových zosilňovačov, a to hlavne v spojení s možnosťou prenosu vybraných vlnových dĺžok bez znevýhodnenia niektorých z nich voči ostatným.

Rovnaké chovanie vo všetkých kanáloch vo vlnovom pásme medzi 1530 až 1560 nm je najmä zaručené v prípade zosilňovačov pracujúcich v kaskáde, ak sú použité v kaskáde linkové zosilňovače so zvlášť rovnomernou (plochou) charakteristikou na niekoľkých rôznych vlnových dĺžkach.

Na vyššie uvedený účel je zosilňovač použitý ako linkový zosilňovač, vytvorený podľa schémy na obr. 2 a obsahuje jedno aktívne vlákno 62 dopované erbiom a zodpovedajúci čerpací laser 64, spojený s dichroickým väzobným členom 63; optický izolátor 61 je umiestnený v smere k vláknu 62 v smere šírenia zosilňovaného signálu, zatiaľ čo druhý optický izolátor 65 je umiestnený v smere od aktívneho optického vlákna samotného.

Uvedený zosilňovač ďalej obsahuje druhé aktívne vlákno 66 dopované erbiom a spojené so zodpovedajúcim čerpacím laserom 68 dichroickým väzobným členom 67; ďalší optický izolátor 69 je umiestnený smerom k vláknu 66.

Alternatívna možnosť, ktorá nie je ukázaná, je tvorená linkovým zosilňovačom vo forme jednostupňového zosilňovača podľa požiadaviek príslušného použitia.

Prednostné usporiadanie, v ktorom je použitý vyššie popísaný typ aktívneho vlákna vo funkcii linkového zosilňovača, ako je detailne popísaný v prihláške talianskeho patentu č. MI994A000712 zo 14. apríla 1994 toho istého prihlasovateľa, ktorý je uvedený v referenciách a ktorého obsah je nižšie zhrnutý.

Zloženie a optické vlastnosti aktívnych vlákien linkového zosilňovača sú zhrnuté v nasledujúcej tabuľke:

AI2O3	GeO2	La2O3	Er2<D3 NA	λς
wt%(mol%) wt%(mól%)	G* 0^ -0 E	wt%(mól%)	nm
4 (2.6)	18(11.4)	1 (0.2)	0.2(0.03) 0.219	911

kde:

wt% = (stredný) percentuálny váhový obsah oxidu v jadre mól% = (stredný) molárny obsah oxidu v jadre

NA= numerická apertúra (ni² - n2²)^1/2 λ₀ = medzná vlnová dĺžka (LP11 cut off).

Analýzy zloženia boli vykonané v preforme (pred ťahaním vlákna) mikrosondou na skanovacom elektrónovom mikroskope (SEM Hitachi).

Analýzy boli vykonávané pri 1300-násobnom zväčšení v diskrétnych bodoch umiestnených pozdĺž priemeru a vzdialených od seba 200 pm. Zmienené vlákna boli vyrobené metódou vákuovej depozície v rúrke z kremenného skla.

V zmienených vláknach je vostavanie germánia ako dopantu do S1O2 matrice v jadre vlákna dosiahnuté počas syntézy.

Vostavanie erbia, hliníka a lantánu do jadra vlákna je vykonané metódou dopovania z roztoku, kedy syntetizovaný materiál jadra vlákna je vložený do roztoku chloridu dopantu vo vode pred vytvorením preformy.

Detailnejší popis týkajúci sa metódy dotovania z roztoku je uvedený napr. v US patente č. 5,282.079, ktorý je zahrnutý v referenciách.

Čerpacie lasery 64, 68 sú prednostne lasery s kvantovou jamou s nasledujúcimi vlastnosťami:

emisná vlnová dĺžka λρ = 980 nm maximálny optický výstupný výkon P_u = 80 mW

Lasery vyššie uvedeného typu sú vyrábané napr. firmou LASERTRON Inc., 37 North Avenue, Burlington, MA (USA).

Dichroické väzobné členy 63, 67 sú väzobné členy typu fused-fibre, vyrobené z jednomódových vlákien na vlnovej dĺžke 980 nm a majúce vo vnútri pásma 1530 až 1560 nm kolísanie výstupného výkonu menej ako 0,2 dB v závislosti od polarizácie.

Dichroické väzobné členy vyššie uvedeného typu sú známe, dostupné na trhu a vyrábané napr. firmou GOULD Inc., Fibre Optic Division, Baymeadow Drive, Gelm Burnie, DM (US) alebo firmou SIFAM Ltd., Fibre Optic Division, Woodland Road, Devon (GB).

The optical isolator 61., 65, 69 sú optické izolátory takého typu, ktorý nezávisí od polarizácie prenášaného signálu s izoláciou väčšou ako 35 dB a stratami odrazom pod -50 dB.

Použité izolátory napr, model MDL 1-15 PIPT-A-S/N1016 dodávaný ISOWAVE, 64 Harding Avenue, Dover, MNJ (US) alebo model PIF11550 IP02, dodávaný ETEK DYNAMICS Inc., 1885 Lundy Ave., San Jose, CA (US).

Popísaný linkový zosilňovač je schopný dodávať maximálny celkový výstupný výkon (signály plus spontánna emisia) okolo 14 dBm pri malosignálovom zisku okolo 30 dB.

Za týchto pracovných podmienok celkový vstupný výkon druhého stupňa má hodnotu okolo 10 dBm a druhý stupeň pracuje v podmienkach saturácie. Celkový výstupný výkon kolíše o menej ako 0,2 dBm na jeden dBm zmeny celkového vstupného výkonu druhého stupňa.

Zariadenie na potlačenie optického skreslenia spôsobeného štvorvlnovou interakciou podľa tohto vynálezu je popísané ďalej s odkazmi na obr. 3.

Optický obvod 10 obsahuje optický cirkulátor 15 s troma prístupovými bránami v poradí 11, 12, 13, optický filter 16 so selektívnym odrazom na vlnovej dĺžke λ-j spojený s bránou 12 optického cirkulátora a selektívny oneskorovací obvod na vlnovej dĺžke %2, obsahujúci úsek jednomódového vlákna 18, ktorého jeden koniec je spojený s výstupom filtra 16 a optický filter 19 so selektívnym odrazom na vlnovej dĺžke λ2 spojený s druhým koncom úseku vlákna 18. Dĺžka úseku jednomódového optického vlákna 18 je rovná alebo väčšia ako polovica maximálnej hodnoty l_c z koherenčných dĺžok v/v-|, v/v2, v/v2’, v/v2”, zdrojov 1, 2, 2, 22, kde v je rýchlosť šírenia žiarenia vo vlákne.

Filtrom so selektívnym odrazom na vlnovej dĺžke jedného z komunikačných signálov vo WDM komunikačnom systéme sa chápe optická súčiastka schopná odrazu významnej časti žiarenia na vlnovej dĺžke vo vnútri vopred daného vlnového pásma a schopná prenosu významnej časti žiarenia mimo uvedeného vopred určeného pásma, kde vopred určené vlnové pásmo zahrňuje uvedenú vlnovú dĺžku λ a neobsahuje vlnové dĺžky ostatných prenášaných signálov.

