CS152591A3 - Telecommunication line with optical fiber - Google Patents

Description

-1-

aOBr. Mtó VŠETtíČKA cdvokít 11664 PRAHA 1, Žnns 25

152.5- cH- Q

TELEKOWUNIKACNÍ LINKA S OPTICKÝM V

Oblast techniky

Vynález se týká telekomunikační linky s optickým vláte^mopatřené optickými zesilovači s aktivním vláknem, ve které od-razy směrem k zesilovačům jsou pod předem určenou hodnotou.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že optická vlákna mající dopované jádro, ve kte-rém je dopování provedeno použitím zvláštních látek jako jsouionty vzácných zemin, mají schopnost stimulované emise a jsouvhodné k použití jako optické zesilovače v telekomunikačníchlinkách pro civilní telefonii.

Takový druh zesilovačů je popsán v evropské přihlášce vyná-lezu číslo 9CI1292O.5 téhož původce.

Jako zesilovače s.optickým vláknem, také označované jakozesilovače s aktivním optickým vláknem, jsou míněny zesilovače,ve kterých optický přenášený signál je zesilován jako takový,přičemž si zachovává svou optickou formu, aniž by byla požado-vána jeho přeměna na jinou formu, například elektronickou, jehozesílení v této nové formě a opětné převedení do optické formy,a ve kterých zesilovací prvek sestává z kusu optického vláknavýše popsaného typu majícího předem určenou délku a zapojenéhov sérii mezi dvěma úseky vlákna optické linky a opatřeného od-povídajícím napájecím prostředkem pro napájení optickým čerpa-cím signálem.

Zesilovače tohoto druhu mají zvláštní výhody při použitív telekomunikačních linkách, nebot dávají vysoké zisky jsou-lipoužity jako liniové zesilovače, kteréžto zisky mohou být uvede-ny na žádanou hodnotu vhodnéu volbou délky aktivního vláknaa/nebo obsahem dopovací látky, nebo mohou být použity jako vý-konové zesilovače a potom mají vysokou účinnost zesílení.

Pro zesilovače jsou zvláště nebezpečné odrazy signálů,které vznikají u konců optického vlákna. Z japonských patentových spisů číslo 52-155901 a 63-219186a z publikace "Electronics Letters" svazek 24, číslo 1 ze 7.1.1988, strany 36-38 je známo, že v laseru nebo v optickém polo-vodičovém zesilovači je nebezpečí nestability a vzniku oscilacívlivem odrazů na koncích vlákna zesilovače.

Ve výše uvedených patentových spisech a pojednání se uvádí opatření spočívající ve připojení optického izolátoru k polovo-dičovému laseru, čímž se zamezí světlu odraženému spojovacímipovrchy mezi liniovými vlákny a těmito přístroji dopad na tytolasery. V zesilovači s aktivním vláknem nejsou žádné přestupní po-vrchy mezi liniovými vlákny a zesilovačem protože liniová vláknajsou přímo přivařena k aktivnímu vláknu zesilovače. Z toho dů-vodu se obecně neočekávají odrazové jevy.

Nicméně bylo zjištěno, že v zesilovači s aktivním vláknembez prostředku pro omezení odrazu směrem k aktivnímu vláknu ne-ní možné dosáhnout vysokých zisků zesílení vlivem výskytu šumuinterferometrického typu jako důsledku střetů mezi přímým sig-nálem a odraženými signály v samotných liniových vláknech a přivšech událostech namířených k aktivnímu vláknu. Přítomnost in-terferometrického šumu má malý význam v polovodičovém zesilovačimajícím nízké zisky a malé konstrukční rozměry, zatímco se stávázvláště významnou v zesilovači s aktivním vláknem schopným do-sahovat velmi vysokých zisků a majícím aktivní vlákno značnédélky v rozsahu několika desítek metrů, mnohem větší, než kohe-renční vzdálenost laseru vyvíjejícího signál. V zesilovači typu s vláknem s aktivním jádrem vzniká pro-blém ochrany aktivního vlákna proti zdroji takového šumu a udr-žení každé formy odrazu směrem k aktivnímu vláknu pod kritický-mi hodnotami aby nebyla ohrožena jakost přenosu při zachovánívysokých hodnot zisku zesílení. Výše uvedená evropská přihláška vynálezu číslo 90112920.5navrhuje zavedení optických izolátorů v zesilovačích s optic-kým vláknem, kteréžto zesilovače by měly odrazivost omezenoupod kritickou hodnotu.

Podstata vynálezu Úkolem vynálezu je vytvořit telekomunikační linku s optic-kým vláknem obsahující optické zesilovače s aktivním vláknem,ve které jsou zesilovače chráněny proti všem nevýhodám vyplý-vajícím z odrazů, v souhlase s obsahem evropské přihlášky vyná-lezu číslo 90112920.5, s dalším vymezením kritických parametrůumožňujícím zvolit pro očekávaný zisk zesilovače nejvýhodnějšícharakteristiky optické izolace.

Vynález tudíž vytváří telekomunikační linku s optickýmvláknem, ve které se optický signál přenáší z jednoho konce na -3- druhý konec linky bez regenerací, a podél které je uspořádánalespoň jeden liniový zesilovač opatřený aktivním vláknem s já-drem dopovaným fluorescenční látkou, jehož podstata spočíváv tom, že všechna vlákna připojená k aktivnímu vláknu zesilova-če nebo příslušející ke každému liniovému zesilovači mají pro-středek pro omezení odrazu, jehož odrazivost, viděno z čelníhokonce aktivního vlákna je nižší alespoň o 10 dB než odrazivostodpovídající Rayleighovu rozptylu ve vláknu na přenosové vlno-vé délce.

Podle výhodného provedení vynálezu prostředek pro omezeníodrazu působí odrazivosti vláken konvergujících k aktivnímuvláknu, které jsou rovné nebo nižší o 15 dB než odrazivost od-povídající Rayleighovu rozptylu ve vláknu na přenosové vlnovédélce.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu všechna vláknapřipojené k aktivnímu vláknu zesilovače nebo náležící ke každé-mu liniovému zesilovači jsou opatřena prostředkem pro omezeníodrazu majícím odrazivost, viděno z čelního konce aktivníhovlákna, jejíž absolutní hodnota je vyšší alespoň o 10 dB, s vý-hodou o 15 dB než očekávaný zisk zesilovače.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu prostředek proomezení odrazu zahrnuje optické izolátory řízení polarizeceumístěné před a za aktivním vláknem zesilovače.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu jsou optickéizolátory typu, který je necitlivý na polarizaci přenášenéhosignálu.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu vlákna připoje-ná k aktivnímu vláknu liniového zesilovače zbavená optickýchizolátorů mají protiodrazové povlaky a šikmý řez povrchů, kte-rými prochází přenášený signál pro vznik odrazivosti na vlnovédélce přenášeného signálu nižší alespoň o 10 dB, s výhodouo 15 dB, než je odrazivost odpovídající Rayleighovu rozptyluve vláknu na přenosové vlnové délce.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu vlákna připoje-ná k aktivnímu vláknu liniového zesilovače zbavená optickýchizolátorů mají protiodrazový povlak a/nebo šikmý řez povrchů,kterými prochází přenášený signál, pro vznik odrazivosti navlnové délce přenášeného signálu, jejíž absolutní hodnota jevyšší alespoň o 10 dB, s výhodou o 15 dB než očekávaný zisk ze-silovače. -4-

Vynález dále vytváří optický zesilovač pro telekomunikačnílinky s optickým vláknem typu obsahujícího aktivní optické vlákno mající jádro dopované fluorescenční dopovací látkou připojené nakoncích k optickým vláknům telekomunikační linky, ke kteréje aktivní optické vlákno také připojeno dichroickým vazebnímčlenem, alespoň přívodní optické vlákno připojené ke zdroji optického čerpacího signálu, jehož podstata spočívá v tom, že všechna vlákna připojená k aktivnímu optickému vláknu mají prostředek pro omezení odrazu způsobující odrazivost, viděno z čelníhokonce aktivního optického vlákna, nižší alespoň o 10 dB než od-razivost odpovídající Rayleighovu rozptylu ve vléknu na přenoso·vé vlnové délce.

Podle výhodného vytvoření vynálezu prostředek pro omezeníodrazu způsobuje odrazivosti vláken konvergujících k aktivnímuoptickému vléknu, které jsou nižší alespoň o 15 dB než odrazi-vost způsobená Rayleighovým rozptylem ve vléknu.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu všechna vláknapřipojená k aktivnímu optickému vláknu mají prostředek pro ome-zení odrazu mající odrazivost, viděno z čelního konce aktivníhooptického vlákna, jejíž absolutní hodnota je vyšší alespoň o10 dB, s výhodou alespoň o 15 dB, než očekávaný zisk zesilovače