Optický obvod 10 ďalej zahrňuje selektívne oneskorovacie obvody 17', 17, z ktorých každý je zostavený z úseku 18', 18 jednomódového optického vlákna, rovnako dlhého alebo dlhšieho ako l_c/2, majúceho jeden koniec pripojený k výstupu filtra predchádzajúceho selektívneho oneskorovacieho obvodu a druhý koniec spojený s optickým filtrom 19', 192, ^so selektívnym odrazom na vlnovej dĺžke λ-ζ, λ2.

Brány 11 a 13 optického cirkulátora 15 sú určené na pripojenie pozdĺž komunikačného vedenia s optickým vláknom navrhnutým na prenos optických signálov na vlnových dĺžkach λη, λ2, λ2’>^2·

Obvod 10 je určený hlavne na pripojenie pozdĺž komunikačného vedenia s kaskádou optických zosilňovačov, popísaného ako príklad podľa obr. 1. V tomto prípade brány 11 a 13 optického cirkulátora 15 budú spojené s výstupom jedného z optických vlákien 84a - 84d a vstupom jedného z linkových zosilňovačov 85a - 85d.

Výstup posledného filtra so selektívnym odrazom (najvzdialenejšieho od optického cirkulátora) musí byť vhodne zakončený tak, aby bolo zabránené odrazom rušivého žiarenia do optického cirkulátora. Na tento účel môže byť použitá niektorá z bežných metód známych odborníkom v odbore ako je zakončenie uhlovým konektorom s nízkym odrazom 24. Vhodný konektor je napr. model FC/APC vyrábaný firmou SEIKOH GIKEN, 296-1 Matsuhidai, Matsudo, Chiba (JP). Ak je optický obvod 10 umiestnený pozdĺž komunikačného vedenia v kaskáde s optickými zosilňovačmi, môže byť zakončenie tvorené dichroickým väzobným členom, ktorý je upravený na oddelenie zvyškového čerpacieho žiarenia zosilňovača, zapojeným v smere k obvodu 10 od spontánnej emisie toho istého zosilňovača, takže intenzity obidvoch môžu byť monitorované.

Optické spoje medzi rôznymi súčiastkami optického obvodu môžu byť vykonané niektorou zo známych metód, napr. buttwelding. Optické spoje medzi rôznymi obvodmi so selektívnym oneskorením 17, 17'. 17 môžu byť rovnako vykonané pomocou optických konektorov, prednostne typov s nízkym odrazom tak, aby odstránenie alebo pridanie ďalších obvodov so selektívnym oneskorením mohlo byť ľahko vykonané.

Alternatívne je možné vytvoriť selektívnu oneskorovaciu linku obsahujúcu optický filter 16 a selektívne oneskorovacie obvody 17, 17', 17 pozdĺž jednoduchého úseku optického vlákna pomocou filtrov 16, 19, 19'. 19, umiestnených pozdĺž uvedeného úseku optického vlákna vo vzdialenostiach medzi sebou väčších ako l_c/2 ďalej popísanými metódami. Úsek optického vlákna je preto pripojený k bráne 12 optického cirkulátora. Toto alternatívne riešenie má výhodu v tom, že nevyžaduje optické spoje medzi rozdielnymi súčiastkami selektívnej oneskorovacej linky, takže sú odstránené príslušné útlmy.

Táto selektívna oneskorovacia linka môže byť rovnako vytvorená v modulárnej verzii podľa iného alternatívneho riešenia zostavením daného počtu filtrov so selektívnym odrazom pozdĺž úsekov optického vlákna podľa nižšie popísaných metód vo vzájomných vzdialenostiach väčších ako l_c/2. Úseky optického vlákna tohto typu môžu byť zostavené pre rôzne kombinácie vlnových dĺžok a pásma filtrov a môžu byť buď alternatívne spojené s bránou 12 optického konektora alebo spojené navzájom do série v závislosti od počtu a vlastnosti kanálov určených pre použitie v komunikačnom systéme.

V každej z popísaných verzií nie je poradie umiestnenia filtrov so selektívnym odrazom 16, 19, 19', 19 pozdĺž selektívnej oneskorovacej linky kritické vzhľadom k tomuto vynálezu: toto poradie môže byť zmenené v priebehu zostavovania uvedeného vedenia.

Optické cirkulátory sú pasívne optické súčiastky, všeobecne s troma alebo štyrmi bránami rozmiestnenými v usporiadanej postupnosti, jednosmerne prenášajúce vstupné žiarenie z každej brány k ďalším nasledujúcim bránam a hlavne k susednej v poradí nasledujúcej bráne. Použité cirkulátory sú prednostne typu, ktorého odozva nezávisí od polarizácie. Optické cirkulátory sú komerčne dostupné súčiastky. Použiteľné podľa tohto vynálezu sú napr. model CR1500, vyrábaný firmou JDS FITEL Inc., 570 Heston Drive, Nepean, Ontario (CA) alebo model PIFC-100, vyrábaný firmou E-TEK DYNAMICS (už zmienenou).

Filtre so selektívnym odrazom prispôsobené na použitie podľa tohto vynálezu sú napr. vlnovodové filtre s Braggovou mriežkou. Odrážajú žiarenie v úzkom vlnovom pásme a prenášajú žiarenie mimo toto pásmo. Sú zostavené z úseku optického vlnovodu, napr. optického vlákna, pozdĺž ktorého vykazuje index lomu periodické zmeny: ak sa časti signálu odrážajú na každej zmene indexu lomu vo fáze s ostatnými, vznikla konštruktívna interferencia a vstupný signál je odrazený. Splnenie podmienky konštruktívnej interferencie, ktorá zodpovedá maximu odrazu, možno vyjadriť vzťahom -2 I = λ₅/η, kde I je mriežková konštanta mriežky, vytvorenej zmenami indexu lomu, λ₅ je vlnová dĺžka vstupného žiarenia a n je index lomu jadra optického vlnovodu. Popísaný jav je uvedený v literatúre v súvislosti s Braggovou mriežkou.

Periodické zmeny indexu lomu môžu byť vytvorené známymi metódami ako napr. exponovaním úsekov optického vlákna zbaveného ochrannej vrstvy interferenčnými prúžkami vytvorenými intenzívnym ultrafialovým zväzkom (takým, aký generuje excimerový laser, kmitočtovo zdvojený argónový laser alebo kmitočtovo zoštvornásobený Nd:YAG laser), ktorý je schopný interferovať sám so sebou vo vhodnom interferometrickom systéme napr. s kremíkovou fázovou maskou, ako je popísané v US patente č. 5,351,321. Vlákno, a hlavne jadro, je exponované UV žiarením s periodicky premennou intenzitou pozdĺž optickej osi. V úsekoch jadra zasiahnutého UV žiarením dochádza k čiastočnému rozrušeniu Ge-0 väzieb, čo spôsobuje trvalú zmenu indexu lomu.

Výberom mriežkovej konštanty tak, aby bola splnená podmienka konštruktívnej interferencie, je určená stredná vlnová dĺžka odrazeného pásma podľa potreby.