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu prostředek proomezení odrazu obsahuje optické izolátory řízení polarizaceumístěné před a za aktivním optickým vláknem.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu optické izolá-tory jsou typu necitlivého na polarizaci přenášeného signálu.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu každý optickýizolátor má odrazivost směrem k aktivnímu optickému vláknu navlnové délce přenášeného signálu nižší o 10 dB, s výhodou o 15dB, než je odrazivost daná Rayleighovým rozptylem v liniovémvlákna.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu každý optickýizolátor má odrazivost směrem k aktivnímu optickému vláknu navlnové délce přenášeného signálu, jejíž absolutní hodnota jevyšší alespoň o 10 dB, s výhodou o 15 dB než je očekávaný ziskzesilovače.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu přívodní vláknopřipojené ke zdroji optického čerpacího signálu je zbaveno op-tických izolátoru a je na svém konci připojeném ke zdroji optic-kého čerpacího signálu opatřeno prostředkem pro omezení odrazu -5- obsahujícím protiodrazové povlakové vrstvy a/nebo šikmý řez povr-chů, kterými prochází přenášený signál, přičemž prostředek proomezení odrazu dává odrazivost, která je o 10 dB, s výhodou o 15dB nižší než odrazivost vyplývající z Rayleighova rozptylu přizahrnutí útlumů způsobených průchodem přenášeného signálu a od-raženého signálu vazebním prostředkem.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu přívodní vláknopřipojené ke zdroji optického čerpacího signálu je zbaveno op-tických izolátorů a na jeho konci připojeném ke zdroji optickéhočerpacího signálu je opatřeno prostředkem pro omezení odrazuobsahujícím protiodrazové povlakové vrstvy a/nebo šikmý řez po-vrchů, kterými prochází přenášený signál, přičemž tento prostře-dek pro omezení odrazu dává odrazivost, jejíž absolutní hodnotaje vyšší alespoň o 10 dB, s výhodou o 15 dB, než je očekávanýzisk zesilovače, včetně útlumu způsobeného průchodem přenášenéhosignálu a odraženého signálu vazebním prostředkem.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu konec přívodníhovlákna připojeného ke zdroji optického čerpacího signálu jeuříznut v úhlu od 5° do 10° vzhledem k rovině kolmé k ose vlákna.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu přívodní vláknopřipojené ke zdroji optického čerpacího signálu je připojenok aktivnímu optickému vláknu dichroickým vazebním členem, při-čemž mezi aktivní optické vlákno a liniové optické vlákno jsouvloženy optické izolátory na jeho jednom konci a mezi liniovýmvláknem a dichroickým vazebním členem bezprostředně u aktiv-ního optického vlékna na jeho druhém konci.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu přívodní vláknopřipojené ke zdroji optického čerpacího signálu je připojenok aktivnímu optickému vláknu dichroickým vazebním členem a meziaktivní optické vlákno a diehroický vazební člen je vloženoptický izolátor.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu když výkonovézesilovače pracující s výkonovým přenášeným signálem vyšším nežje saturační výkon zesilovače a připojené bezprostředně k laseruvysílajícímu přenášený signál, opatřenému příslušným ochrannýmoptickým izolátorem, je optický izolátor umístěn pouze za aktiv-ním optickým vláknem ve,směru přenosu přenášeného signálu. Fřehled obrázků na výkresech

Vynález je znázorněn na výkresech, kde obr.l je schéma -6- telekomunikační linky s optickým vláknem opatřené liniovými ze-silovači i výkonovými zesilovači, obr.2 je schéma optického ze-silovače s aktivním optickým vláknem podle výhodného vytvořenívynálezu, obr.3 je schéma optického zesilovače s aktivním optic-kým vláknem podle alternativního vytvoření vynálezu a obr.4 jeschéma výkonového optického zesilovače s aktivním optickým vlák-nem podle vynálezu. Příklady provedeni vynálezu

Jak je patrno z obr.l, telekomunikační linka s optickýmvláknem obecně obsahuje vysílací stanici 1 a přijímací stanici2, které jsou navzájem vzdáleny sta nebo tisíce kilometrů a mezinimi je liniové optické vlákno 2 mající vhodné přenosové charak-teristiky. Liniovým optickým vláknem 2 se signál přenáší z vysí-lací stanice 1 do přijímací stanice 2. K překlenutí žádané celkové vzdálenosti mezi vysílací sta-nici 1 a přijímací stanicí 2 je jednak nutné vysílat signál do-statečného výkonu a potom kompenzovat útlum signálu podél linio-vého vlákna 2· 2 toho důvodu vysílací stanice 1 obsahuje bezpro-středně za laserem 4 vysílajícím přenášený optický signál výko-nový zesilovač 2 schopný vysílat do liniového vlákna 2 signálvyššího výkonu než signál, který může být obvykle vyvíjen lase-rem 4. Navíc, za určitou délkou liniového vlákna 2, například poněkolika stech kilometrů, je uspořádán první liniový zesilovač6a, znázorněný v obr.l, uzpůsobený ke přivedení přenášeného sig- v nálu opět na dostatečně vysokou úroveň. Po něm následují dalšíúseky liniového vlákna 2 a další liniové zesilovače 6b,6c a tak-to je pokryta celková délka linky.

Zesilovače j®°u obvykle optické zesilovače, které jsouzvláště výhodné pro uvedené použití, neboí v nich přenášený sig-nál zachovává optickou formu a není tudíž třeba jeho Čtení apřeměna na elektronickou formu a zpracování a zesílení a opětnápřeměna na optickou formu pro přenos po telekomunikační lince. Výše uvedené operace by ve skutečnosti snižovaly přenoso-vou kapacitu telekomunikační linky, zejména pokud jde o rych-lost přenosu, která je podmíněna rychlostí zpracování přenáše-ného signálu v použitých elektronických přístrojích.