Touto metódou je možné vyrábať filtre s -3dB vlnovým pásmom 0,2 až 0,3 nm s odrazom v strede pásma do 99 %, stredná vlnová dĺžka odrazeného pásma je pri výrobe definovateľná s presnosťou Z 0,1 nm a mení sa s teplotou len málo okolo 0,02 nm/stupeň.

Vlnové dĺžky zdrojov 1, 2, Z, 2 majú tolerančné pásmo širšie ako + 0,2 až

O, 3 nm a pásmové filtre so zodpovedajúcou šírkou môžu byť dodané. Pre zdroje na báze napr. bežne používaných polovodičových laserov je emitovaná vlnová dĺžka určená s presnosťou typicky ± 1 nm.

Optické vláknové filtre s Braggovou mriežkou môžu byť vyrobené s uvedenými vlastnosťami: šírka pásma odrazu môže byť väčšia ako 0,2 až 0,3 nm, ak je použitá mriežka s premennou mriežkovou konštantou podľa metódy známej napr. z článku

P. C. Hilla a ďalších, publikovanom v Electronic Letters, vol. 30, No. 14, zo 7.7.1994, strany 1172-1174.

Ak je vzhľadom k pracovným podmienkam v optickom komunikačnom vedení, v ktorom je použité zariadenie podľa obr. 3, nevyhnutné kompenzovať chromatickú disperziu na vlnových dĺžkach komunikačných signálov, potom optické vláknové filtre s Braggovou mriežkou s premennou mriežkovou konštantou majúcou charakteristiky napr. podľa článku F. Quelletteho publikovanom v Optics Letters, vol. 12, No. 10, strany 847 - 849 z októbra 1987, môžu byť použité ako filtre so selektívnym odrazom 16, 19,191,192.

Ak používame optický obvod 10 v prostredí so značnými teplotnými zmenami, optické vláknové filtre 16, 19, 19¹, 19 môžu vyžadovať použitie stabilizácie.

Činnosť zariadenia na obr. 3 možno popísať nasledujúcim spôsobom: signály s vlnovými dĺžkami λ-|, λ2, λ2', λ2 vstupujú bránou 11 optického cirkulátora 15 a šíria sa od neho k bráne cirkulátora 12. Potom signály vstupujú do filtra so selektívnym odrazom 16. Signál s vlnovou dĺžkou λ-| je odrazený od brány 12 cirkulátora a šíri sa k bráne 13 cirkulátora. Žiarenie s vlnovou dĺžkou ležiacou mimo úzkeho pásma so stredom na λ-j (v tomto žiarení sú obsiahnuté všetky zvyšné signály s vlnovými dĺžkami λ2, λ2'. λ2). namiesto toho prechádzajú filtrom 16 a prichádzajú cez úsek jednomódového optického vlákna 18 do filtra so selektívnym odrazom 1_9, ktorý odráža žiarenie na vlnovej dĺžke %2 a prenáša ostatné signály.

Signál s vlnovou dĺžkou λ2 sa vracia späť cez vlákno 18 a filter 16 do brány 12 optického cirkulátora, kde je zmiešaný so signálom s vlnovou dĺžkou λ·). Vplyvom dvojitého priechodu úsekom optického vlákna 18 je signál s vlnovou dĺžkou λ2 fázovo dekorelovaný voči signálu s vlnovou dĺžkou λ-j, a je fázovo posunutý o dĺžku l_c väčšiu ako je koherentná dĺžka zdrojov 1 a2. Signály na ostatných vlnových dĺžkach λ2', λ2 prechádzajú filtrom 19 a úsekom optického vlákna 18' do filtra 19’, na ktorom je signál s vlnovou dĺžkou 2' odrazený. Potom tento signál sa vracia späť k bráne 12 optického cirkulátora fázovo posunutý o dĺžku väčšiu ako 2 l_c vzhľadom k signálu na vlnovej dĺžke λ-j a o dĺžku väčšiu ako l_c vzhľadom k signálu na vlnovej dĺžke λ2, takže je fázovo posunutý o dĺžku väčšiu ako je koherenčná dĺžka vzhľadom ku každému z dvoch signálov, a preto fázovo dekorelovaný s oboma.

Konečne signál na vlnovej dĺžke λ2 je odrazený filtrom 19. Vplyvom dvojitého priechodu úsekom optického vlákna 18 sa zmieša s ostatnými signálmi fázovo posunutými o dĺžku väčšiu ako je koherenčná dĺžka vzhľadom ku každému z nich, a preto je s nimi fázovo dekorelovaný.

Konečne sa signály šíria z brány 12 optického cirkulátora k bráne 13 cirkulátora, ktorý je spojený s optickým komunikačným vedením, ako je ukázané na obr. 1.

Vyššie uvedený popis môže byť bezprostredne rozšírený na väčší počet signálov iných vlnových dĺžok. Zariadenie možno ľahko upraviť pre funkciu s toľkými komunikačnými signálmi na rôznych vlnových dĺžkach, koľko je treba, pripojením jedného selektívneho oneskorovacieho obvodu pre každý komunikačný kanál nasledovne za prvým v akomkoľvek poradí.

Toto zariadenie možno ľahko upraviť po jeho vyrobení tak, aby mohlo byť znova zostavené pre žiadaný počet kanálov.

Vyššie uvedený popis zariadenia na potlačenie optického skreslenia podľa obr. 3 sa vzťahuje na prednostné usporiadanie toho istého, kde uvedené zariadenie obsahuje jeden filter so selektívnym odrazom pre každý prenášaný komunikačný signál.

Naviac k tomuto prednostnému usporiadaniu môže byť zariadenie zhotovené podľa alternatívneho usporiadania, v ktorom iba niektoré z komunikačných kanálov sú prispôsobené k filtrom so selektívnym odrazom oddelené navzájom od seba úsekmi jednomódového vlákna s dĺžkami väčšími ako polovica koherenčnej dĺžky signálov, zatiaľ čo zvyšné komunikačné kanály sú odrazené jedným alebo viacerými reflektormi s dostatočnou šírkou pásma odrazu. Táto konfigurácia umožňuje upraviť niektoré z FWM signálov generované smerom k zariadeniu na redukciu optického skreslenia tak, aby boli fázovo dekorelované vzhľadom k zodpovedajúcim FWM signálom generovaným smerom od zariadenia.

Experiment

Na overenie funkcie zariadenia na potlačenie optického skreslenia porovnal prihlasovateľ v priebehu experimentu optické komunikačné vedenie podľa vynálezu s klasickým typom komunikačného vedenia.

Experimentálne usporiadanie bude teraz popísané s odvolaním na obr. 4.

Dva kohereritné optické zdroje sú označené 31 a 32. Sú to dva laditeľné polovodičové lasery s externým rezonátorom, model HP81678A, vyrábané HEWLETT PACKARD Co., Rockwell, DM (US) a model TSL-80 vyrábaný firmou SANTEC, Micon Valley Tohkadai, Kamsue, Komaki, Aichi 485 (JP). Šírka čiary týchto zdrojov je asi Δν = 100 kHz. Zo vzťahu l_c = ν/πΔν , kde v je rýchlosť šírenia žiarenia pozdĺž vlákna, získame hodnotu l_c = 650 m koherenčnej dĺžky vo vlákne pre použité zdroje.