Naproti tomu v optickém zesilovači si signál stále zacho-vává optickou formu a tedy nepodléhá omezení rychlosti přenosunebo jiným nežádoucím vlivům. -7-

Tvto optické zesilovače umožňují dosáhnout zvláště dobrýchvlastností telekomunikační linky s ohledem na zisk a účinnost. V obr.2 je schematicky znázorněna struktura zesilovačes optickým vláknem. Liniové vlákno 2> kterým prochází přenášenýsignál o vlnové délce λ který musí být zesílen, je připojenok dichroickému vazebnímu členu 2> ve kterém je přenášený signálsloučen v jediném výstupním vláknu 8 s čerpacím signálem o vlno-vé délce Xp vyvíjeným zdrojem £ Čerpacího optického signálu, cožje laser. Aktivní optické vlákno 10 připojené k výstupnímu vlák-nu 8 dichroického vazebního členu 2 tvoří vlastní zesilovací pr-vek přenášeného signálu zavedeného opět do liniového vláknaaby byl přenesen na místo určení. K vytvoření aktivního optického vlákna 10 tvořícího zesi-lovací prvek sestavy je použito optické vlákno na bázi křemíku,jehož jádro je dopováno fluorescenční látkou, která v přítom-nosti optického čerpacího signálu o vlnové délce je schopnavyvíjet stimulovanou emisi koherentní se signálem na přenosové vlnové délce X , takže výstupní signál je velmi zesílen vzhle-s dero ke vstupnímu signálu.

Je známo, že v jakémkoli zesilovači je zisk G závislý naodrazivostech R^, P2 měřených na jeho koncích podle vztahu: G(dB) < - 1/2 [Rj/dB) + R2(dB)J , 1) kde odrazivosti R^, R2 jsou definovány jako: R(dB) = 10 In (Pr/Pt) kde je přenášený výkon a Pr je odražený výkon. Výše uvedené vztahy v podstatě udávají, že dosažení vyso-kých zisků v zesilovači je omezeno odrazovými charakteristikamina koncích zesilovače samého, nebo jinak, že k dosažení velkýchzisků zesílení je nutné mít vysoké odrazivosti R^ a R2·

Vskutku, jestliže jedna část světelného signálu přítomnéhozesilovači je odražena zpět k jeho konci, je tato část zesíle- na, částečně opět odražena u protilehlého konce a opět zavedenado zesilovače, přičemž cyklus se několikrát opakuje. Když tytoodrazy a zesílení dosáhnou celkově vysoké hodnoty, je možné do-sáhnout podmínku oscilací, která znemožňuje správnou činnostzesilověče a která vyžaduje snížení maximálního zisku zesíleník zamezení vzniku tohoto jevu. Přídavně k tomuto jevu zpětný odraz přenášeného signáluv zesilovači odrazivými prvky za zesilovačem, například liniovým -ε- vláknem 2> kdeje zmíněný odraz opět zesílen a dále odražen od-razovými prvky umístěnými před zesilovačem způsobuje střety me-zi přímými a odraženými signály označené jako interferometric-ký Sum.

Tento interferometrický šum je zvláště významný v případězesilovačů s aktivním vláknem, které mají délku zesilovacíhoprvku, to je vlákna, větší, než je délka odpovídající koheren-ční době laseru, který vyvinul signál. Za těchto podmínek seztrácí koherence mezi přímými a odraženými signály, odraženýsignál je přeložen vzhledem ke přímému signálu a když má dosta-tečnou intenzitu, působí rušivě na jakost přenosu.

Odrazy, které mohou nastat v zesilovači, mohou být způsobe-ny přítomností stykových povrchů na jeho koncích jako výsledekznámých odrazových jevů, avšak i bez přítomnosti těchto povrchů,·jako v případě zesilovačů s vláknem, kde zesilovací prvek sestá-vá z aktivního optického vlákna 10 přímo přivařeného k dichroic-kému vazebnímu členu 2 a k liniovému vláknu 2> rozptyl uvnitřliniového vlákna 2 před a za zesilovačem, známý jako Rayleigh-ův rozptyl, způsobuje odraz světelné energie.

Bylo zjištěno, že Rayleighův rozptyl, který nastává v ce-lém vláknu, vytváří odrazivost, jejíž hodnoty jsou asi -30 dB.

Další formy odrazu mohou vznikat když jsou přenášeny velkésvětelné výkony vlivem jevu známého jako Brillouinův rozptyl.

Podle předloženého vynálezu omezení maximálního zisku do-sažitelného v liniovém zesilovači vyplývající z výše popsanýchodrazových jevů může být vyloučeno uspořádáním optických izolá-torů 11 před a za optickým aktivním vláknem 10. Zejména je je-den optický izolátor 11a umístěn před dichroickým vazebním čle-nem 2, bezprostředně za liniovým vláknem 2 a úruhý optický izo-látor 11b je umístěn za aktivním optickým vláknem 10 před dal-ším úsekem liniového vlákna 2·

Optické izolátory Ha.11b jsou zařízení uzpůsobená k umož-nění jednosměrného průchodu světla. Pro účely předloženého vyná-lezu se žádá, aby optické izolátory lla. 11b byly typu nezávislé-ho na polarizací přenášeného signálu a aby měly izolační stupeňnejméně vyšší než 20 dB a aby měly nízkou odrazivost, alespoňnižší o 10 dB než je hodnota odrazivosti daná Rayleighovým roz-ptylem ve vláknu nekonečné délky a s výhodou nižší o alespoň 15dB než výše zmíněná hodnota. -9-

Ye skutečnosti bylo zjištěno, že přítomnost optických izo-látoru majících výše popsané charakteristiky zajištuje, že ak-tivní prvek zesilovače, to je dopované opticky aktivní vlákno IQmůže pracovat za podmínek, které jsou dostatečně vzdáleny odoněch podmínek, při kterých šumy vyplývající z odrazů rozličnéhopůvodu popsaných výše mohou vznikat v přítomnosti zisků zesíleníobvykle dosažitelných zesilovači s aktivním vláknem, které jsouasi 30 dB, kterážto hodnota v podstatě odpovídá absolutní hodno-tě odrazivosti dané Rayleighovým rozptylem ve vláknu nekonečnédélky. K dosažení vyšších zisků je nutná odpovídající nízká hodno-ta odrazivosti, kterážtí» odrazivost podle předloženého vynálezu v musí ve všech případech mít absolutní hodnotu vyšší alespoň o10 dB, s výhodou alespoň o 15 dB než očekávaný zisk zesilovače. Z výše uvedených skutečností plyne, že pro dosažení zisku40 dB se žádá, aby odrazivost směrem k aktivnímu optickémuvláknu 10 byla v každém vláknu k němu připojeném alespoň nižšínež -50 dB a s výhodou nižší než -55 dB pro přenosovou vlnovoudélku. Předepsané charakteristiky odrazivosti optických izolátorů11a,11b mohou být dosaženy známými prostředky, jako jsou více-vrstvé povlaky, povrchy, kterými prochází přenášený signál,šikmé ke směru postupu signálu apod. Tyto prostředky jsou obec-ně známé v oboru a proto nebudou dále popisovány.

Za účelem vyloučení šumů vznikajících odrazy, podle předlo-ženého vynálezu musí přívodní vlákno 12, které přenáší optickýčerpací signál do dichroického vazebního členu 7, a tedy i doopticky aktivního vlákna 10, mít omezenou odrazivost směremk optickému aktivnímu vláknu 10. Ve skutečnosti zlomek světel-ného výkonu přenosové vlnové délky, který postupuje zpět k di-chroickému vazebnímu členu 2, je vysílán v přívodním vláknu 12.protože dichroické vazební členy 2 obecně používané pro tentoúčel ve dvou svázaných větvích nemají absolutní oddělení mezioběma vlnovými délkami, pro které jsou dichroické vazební čle-ny 2 navrženy. Následkem tohoto nikoliv absolutního oddělení jenezanedbatelný podíl světelného výkonu o přenosové vlnové délcev rozsahu například několik procent přenesen vazbou do větvedichroického vazebního členu 2> která nese optický čerpací signál.

Jestliže tento zlomek světelného výkonu přenosové vlnovédélky je u konce přívodního vlákna 12, kde je toto připojeno -10- ke zdroji £ optického čerpacího signálu, odražen, je opět vy-slán přes dichroický vazební člen 2 do vnitřku aktivního optic-kého vlákna 10 a přispívá významně k výše popsaným jevům vyví-jejícím interferometrický šum.

Tudíž se žádá, aby přívodní vlákno 12 mělo hodnotu odrazi-vosti nižší o 10 dB, s výhodou o 15 dB, než je hodnota odpovída-jící Rayleighovu rozptylu v nekonečném vláknu bez dvojnásobkuhodnoty útlumu dané přestupem signálu přenosové vlnové délky vevětvi optického čerpacího signálu dichroického vazebního členu 2·

Jinými slovy, žádá se, aby u konce aktivního optickéhovlákna 10 připojeného k výstupnímu vláknu 8 byla odrazivost ja-kéhokoli vlákna k němu připojeného celkově nižší alespoň o 10dB, s výhodou o 15 dB, než odrazivost odpovídající Rayleighovurozptylu v nekonečném vláknu, nebo jejíž absolutní hodnota jevyšší než očekávaný zisk. Podobně musí být omezena odrazivostna druhém konci aktivního optického vlákna 10. Předepsané charakteristiky odrazivosti přívodního vlákna12 mohou být dosaženy opatřeními v oboru známými, napříkladvícevrstvými povlaky nebo šikmými povrchy. Zejména šikmý řezkoncového povrchu 13 přívodního vlákna 12 připojeného ke zdroji2 optického čerpacího signálu pod úhlem s výhodou v rozsahu od5° do 10° zajištuje odrazivost nižší než -15 dB, která, sečtenas útlumy vlivem průchodu dichroickým vazebním členem 2 o hodno-tě asi -20 dB například pro každý průchod, dává celkovou odra-zivost, viděno z konce optického aktivního vlákna 10, o {jo dno tě-55 dB, nižší asi o 15 dB než je odrazivost daná Rayleighovýmrozptylem asi -30 dB.