Polarizácia signálu zo zdroja 32 bola nastavená zhodne s polarizáciou signálu zo zdroja 31 pomocou zariadenia pre ovládanie polarizácie, ktoré je umiestnené na výstupe zdroja 32 a je zostavené z dvoch prvkov otočných okolo osi a tvorené dvoma cievkami jednomódového optického vlákna s priemerom 20 až 40 mm. Dva signály so zhodnou polarizáciou sú sčítané -3 dB väzobným členom 34 a dodané do boostera 35 model TPA/E-MW prv zmieneného a dodávaného prihlasovateľom.

Zosilnené signály sú vysielané do prvého stupňa prenosového vedenia pozostávajúceho z optického vlákna s posunutou disperziou 36 o dĺžke L-j = 13,8 km. Vlákno má nulovú disperziu v okolí vlnovej dĺžky 1543 nm, sklon disperznej krivky je okolo 0,1 ps/(nm2.km) a absorpcia je okolo 0,21 dB/km pre použité vlnové dĺžky.

Obvod 20 na potlačenie optického skreslenia bol spojený s koncom optického vlákna 36. Obsahuje optický cirkulátor 15, model CR1500, dodávaný už zmieneným JDS FITE, pripojeným bránou 11 k Optickému vláknu 36; optický vláknový filter s Braggovou mriežkou 16, pripojený k bráne 12 optického cirkulátora a ktorý vykazuje maximálny odraz na vlnovej dĺžke 1543,7 nm; jednomódové optické vlákno 18, ktoré je pripojené k výstupu filtra 16 a je 460 m dlhé a jeho dĺžka je preto väčšia ako polovica koherenčnej dĺžky (v prípade použitých zdrojov je okolo 325 m); optický vláknový filter s Braggovou mriežkou 19 pripojený k vláknu 18 s vhodne vybranými spektrálnymi vlastnosťami, ktoré boli v priebehu experimentu dostavované k vlnovým dĺžkam signálov.

Obr. 5 ukazuje spektrálnu závislosť 47 výkonu odrazeného popísaným filtrom 16 spojeným do série s jedným z filtrov 19 použitých počas experimentu. Pre toto meranie boli filtre pripojené k strednej bráne optického cirkulátora podľa experimentálneho usporiadania na obr. 4. Závislosť 47, vzťahujúca sa k mierke na ľavej strane grafu,' ukazuje výkon meraný na výstupnej bráne daného optického cirkulátora, zatiaľ čo signál so spektrálnym výkonom ukázaným na obr. 5 závislosti 48 (vzťahujúcej sa k mierke na ľavej strane grafu) bol prítomný na vstupnej bráne cirkulátora samotného.

Optický obvod 20 ďalej obsahuje laditeľný interferenčný filter 21 pripojený k výstupu filtra 19 a nastavený tak, aby prenášal vlnovú dĺžku generovaného FWM signálu a aby potlačil zložky na vlnových dĺžkach zvyškových signálov po priechode žiarenia filtrami 16 a 19. Filter 21 bol pripojený k vstupu -3 dB väzobného člena 22, ktorého druhý vstup bol pripojený k bráne 13 optického cirkulátora 15. Spoje medzi optickými prvkami boli vykonané metódou butt-welding.

Žiarenie generované FWM v prvom stupni prechádza filtrom 21 a väzobným členom 22, ktoré nie sú zachytené na všeobecnej schéme obvodu potláčajúceho skreslenie 10, popísanej na obr. 3, do druhého stupňa komunikačného vedenia.

Priechod tohto žiarenia je umožnený z nasledujúceho dôvodu: experiment sa vzťahuje k prípadu komunikačných signálov iba na dvoch vlnových dĺžkach; za týchto podmienok má signál generovaný FWM vlnovú dĺžku odlišnú od obidvoch signálov a jeho šírenie pozdĺž komunikačného vedenia môže byť potlačené pomocou filtrov; táto metóda filtrácie FWM žiarenia by nemohla byť použitá, ako bolo prv ukázané, vo všeobecnejšom prípade väčšieho počtu komunikačných kanálov, kedy vlnové dĺžky signálov generovaných FWM môžu kolidovať s vlnovými dĺžkami samotných kanálov, a preto nemôžu byť odfiltrované; aby bolo možné vykonať experiment iba s dvoma komunikačnými kanálmi, ktorý by overil, ako sú signály vznikajúce pri použití FWM sčítané (tento experiment má byť preto významný i pre všeobecnejšie prípady), je nevyhnutné zaistiť priechod žiarenia generovaného FWM v prvom stupni do druhého stupňa; filter 21 a väzobný člen 22 to dovoľujú.

Väzobné členy -2 dB 22 a 34 sú typu fused/fibre, dodávané už zmienenou firmou GOULD.

Nasledujúci obvod 20 bol linkový zosilňovač 37, podrobnejšie model OLA/EMW vyrábaný prihlasovateľom, ktorý je založený na erbiom dopovanom aktívnom vlákne opticky čerpanom na vlnovej dĺžke λρ = 980 nm. Tento linkový zosilňovač má pri celkovom výkone vstupných kanálov 20 dBm zisk okolo 30 dB. Celkový výstupný optický výkon (signály plus zosilnená spontánna emisia) je naopak okolo 12 až 14 dBm.

Signály vychádzajúce z linkového zosilňovača 37 boli privedené do druhého stupňa prenosového vedenia pozostávajúceho z jednomódového optického vlákna s posunutou disperziou 38 s dĺžkou L2 = 5,1 km. Toto vlákno má nulovú disperziu na vlnovej dĺžke 1545 nm, sklon disperznej krivky je okolo 0,1 ps/(nm2.km) a absorpciu na používaných vlnových dĺžkach okolo 0,21 dB/km.

Po priechode optickým vláknom 38 boli signály analyzované optickým spektrálnym analyzátorom 39, model MS9030A/MS9701B vyrábaného firmou ANRITSU Corp., 5-100-27 Minato-ku, Tokyo (JP).

Obr. 6A a 6B ukazujú výkonové grafy FWM signálov generovaných pozdĺž optických vlákien 36 a 38 meraných pri pevnej vlnovej dĺžke zdroja 31 v závislosti od zmeny vlnovej dĺžky zdroja 32. Pri tomto meraní bolo každé z obidvoch vlákien spojené priamo s nastaviteľným atenuátorom pripojeným k výstupu zosilňovača 35 a k spektrálnemu analyzátoru 39 s dočasným vyradením ostatných súčastí optického obvodu a pri výkone 2 až 4 mW v každom kanále dodávanom na vstup vlákna. Výkonové hodnoty v TW sú uvedené na obr. 6A a 6B a normované k vstupným signálom o 1 mW (0 dBm) výkonu na kanál podľa vzťahu:

PFw_M(^norm) = Ppwiv/(P^Ín31 ·Ρ^ίη32)².

kde pⁱⁿ3i, pⁱⁿ32 sú výkonové hodnoty vstupných optických nosných. Polarizácia signálu zo zdroja 32 bola rotovaná zariadením 33 až FWM signál meraný na výstupe vlákna 36 alebo výstupe vlákna 38 dosiahol maximum.