Odrazové jevy v přívodním vláknu 12 by mohly být také vy-loučeny umístěním optického izolátoru 11a za dichroický vazebníčlen 2 bezprostředně před aktivním optickým vláknem 10, jak jeznázorněno v obr.3. Toto řešení, které umožňuje použití proti-odrazového opatření na konci přívodního vlákna 12, může býtprovedeno v případě, když ztráta čerpacího výkonu, která nastá-vá při vynechání izolátoru, nepůsobí rušivě na dobrou činnostzesilovače. V případě výkonových zesilovačů zapojených přímo za lase-rem 4 přenášeného signálu, které jsou napájeny vstupném signá-lem majícím vysokou úroveň, vyšší, než takzvaná "saturační"úroveň, nad kterou výkon přenášeného signálu přicházejícího zezesilovače závisí pouze na přiváděném čerpacím výkonu a který -11- vysílá vysoký světelný výkon, například vyšší než 4 dBm, můžepřídavně k výše popsaným jevům vzniknout šumový jev daný odrazemvlivem Brillouinova rozptylu, při kterém světelný výkon vyslanýdo vlákna optické linky vystupující ze zesilovače vybudí vibracev atomech vlákna, které zvyšují vyvíjení odraženého signálu navlnové délce o něco kratší než je vlnová délka přímého signálu.

Tento odražený signál může způsobit střet s přímým přenoso-vým signálem, takže vznikne šum zhoršující jakost přenosu a při-čítající se ke dříve popsaným jevům. V telekomunikační lince schematicky znázorněné v obr.l jev sestavě 14 vysílání signálu uspořádán optický izolátor 1$bezprostředně za laserem 4 a tento optický izolátor 15 chránílaser 4 před odrazy, které by mohly poškodit jeho strukturu.

Podle vynálezu výkonový zesilovač 2, který je zapojen do sestavy14, je tedy nezávislý na přítomnosti optického izolátoru 11a najeho vstupu, jak je znázorněno v obr.4, protože funkce vyloučeníodrazů směrem k aktivnímu optickému vláknu zesilovače může býtv tomto případě prováděna již existujícím optickým izolátorem 15.

Ostatní části výkonového zesilovače znázorněného v obr.4jsou podobné, pokud jde o grafické znázornění, částem popsanýmpro liniové zesilovače a proto byly opatřeny stejnými vztahový-mi značkami.

Jako příklad byla sestrojena telekomunikační linka podleschématu znázorněného v obr.l. Jako laser £ přenášeného signálubyl použit přímo modulovaný DFB laser tradičního typu majícíemisní vlnovou délku 1535 nm. Přijímací stanice 2 sestávalaz přijímače pin/ΗΞΜΓ známého typu, za kterým následovaly neznázor-něné širokopásmové zesilovače.

Liniové optické vlákno 2. sestávalo z vláken s nízkým útlu-mem a posunutou dispersí a majících nulovou dispersi těsně upoužité přenosové vlnové délky. Celková délka linky byla 500 kms útlumem 60 dB.

Telekomunikační linka obsahovala dva liniové zesilovače 6a výkonový zesilovač 2· Tyto zesilovače byly vytvořeny jako ze-silovače s aktivním optickým vláknem 10 na bázi křemíku, dopo-vaným germaniem a erbiem. Zdroj 2 optického čerpacího signálubyl miniaturizovaný Nd-TAG laser se zdvojeným kmitočtem a čer-paný diodou. Liniové zesilovače měly strukturu znázorněnouv obr.2, výkonový zesilovač měl strukturu znázorněnou v obr.4. -12-

Liniové zesilovače měly celkový zisk každý 20 dE. Výkonovýzesilovač měl saturační výkon 9 dBm a vstupní výkon 0 dBm.

Optické izolátory 11 byly izolátory s řízením polarizacetypu nezávislého na polarizací přenášeného signálu a měly izolacivětší než 35 dB a odrazivost nižší než -50 dB. Izolátory tohotodruhu jsou na trhu dosažitelné a proto jejich struktura nebudedále popisována.

Konec 13 přívodního vlákna 12 připojený ke zdroji 2 optic-kého čerpacího signálu byl seříznut v úhlu 5°· Přenos docílený touto strukturou měl přijímaný výkon -20 dBa šum odpovídající -40 dBm.

Pro srovnání byl uskutečněn přenos s použitím stejné zku-šební struktury jak byla výše popsána, ve které byly použityna trhu dostupné optické izolátořy 11 mající odrazivost -30 dBodpovídající odrazivosti vlivem Rayleighova rozptylu ve vláknua uzpůsobené k zamezení vzniku oscilací za přítomnosti ziskuaž do 30 dB. Za těchto podmínek, ačkoliv nebyly přítomny žádnéoscilace, byl zjištěn šum mající intenzitu -50 dB dostatečnýk zamezení správného příjmu přenášeného signálu, kterýžto šumse pokládá za následek interferometrického šumu vyplývajícíhoz rayleighova rozptylu a z Brilloulnova rozptylu v zesilovačíchs aktivním optickým vláknem.

Pichroické vazební členy 2. jsou schematicky znázorněnyv obrázcích jako vazební členy se stavenými vlákny, jejichžužití je zvláště výhodné pro vytvoření zesilovačů s aktivnímoptickým vláknem. Nicméně je rovněž možno užit jiného typu di-chroických vazebních členů, například typu používaného v mikro-optice. Pro vazební členy se žádá, zvláště když nejsou typu sestavenými vlákny, odrazivost nižší než alespoň 10 dB než odra-zivost daná Rayleighovým rozptylem nebo o absolutní hodnotěvyšší než zisk zesílení pro který je zesilovač uvažován.

Je zřejmé, že je možno provést řadu obměn, aniž by sevybočilo z rámce myšlenky vynálezu.

Claims (20)

1. -13- kA> -D 2> Q PATENTOV N Á I. O ”0 30 > ° O < ocú «- z >m >Ό N< bo bO< to : rci :> cn oc

   1. Telekomunikační linka s optickým νΙέκΠϋίή, vβ'ΈτδΙ'δ’ SE1'1 lč^~~ ký signál přenáší z jednoho konce na druhý konec linky bez re-generací, a podél které je uspořádán alespoň jeden liniový ze-silovač opatřený aktivním optickým vláknem s jádrem dopovanýmfluorescenční látkou, vyznačující se tím, že všechna vlákna při-pojená k aktivnímu optickému vláknu (10) liniového zesilovačenebo příslušející ke každému liniovému zesilovači (6a,6b,6c) ma-jí prostředek pro omezení odrazu, jehož odrazivost, viděnoz čelního konce aktivního optického vlákna (10) je nižší ales-poň o 10 dB než odrazivost odpovídající Rayleighovu rozptylu vevláknu na přenosové vlnové délce. ψ.<?
2. 2. Telekomunikační linka podle bodu 1, vyznačující se tím, žeprostředek pro omezení odrazu působí odrazivosti vláken sbíha-jících se k aktivnímu optickému vláknu (10), které jsou rovnénebo nižší o 15 dB než odrazivost odpovídající Bayleighovu roz-ptylu ve vláknu na přenososvé vlnové délce.
3. 3. Telekomunikační linka podle bodu 1, vyznačující se tím, ževšechna vlákna připojená k aktivnímu optickému vláknu (10) ze-silovače nebo náležející ke každému liniovému zesilovači (6a, 6b,6c) jsou opatřena prostředkem pro omezení odrazu majícím od-razivost, viděno z čelního konce aktivního optického vlákna(10), jejíž absolutní hodnota je vyšší alespoň o 10 dB, s výho-dou o 15 dB než očekávaný zisk zesilovače.
4. 4. Telekomunikační linka podle bodu 1 nebo 3, vyznačující setím, že prostředek pro omezení odrazu zahrnuje optické izoláto-ry (11a,11b) řízení polarizace umístěné před a za aktivním op-tickým vláknem (10) zesilovače (6).
5. 5. Telekomunikační linka podle bodu 4, vyznačující se tím, žeoptické izolátory (11a,11b) jsou typu, který je necitlivý na po-larizaci přenášeného signálu.
6. 6. Telekomunikační linka podle bodu 1, vyznačující se tím, ževlákna připojená k aktivnímu optickému vláknu (10) liniovéhozesilovače (6) zbavená optických izolátorů mají protiodrazovépovlaky a šikmý řez povrchů, kterými prochází přenášený signálpro vznik odrazivosti na vlnové délce přenášeného signálu niž-ší alespoň o 10 dB, s výhodou o 15 dB, než je odrazivost odpo-vídající Raylieighovu rozptylu ve vláknu na přenosové vlnové d^lce. 3» -14-
7. 7. Telekomunikační linka podle bodu 3, vyznačující se tím, ževlákna připojená k aktivnímu optickému vláknu (10) liniovéhozesilovače (6) zbavená optických izolátorů mají protiodrazovýpovlak a/nebo šikmý řez konců (13), kterými prochází přenášenýsignál, pro vznik odrazivosti na vlnové délce přenášeného sig-nálu, jejíž absolutní hodnota je vyšší alespoň o 10 dB, s výho-dou o 15 dB, než očekávaný zisk zesilovače.
8. 8. Optický zesilovač pro telekomunikační linky s optickým vlák-nem typu obsahujícího aktivní optické vlákno mající jádro dopo-vané fluorescenční dopovací látkou připojené na koncích k optic-kým vláknům telekomunikační linky, ke které je aktivní optickévlákno také připojeno dichroickým vazebním členem, alespoň pří-vodní vlákno připojené ke zdroji optického Čerpacího signálu,vyznačující se tím, že všechna vlákna připojené k aktivnímu op-tickému vláknu (10) mají prostředek pro omezení odrazu způsobu-jící odrazivost, viděno z čelního konce aktivního optickéhovlákna (10), nižší alespoň o 10 dB než odrazivost odpovídajícíEayleighovu rozptylu ve vláknu na přenosové vlnové délce.