Pre vlákno 36 (obr. 6A) bola vlnová dĺžka λ-j optického zdroja 31 pevná na

1533,58 nm a meranie výkonu generovaného FWM bolo vykonávané v závislosti od zmeny vlnovej dĺžky λ2 optického zdroja 32 medzi hodnotami 1542,80 nm a 1543,80 nm s krokom približne 0,05 nm. Výsledky merania sú označené plnými štvorčekmi na obr. 6A, spojenými čiarou 41. Tri vrcholy sú zreteľne zrejmé na vlnových dĺžkach 1543,05 nm, 1543,51 nm a 1543,66 nm; podľa názoru prihlasovateľa tento jav možno vysvetliť skutočnosťou, že na vyššie zmienených vlnových dĺžkach je hodnota disperzie vo vlákne 36, použitom pri experimente, nulová a podmienka fázového synchronizmu je splnená.

Numerická simulácia na modeli, popísaná v Journal of Lightwave Technology, vol. 10, No. 11, november 1992, strany 1553 - 1561, bola vykonaná pre optické vlákno 36, tvorené troma segmentmi DS vlákna s nulovou disperziou na λ₀1 = 1543,05 nm, λ₀2 = 1543,51 nm, λ₀3 = 1543,66 nm.

Ostatné parametre použité v modeli troch segmentov vlákna sú nasledujúce: útlm index lomu skla priemer módového poľa a = 0,21 dB/km n = 1,45

MFD = 8 μπι nelineárna susceptibilita 3. rádu Xim = 4,26.10^-14 m³/J strmosť krivky chromatickej disperzie Dď = 0,1 ps/(nm².km)

Vypočítaný normový výkon intermodulačných špičiek pfwM ^na vlnových dĺžkach signálu X-| = 1533,58 nm a λ2 ležiace medzi 1542,80 nm a 1543,80 nm, je ukázaný na obr. 6B závislosťou 42.

Z porovnania závislostí 41 a 42 je zrejmé, že profil FWM intermodulačných špičiek, vyjadrený z modelu, je kvalitatívne podobný experimentálne získanému profilu. Z toho možno usudzovať, že optické vlákno s disperznými vlastnosťami predpokladanými v modeli, použitom na simuláciu, predstavuje presný model skutočného optického vlákna 36 vo vyšetrovanom vlnovom pásme hlavne s ohľadom na generovanie FWM signálov.

Obr. 6B ukazuje zodpovedajúce výsledky pre vlákno 38, použité v druhom stupni experimentálneho zariadenia. Krivka 43, spájajúca experimentálne namerané body, zachytáva normovaný výkon generovaných FWM signálov, pochádzajúci od intermodulácie medzi signálom s vlnovou dĺžkou λ-| = 1534,84 nm a signálom s vlnovou dĺžkou λ2 meniacou sa od 1544,10 nm do 1546,00 nm s krokom 0,1 nm. Dve špičky sú na 1544,80 nm a 1545,40 nm.

Rovnako v tomto prípade sa dobre zhodujú experimentálne závislosti 43 a 44 s numerickou simuláciou na modeli optického vlákna 38, zloženom z dvoch segmentov s nulovou disperziou na vlnových dĺžkach λθ1 = 1544,80 nm a λθ2 = 1545,40 nm a s ostatnými parametrami zhodnými s tými, ktoré boli použité na simuláciu optického vlákna 36.

Dáta získané pre disperziu optických vlákien 36 a 38 boli použité pre následnú numerickú simuláciu celkového správania zariadenia na potlačenie optického skreslenia ukázaného na obr. 4. Simulované dáta boli porovnávané s experimentálnymi výsledkami na obr. 7.

Obr. 7 ukazuje normované výkony FWM signálov generovaných intermoduláciou medzi prvým signálom s vlnovou dĺžkou λ-| = 1533,7 nm a druhým signálom s vlnovou dĺžkou λ2, ktorá je premenná. Získané výsledky sú uvedené ako s pripojeným, tak i bez pripojeného obvodu 20 podľa obr. 4 na potlačenie optického skreslenia.

Experimenty boli vykonané pre tri hodnoty vlnovej dĺžky λ2 druhého signálu, λ2ΐ = 1545,50 nm, λ22 = 1546,70 nm a λ23 = 1547,80 nm. Namiesto filtra 19, ukázaného na schéme na obr. 4, je použitý predchádzajúci popísaný typ, pripojený metódou butt-welding, ktorý má stred odrazného pásma na zodpovedajúcej vlnovej dĺžke.

Numerické simulácie boli naopak vykonané pre hodnoty λ2 medzi 1544 nm a 1549 nm.

Na x-ovej osi grafu na obr. 7 je ukázaná hodnota λ2·

Oproti tomu hodnoty na y-ovej osi sú hodnoty parametra p, ktoré zodpovedajú normovanej hodnote rozdielu medzi výkonom p_FWM(^tot) (celkový p_FWM výkon) FWM signálov meraných na výstupe zariadenia a súčtu výkonov PFWMO) ^a PFWMͲ); z nich druhý predstavuje výkony merané na výstupe druhého stupňa, FWM signálov generovaných zvlášť pozdĺž prvého a druhého stupňa, t.j. pozdĺž vlákien 36 a 38 podľa schémy na obr. 4.

Podrobnejšie povedané je parameter p daný nasledujúcim výrazom:

PFWM(tot) - (Pfwm(1) +· PfWM (2))

P ⁼ ~ \/ Pfwm (1) Pfwm(2)

Aby sme mohli odhadnúť p, bolo nutné zmerať okrem celkového výkonu vychádzajúceho zo zariadenia pre každú experimentálnu vlnovú dĺžku λ2 i výkony FWM signálov vychádzajúce z druhého stupňa, ktoré by boli generované pozdĺž prvého a druhého stupňa bez interferencie.

Optický výkon pfwmU) FWM signálu pozdĺž prvého stupňa, vychádzajúci zo zariadenie, môže byť priamo zmeraný dočasným pripojením spektrálneho analyzátora 39 k výstupu zosilňovača 37 alebo k výstupu druhého stupňa a vydelením tejto hodnoty známou hodnotou útlmu vlákna 38, tvoriacim druhý stupeň.

Optický výkon pfwm(2) signálu, pochádzajúceho z FWM pozdĺž druhého stupňa, možno merať pri pripojenom zariadení na potlačenie optického skreslenia 20 dočasným rozpojením optického spoja medzi výstupom filtra 21 a väzobným členom 22, aby sme zabránili FWM signálom, generovaným v prvom stupni, vstúpiť do druhého stupňa bez toho, aby sme ovplyvnili kanálový výkon vstupujúci do druhého stupňa.

Ak nie je zapojený obvod 20 potláčajúci skreslenie, optický výkon PFMW(²) J^e namiesto toho meraný pri dočasnom nahradení optického vlákna 36 prvého stupňa atenuátorom so zodpovedajúcim útlmom tak, aby bolo potlačené generovanie FWM signálov bez zmeny kanálového výkonu vstupujúceho do druhého stupňa.

Body 51, 52, 53 v grafe na obr. 7 ukazujú experimentálne výsledky na troch zmienených vlnových dĺžkach λ2ΐ, λ22 ^{a λ}23 vzhľadom k prípadu, kedy je obvod 20 pre potlačenie optického skreslenia zapojený medzi prvý a druhý stupeň zariadenia na obr. 4.

Je potrebné sa zmieniť, že parameter p má trvalé nulovú hodnotu.

Celkový výkon, generovaný FWM, v druhom stupni zodpovedá pre každú vlnovú dĺžku λ2 súčtu FWM signálov generovaných v obidvoch stupňoch. Preto akýkoľvek dodatočný jav spôsobený interferenciou medzi oboma FWM signálmi v jednotlivých stupňoch je eliminovaný.

Ak nie je obvod na potlačenie skreslenia 20 zapojený, je výstup vlákna 36 priamo pripojený k vstupu zosilňovača 37 v zariadení na obr. 4, je naopak vyššie umiestnená interferencia účinná, ako potvrdzujú merania ukázané na grafe na obr. 7 v bodoch 54, 55, 56. V obidvoch prvých prípadoch je celkový výkon FWM signálov na výstupe zariadenia väčší ako súčet výkonov FWM signálov generovaných v prvom a druhom stupni o zhruba 80 %.

V prípade merania 56 je celkový výkon FWM signálu na výstupe zariadenia vzhľadom k vlnovej dĺžke druhého signálu λ 2 = λ£3 nižší ako súčet výkonov FWM signálov v obidvoch stupňoch; v tomto prípade je interferencia dvoch FWM signálov z obidvoch stupňov čiastočne deštruktívna a pripojenie optického obvodu 20 na potlačenie skreslenia zvyšuje hodnotu skreslenia vplyvom FWM ako keď je obvod 20 odpojený.

Tento protiklad je možný iba vtedy, ak všeobecne nemožno presne určiť signálové vlnové dĺžky a disperziu optického prenosového vedenia. Ako je všeobecne vysvetlené, nemožno predpokladať najlepšie možné podmienky; vždy je naopak možné, že s ohľadom na neurčitosť alebo vďaka malým zmenám jedného z parametrov sa objaví podmienka pre pozitívnu interferenciu medzi FWM signálmi v jednotlivých stupňoch.

Tento vynález zabraňuje vytvoreniu nepriaznivej podmienky obmedzením výkonu FWM signálov vzhľadom k súčtu výkonov generovaných v jednotlivých zosilňovacích stupňoch.

Krivky 57 a 58 v grafe na obr. 7 ukazujú výsledky numerických simulácií celkového výkonu FWM signálov v dvojstupňovom zariadení bez obvodu na potlačenie skreslenia.

Na simuláciu krivky 57 bol použitý prv popísaný model a zodpovedajúce číselné parametre optických vlákien 36 a 38 obidvoch stupňov zariadenia.

Krivka 58 naopak vyplýva z numerickej simulácie, v ktorej boli použité rovnaké hodnoty všetkých ostatných parametrov a boli uvažované nasledujúce vlnové dĺžky s nulovou disperziou optického vlákna 36 prvého stupňa:

λ'οι = 1543,1 nm λ'θ2 = 1543,6 nm a λ'03 = 1543,7 nm.

Tieto hodnoty sa mierne odlišujú od disperzných hodnôt použitých v prvej numerickej simulácii. Rozdiely medzi krivkami 57 a 58 poukazujú na vysokú citlivosť interferencie medzi FWM signálmi generovanými v dvoch stupňoch na relatívne malé zmeny hodnôt vlnových dĺžok s nulovou disperziou pozdĺž optických vlákien. Táto vysoká citlivosť spolu so zodpovedajúcou nepresnosťou pri stanovení disperzných vlastností optických vlákien môže vysvetliť podľa názoru prihlasovateľa neúplný súhlas medzi experimentálnymi meraniami (najmä meranie 56) a výsledkami numerickej simulácie (krivka 58).

Obvod na potlačenie optického skreslenia podľa tohto vynálezu je obzvlášť vhodný na použitie pozdĺž mnohostupňového optického komunikačného vedenia. Hlavne je vhodný na použitie v kombinácii so zosilňovačom predpokladaným ako linkový zosilňovač napr. spolu s linkovým zosilňovačom popísaným na obr. 2.

Jedno z možných usporiadaní je ukázané na obr. 1, kde je obvod na potlačenie optického skreslenia umiestnený na výstupe zosilňovača v smere šírenia optických signálov.

Linkový zosilňovací stupeň s dvojitým čerpaním, zahrňujúci obvod na potlačenie optického skreslenia spôsobeného štvorvlnovou interakciou, je uvedený na obr. 8. Súčiastky zodpovedajú súčiastkam na obr. 2, už popísanom, a sú označené rovnakými referenčnými číslami.

Taký zosilňovač obsahuje jedno aktívne vlákno 62, dopované erbiom a zodpovedajúci čerpací laser 64, pripojený cez dichroický väzobný člen 63; prvý optický izolátor 61 je umiestnený smerom k aktívnemu vláknu 62 v smere šírenia signálu, ktorý je zosilňovaný, zatiaľ čo jeden obvod na potlačenie optického skreslenia 10, už popísaný na obr. 3, je umiestnený smerom od aktívneho vlákna 62.

Optický cirkulátor v optickom obvode 10 zamedzuje šíreniu spätne odrazených signálov alebo optického skreslenia akéhokoľvek druhu v opačnom smere vzhľadom ku komunikačným signálom.

Zosilňovač ďalej obsahuje druhé erbiom dopované aktívne vlákno 66, spojené so zodpovedajúcim čerpacím laserom 68 cez dichroický väzobný člen 67; optický izolátor je umiestnený smerom od vlákna 66.

Vlastnosti a typy súčiastok, zodpovedajúce podobným v dvojstupňovom zosilňovači na obr. 2, môžu byť s výhodou vybrané v rovnakých variantoch ako v tomto prípade.

Dĺžky aktívnych vlákien 62 a 66 obidvoch stupňov a výkon emitovaný čerpacími lasermi 64 a 68 sú prednostne vybrané tak, aby celkový vstupný výkon (signály plus spontánna emisia) bol zhruba -16 dBm, celkový výkon vstupujúci do druhého stupňa zhruba 7 dBm a celkový výstupný výkon na výstupe druhého stupňa zhruba 13 dBm.

Umiestnenie optického obvodu 10 medzi dva stupne zosilňovača umožňuje zlepšiť šumové číslo a minimalizovať zvýšenie strát na spoji k optickému obvodu; použitie druhého stupňa v saturácii v skutočnosti z väčšej časti kompenzuje útlm v obvode 10 a pokles celkového optického výstupného výkonu zosilňovača, spôsobený pripojením optického obvodu, je obmedzený na zhruba 1 dB.

V prípade pripojenia optického obvodu 10 smerom k alebo od linkového zosilňovača je možné kompenzovať útlm spôsobený samotným sériovým zapojením optického obvodu krátkym úsekom aktívneho optického vlákna napájaného cez dichroický väzobný člen čerpacím žiarením s nízkym výkonom (dodávané napr. malým polovodičovým laserom) tak, aby boli signály zosilnené o hodnotu zodpovedajúcu útlmu v optickom obvode 10.

Nezávisle od umiestnenia optického obvodu 10 voči linkovému zosilňovaču daný obvod s výhodou odfiltrováva spontánnu emisiu, šíriacu sa pozdĺž optického komunikačného vedenia a ktorú môže generovať samotný zosilňovač. Zosilňovač spojený s obvodom na potlačenie skreslenia v skutočnosti zosilňuje komunikačné signály a tlmí žiarenie na iných vlnových dĺžkach mimo pásem odrazu filtrov v obvode 10.

Alternatívne k popisu na obr. 8 môže byť linkový zosilňovač tiež vytvorený v konfigurácii s jednostupňovým čerpaním, založeným na zvláštnych aplikačných požiadavkách. Tiež v tomto prípade obvod na potlačenie optického skreslenia spôsobeného FWM môže byť s výhodou spojený so zosilňovačom. V konfigurácii ukázanej na obr. 9, je obvod 10 rovnakého typu, ako je popísané na obr. 3, pripojený pozdĺž optického vlákna 114 zosilňovača. Komunikačné signály, prenášané optickým izolátorom 111, sú sčítané dichroickým väzobným členom 112 s čerpacím žiarením zo zdroja 113. V medziľahlej polohe pozdĺž aktívneho vlákna 114 je vytvorená vhodná odbočka na čerpanie dichroickými väzobnými členmi 115 a 116, takže žiarenie v signálovom vlnovom pásme prechádza optickým obvodom 10. Druhý optický izolátor 117 je umiestnený na koniec aktívneho vlákna 114.

Obvod na potlačenie optického skreslenia 10, popísaný na obr. 3, umožňuje dekorelovať FWM signály, generované v rôznych stupňoch optického komunikačného vedenia intermoduláciou medzi komunikačnými signálmi, šíriacimi sa v danom smere pozdĺž samotného vedenia.

Obr. 10 ukazuje obvod na potlačenie optického skreslenia 10' v obojsmernom optickom WDM komunikačnom systéme podľa alternatívnej verzie tohto vynálezu.

Obvod 10' je pripojený pozdĺž obojsmerného optického komunikačného vedenia, obsahujúceho úseky pasívneho optického vlákna striedavo s obojsmernými optickými zosilňovačmi.

Obvod ukázaný na obr. 10 je navrhnutý pre prípad štyroch komunikačných kanálov v každom smere. Ukázané zariadenie môže byť nastavené rovnakým spôsobom ako jednosmerný obvod na obr. 3 v závislosti od počtu kanálov skutočne použitých na prenos v každom smere.

Optický obvod 10' pozostáva z optického cirkulátora 15' so štyrmi prístupovými bránami v poradí 11.,12, 13,14.

Obvod 10' bude teraz ukázaný na prípade štyroch optických signálov, prichádzajúcich z úseku komunikačného vedenia spojeného s bránou 11 optického cirkulátora s vlnovými dĺžkami λη,, λ2, λ2', λ2 a štyri ďalšie optické signály prichádzajú z úseku komunikačného vlákna, spojeného s bránou 13 optického cirkulátora s vlnovými dĺžkami λγ, λ8, λβ', λθ. Zodpovedajúce šírky čiar sú označené Δ η, Δ V2, Δ v?, Δ V2, Δ νγ Δ vq, Δ vg¹, Δ vg.

S bránou 12 optického cirkulátora 15' je spojený optický filter 16 so selektívnym odrazom na vlnovej dĺžke λ-j. S optickým filtrom 16 je spojený selektívny oneskorovací obvod 17 na vlnovej dĺžke λ2, ktorý obsahuje úsek jednomódového optického vlákna 18, ktorý je spojený s výstupom filtra 16 a druhý koniec je spojený s optickým filtrom 19 so selektívnym odrazom na vlnovej dĺžke λ2· Úsek 18 jednomódového optického vlákna je tak dlhý alebo dlhší ako polovica maximálnej hodnoty l_c pre koherenčné dĺžky ν/π Δν-|, ν/π Δν2, ν/π Δν2', ν/πΔν2, ν/π Δνγ, ν/π Δνθ, ν/π Avg·, ν/π Avg zdrojov 1., 2, 2), 2^, 7, 8, ď, 8 v optickom vlákne, kde v je rýchlosť šírenia optického žiarenia vo vlákne.

S bránou 14 optického cirkulátora 15' je spojený optický filter 76 so selektívnym odrazom na vlnovej dĺžke λγ. S optickým filtrom 76 je spojený selektívny oneskorovací obvod 77 pre vlnovú dĺžku λβ, obsahujúci úsek 78 jednomódového optického vlákna, ktorého jeden koniec je spojený s optickým filtrom so selektívnym odrazom na vlnovej dĺžke λβ. Úsek 78 jednomódového optického vlákna je tak dlhý ako l_c/2 alebo dlhší.

Optický obvod 10¹ pozostáva z iných selektívnych oneskorovacích obvodov 17', 17, 77', 77, z ktorých každý obsahuje úsek Iď, 182, 78', 78 optického jednomódového vlákna dlhý ako l_c/2 alebo dlhší s jedným koncom pripojeným k výstupu filtra predchádzajúceho selektívneho oneskorovacieho obvodu a druhý koniec pripojený k vstupu optického filtra 19], 192, 79', 79 so selektívnym odrazom na vlnovej dĺžke X^, X^', λβ', λβ.

Brány 11 a 13 optického cirkulátora 15' slúžia na pripojenie pozdĺž komunikačného vedenia, prednostne blízko obojsmerných optických zosilňovačov.

Pre signály na vlnových dĺžkach λγ, λβ, λβ', λβ, prichádzajúce z úseku komunikačného vedenia, spojeného s bránou 11 optického cirkulátora, je funkcia obvodu rovnaká ako obvodu 10 na obr. 3 s ohľadom na predchádzajúci popis.

Dráha priechodu signálov na vlnových dĺžkach λγ, λβ, λβ', λβ, prichádzajúcich od úseku komunikačného vedenia, pripojeného k bráne 13 optického cirkulátora, vychádza od brány 14 optického cirkulátora, prichádza späť k rovnakej bráne po odraze od filtra 76 alebo selektívnych oneskorovacích obvodov 77, 772, ZZ2 a vychádza od brány 11 optického cirkulátora. Naopak signály s vlnovou dĺžkou mimo pásma odrazeného filtrami 76, 79, 79', 79 vychádzajú od optického obvodu 10' cez svorku 24.

Týmto obvodom je obmedzená interferencia medzi FWM signálmi generovanými v oboch smeroch pozdĺž komunikačného vedenia.

7Η ^77-^

Claims (19)

1. Optický telekomunikačný systém obsahujúci:

najmenej dva zdroje optických signálov modulované na rôznych vlnových dĺžkach so zodpovedajúcimi dobami koherencie, multiplexor na multiplexovanie daných signálov do jediného spoločného optického vlákna, optické vláknové vedenie spojené na jednom konci s uvedeným spoločným optickým vláknom daného multiplexoru, prostriedky na príjem daných signálov, pripojené k druhému koncu uvedeného optického vláknového vedenia a obsahujúce demultiplexor daných optických signálov, vyznačujúci sa tým, že obsahuje prvok na potlačenie štvorvlnovej interakcie medzi uvedenými signálmi, pričom tento prvok je opticky pripojený sériovo pozdĺž uvedeného optického vláknového vedenia a obsahuje optický obvod, obsahujúci najmenej dva vlnovo selektívne filtre, každý s pásmom obsahujúcim jeden z uvedených optických signálov, uvedené filtre sú opticky spojené navzájom sériovo v optickej dráhe, dĺžka najmenej jedného úseku uvedenej optickej dráhy, obsiahnutá medzi dvoma nasledujúcimi filtrami, je dlhšia ako dĺžka zodpovedajúca dobe koherencie u najmenej jedného z uvedených zdrojov optických signálov.

2. Optický telekomunikačný systém podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že uvedený optický obvod pre každý daný signál obsahuje vlnovo selektívny filter s vlnovým pásmom zahrňujúcim zodpovedajúci optický signál a nezahrňujúcim zvyšné optické signály, kde uvedené filtre sú opticky zapojené vzájomne sériovo v optickej dráhe, kde dĺžky úsekov uvedenej optickej dráhy medzi dvoma nasledujúcimi filtrami sú väčšie ako dĺžka zodpovedajúca dobám koherencie každého z uvedených zdrojov optických signálov.

3. Optický telekomunikačný systém podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že uvedený optický obvod pozostáva z optického cirkulátora, ktorý má vstupnú bránu a výstupnú bránu pripojenú k uvedenému optickému vláknovému vedeniu, a najmenej jedna vstupná/výstupná brána je pripojená k jednému z uvedených vlnovo selektívnych filtrov.

4. Optický telekomunikačný systém podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že uvedené vlnovo selektívne filtre sú filtre s Braggovými mriežkami.

5. Optický telekomunikačný systém podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že uvedené filtre s Braggovými mriežkami sú vyrobené z optického vlákna.

6. Optický telekomunikačný systém podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že najmenej jeden optický zosilňovač je umiestnený pozdĺž optického vlákna.

7. Optický telekomunikačný systém podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že uvedený optický zosilňovač pozostáva z jedného aktívneho optického vlákna dopovaného fluorescenčným dopantom a zdrojom čerpacieho žiarenia.

8. Optický telekomunikačný systém podľa nároku 7, vyznačujúci sa tým, že uvedený fluorescenčný dopant je erbium.

9. Optický telekomunikačný systém podľa nároku 7, vyznačujúci sa tým, že prvok na potlačenie skreslenia spôsobeného FWM (štvorvlnovou interakciou) je opticky zapojený do série pozdĺž uvedeného aktívneho optického vlákna v medziľahlej polohe.

10. Optický telekomunikačný systém podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že vonkajšia optická dráha čerpacieho žiarenia mimo daného prvku na potlačenie FMW je tvorená dvoma úsekmi, na ktoré je aktívne optické vlákno rozdelené uvedeným prvkom.

11. Optický telekomunikačný systém podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že uvedený optický zosilňovač pozostáva z dvoch úsekov aktívneho optického vlákna, z ktorých každý zahrňuje zdroj čerpacieho žiarenia.

12. Optický telekomunikačný systém podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým , že dĺžka úseku uvedeného aktívneho optického vlákna, koncentrácia fluorescenčného dopantu a výkon čerpacieho zdroja sú operatívne vybrané takým spôsobom, že celkový zisk uvedeného zosilňovača sa odlišuje o menej ako 2 dB od zisku toho istého zosilňovača bez daného prvku na potlačenie FWM tak, aby optická kontinuita medzi oboma úsekmi aktívneho optického vlákna bola zachovaná.

13. Proces prenosu optických signálov obsahujúci:

generovanie dvoch modulovaných optických signálov so zodpovedajúcimi vlnovými dĺžkami, multiplexovanie uvedených signálov na jednom konci optického prenosového vedenia obsahujúce najmenej jeden úsek jednomódového optického vlákna, v ktorom je štvorvlnovou interakciou medzi signálmi generovaná intermodulácia, t

príjem uvedených signálov na druhom konci uvedeného optického prenosového vedenia, vyznačujúci sa tým, že obsahuje funkciu selektívneho oneskorovania uvedených signálov v medziľahlej polohe pozdĺž daného optického prenosového vedenia, kde uvedená funkcia selektívneho oneskorovania obsahuje:

selektívne vysielanie uvedených optických signálov do zodpovedajúcich optických dráh s vopred danou dĺžkou tak, že dĺžky sú prispôsobené k fázovej dekorelácii daných signálov voči sebe, opätovné zlúčenie uvedených signálov po prejdení optických dráh, v ktorých najmenej jeden úsek uvedených optických dráh je spoločný.

14. Proces prenosu optických signálov podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že obsahuje krok optického zosilňovania daných signálov najmenej raz pozdĺž uvedeného optického prenosového vedenia.

15. Proces prenosu optických signálov podľa nároku 14, vyznačujúci sa tým, že uvedený krok selektívneho oneskorovania uvedených signálov bezprostredne predchádza alebo nasleduje kroky optického zosilňovania daných signálov.

16. Optický zosilňovač obsahujúci:

prvé a druhé aktívne optické vlákno dopované fluorescenčným dopantom, čerpacie prostriedky pre uvedené prvé a druhé aktívne optické vlákno upravené na dodávanie čerpacej energie, väzobné prostriedky medzi uvedeným prvým aktívnym optickým vláknom na nadviazanie uvedeného optického čerpacieho výkonu a najmenej dvoch prenosových signálov na rôznych vlnových dĺžkach so zodpovedajúcimi dobami koherencie, prvok na potlačenie štvorvlnovej interakcie medzi danými signálmi, pričom tento prvok je opticky zapojený v sérii medzi prvým a druhým aktívnym optickým vláknom, vyznačujúci sa tým, že uvedený prvok na potlačenie FWM obsahuje optický obvod zahrňujúci optické dráhy rôznej dĺžky, ktorými sú uvedené signály selektívne posielané a dané dĺžky sú takej hodnoty, že najmenej dva signály prechádzajú oneskorením väčším ako zodpovedajúce doby koherencie.

17. Optický zosilňovač podľa nároku 16, vyznačujúci sa tým, že najmenej jeden úsek uvedených optických dráh je spoločný pre uvedené signály.

18. Optický zosilňovač podľa nároku 16, vyznačujúci sa tým, že daný fluorescenčný dopant je erbium.

19. Optický zosilňovač podľa nároku 18, vyznačujúci sa tým, že uvedené aktívne vlákno.obsahuje hliník, germánium a lantán ako dodatočné dopanty.

Obr. 8

Obr. 3

Obr. 5 ?Í/ 111 -% litnž

Obr. Q A mlcroW

I«m2

Obr

Tl/

Obr.

>