9. 9. Optický zesilovač podle bodu 8, vyznačující se tím, že pro-středek pro omezení odrazu způsobuje odrazivosti vláken sbíha-jících se k aktivnímu optickému vláknu (10), které jsou nižšíalespoň o 15 dB než odrazivost způsobená Bayleighovým rozptylemve vláknu.
10. 10. Optický zesilovač podle bodu 8, vyznačující se tím, ževšechna vlákna připojená k aktivnímu optickému vláknu (10) ma-jí prostředek pro omezení odrazu, který způsobuje odrazivost,viděno z čelního konce aktivního optického vlákna (10), jejížabsolutní hodnota je vyšší alespoň o 10 dB, s výhodou o 15 dB,než očekávaný zisk zesilovače.
11. 11. Optický zesilovač podle bodu 8, vyznačující se tím, že pro-středek pro omezení odrazu obsahuje optické izolátory (11a,11b)řízení polarizace umístěné před a za aktivním optickým vláknem(10).
12. 12. Optický zesilovač podle bodu 8, vyznačující se tím, že op-tické izolátory (11a,11b) jsou typu necitlivého na polarizacipřenášeného signálu. -15-
13. 13. Optický zesilovač podle bodu 11, vyznačující se tím, žekaždý optický izolátor (11a,11b) má odrazivost směrem k aktiv-nímu optickému vláknu (10) na vlnové délce přenášeného signálunižší o 10 dB, s výhodou o 15 dB, než je odrazivost daná Raylei-ghovým rozptylem v liniovém vléknu.
14. 14. Optický zesilovač podle bodu 11, vyznačující se tím, že kaž-dý optický izolátor (11a,11b) má odrazivost směrem k aktivnímuoptickému vláknu (10) na vlnové délce přenášeného signálu, jejížabsolutní hodnota je vyšší alespoň o 10 dB, s výhodou o 15 dB,než je očekávaný zisk zesilovače.
15. 15. Optický zesilovač podle bodu 8, vyznačující se tím, že pří-vodní vlákno (12) připojené ke zdroji (9) optického čerpacíhosignálu je zbaveno optických izolátorů a na svém konci (13) při-pojeném ke zdroji (9) optického čerpacího signálu je opatřenoprostředkem pro omezení odrazu obsahujícím protiodrazové povla-kové vrstvy a/nebo šikmý řez povrchů, kterými prochází přenáše-ný signál, přičemž prostředek pro omezení odrazu dává odrazi-vost, která je o 10 dB, s výhodou o 15 dB nižší než odrazivostvyplývající z Rayleighova rozptylu, při zahrnutí útlumů způso-bených průchodem přenášeného signálu a odraženého signálu va-zebním prostředkem.
16. 16. Optický zesilovač podle bodu 15, vyznačující se tím, žepřívodní vlákno (12) připojené ke zdroji (9) optického čerpací-ho signálu je zbaveno optických izolátorů (11a,11b) a na jehokonci připojeném ke zdroji (9) optického čerpacího signálu jeopatřeno prostředkem pro omezení odrazu obsahujícím protiodra-zové povlakové vrstvy a/nebo šikmý řez povrchů, kterými prochá-zí přenášený signál, přičemž tento prostředek pro omezení Odra- v zu dává odrazivost, jejíž absolutní hodnota je vyšší alespoň o10 d.B, s výhodou o 15 dB, než je očekávaný zisk zesilovače, vče-tně útlumu způsobeného průchodem přenášeného signálu a odražené-ho signálu vazebním prostředkem.
17. 17. Optický zesilovač podle bodu 15, vyznačující se tím, že ko-nec (13) přívodního vlákna (12) připojeného ke zdroji (9) optic-kého čerpacího signálu je uříznut v úhlu od 5° do 10° vzhledem k rovině kolmé k ose vlákna. 16-
18. 18. Optický zesilovač podle bodu 15, vyznačující se tím, ževlákno (12) připojené ke zdroji (9) optického čerpacího signá-lu je připojeno k aktivnímu optickému vláknu (10) dichroickýmvazebním členem (7), přičemž mezi aktivní optické vlákno (10)a liniové optické vlákno (3) jsou vloženy optické izolátory(11a,11b) na jeho jednom konci a mezi liniovým optickým vláknem(3) a dichroickým vazebním členem (7) bezprostředně u aktivníhooptického vlákna.. (10) na jeho druhém konci.
19. 19. Optický zesilovač podle bodu 15, vyznačující se tím, že pří-vodní vlákno (12) připojené ke zdroji (9) optického čerpacíhosignálu je připojeno k aktivnímu optickému vláknu (10) dichroic-kým vazebním členem (7) a optický izolátor (11a) je vložen meziaktivní optické vlákno (10) a dichroický vazební člen (7).
20. 20. Optický zesilovač podle bodu 8, vyznačující se tím, že kdyžvýkonové zesilovače (5) pracující s výkonovým přenášeným signá-lem vyšším než je saturační výkon zesilovače a připojené bez-prostředně k laseru (4) vysílajícímu přenášený signál a opatře-nému příslušným ochranným optickým izolátorem (15), je optickýizolátor (11b) umístěn pouze za aktivním optickým vláknem (10)ve směru přenosu přenášeného signálu. Zastupuje: