IT9020434A1 - Linea di telecomunicazione a fibre ottiche con amplificatori ottici a fibra attiva con ridotte riflessioni - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Il presente trovato si riferisce a una linea di telecomunicazione a fibre ottiche, dotata di amplificatori ottici a fibra attiva, in cui le riflessioni verso gli amplificatori stessi sono contenute sotto un valore prefissato.

E' noto che fibre ottiche aventi nucleo (core) drogato con particolari sostanze, ad esempio ioni di terre rare, presentano caratteristiche di emissione stimolata adatte all’impiego come amplificatori ottici .

Tali fibre infatti possono venire alimentate con un segnale di pompaggio ad una particolare lunghezza d'onda, la quelle è in grado di portare gli atomi della sostanza drogante in uno stato energetico eccitato, o banda di pompaggio, dal quale gli atomi stessi deceidono spontaneamente in tempi brevissimi ad uno stato di emissione laser, ove permangono per un tempo relativamente più lungo.

Quando una fibra avente un elevato numero di atomi allo stato eccitato nel livello di emissione è attraversata da un segnale luminoso avente la lunghezza d'onda corrispondente a tale stato di emissione laser, il segnale causa la transizione degli atomi eccitati ad un livello inferiore, con emissione luminosa avente la stessa lunghezza d' onda del segnale; pertanto una fibra di tal genere trova conveniente applicazione per realizzare amplificatori ottici per linee di telecomunicazione a fibre ottiche.

Per amplificatori ottici si intende amplificatori in cui il segnale ottico di trasmissione è amplificato come tale, restando in forma ottica, senza che sia richiesta una sua ricezione e trasformazione sotto altra forma, ad esempio elettronica, una amplificazione in tale forma ed una sua nuova conversione in forma ottica.

Per amplificatori ottici a fibra, detti nel seguito amplificatori a fibra ottica attiva, BÌ intendono amplificatori in cui l'elemento amplificante è costituito da un tratto di fibra ottica del tipo sopra descritto, di lunghezza prefissata, collegato in serie tra due tratti di fibra ottica di linea e dotato di relativi mezzi di alimentazione del segnale ottico di pompaggio.

Amplificatori di tale genere presentano particolari vantaggi per il loro impiego nelle linee di telecomunicazione, offrendo elevati guadagni, nel caso di impiego come amplificatori di linea, i quali guadagni possono essere portati fino al valore desiderato con una opportuna scelta della lunghezza della fibra attiva e/o del 3uo contenuto di drogante, ovvero, nel caso di impiego come amplificatori di potenza. offrendo un elevato rendimento di amplificazione.

Per gli amplificatori sono particolarmente pericolose le riflessioni del segnale che si manifestano agli estremi della fibra stessa.

Dai brevetti giapponesi 52-155901 e 63-219186 à noto che in un laser o amplificatore ottico a semiconduttore si manifesta il pericolo di instabilità e di insorgenza di oscillazioni dovute alle riflessioni all'estremità dell’amplificatore.

Allo scopo di eliminare tali riflessioni in tali documenti è genericamente previsto di applicare un isolatore ottico al laser semiconduttore, che impediscono alla luce riflessa dalle superfici di accoppiamento tra le fibre della linea e tali apparecchi di pervenire ai laser stessi.

In un amplificatore a fibra attiva non si hanno superfici di interfaccia tra fibre di linea ed amplificatore, poiché le fibre di linea sono direttamente saldate alla fibra attiva dell'amplificatore; pertanto i fenomeni di riflessione non sono in generale previsti.

Si è tuttavia scoperto che in un amplificatore a fibra attiva, in assenza di mezzi di limitazione delle riflessioni verso la fibra attiva stessa non è possibile raggiungere elevati guadagni di amplificazione, a causa del manifestarsi di rumore di tipo interferometrico, dovuto a battimenti tra il segnale diretto e segnali riflessi nelle stesse fibre di linea o comunque diretti verso la fibra attiva; la presenza di rumore interferometrico è scarsamente rilevante in un amplificatore a semiconduttore, che presenta ridotti guadagni e limitate dimensioni di costruzione, mentre diviene particolarmente importante in un amplificatore a fibra attiva, che può raggiungere guadagni molto elevati e possiede una lunghezza notevole della fibra attiva stessa, generalmente pari ad alcune decine di metri, assai superiore alla distanza di coerenza del laser di generazione del segnale .

In un amplificatore di tipo a fibra ad anima attiva sorge perciò il problema di proteggere la fibra attiva da tale fonte di rumore e di contenere ogni forma di riflessione verso la fibra attiva stessa al di sotto di valori critici tali da non compromettere la qualità della trasmissione, mantenendo elevati valori di guadagno di amplificazione.

Scopo del presente trovato è fornire una linea di telecomunicazione a fibra ottica, comprendente amplificatori ottici a fibra attiva, in cui gli amplificatori stessi siano protetti dagli inconvenienti dati dalle riflessioni.

E' oggetto del presente trovato una linea di telecomunicazione a fibre ottiche, comprendente una stazione di trasmissione ed una stazione di ricezione di un segnale ottico, collegate tra loro da una linea di fibre ottiche entro cui il segnale ottico di trasmissione è condotto dall'ima all'altra stazione, lungo la quale linea è presente almeno un amplificatore ottico a fibra, comprendente un tratto di fibra ottica attiva avente nucleo drogato con sostanze fluorescenti, caratterizzata dal fatto che tutte le fibre in collegamento con la fibra attiva dell'amplificatore o di ciascun amplificatore presentano mezzi di limitazione delle riflessioni, aventi una riflettività, vista dal capo della fibra attiva affacciato, inferiore di almeno 10 dB alla riflettività corrispondente alla diffusione di Raylelgh nella fibra alla lunghezza d'onda di trasmissione.

Preferibilmente la riflettività delle fibre convergenti verso la fibra attiva è uguale o inferiore di 15 dB alla riflettività corrispondente alla diffusione di Rayleigh nella fibra alla lunghezza d'onda di trasmissione.

Secondo una particolare forma di realizzazione, particolarmente per realizzare guadagni elevati di amplificazione, tutte le fibre in collegamento con la fibra attiva dell'amplificatore o di ciascun amplificatore presentano mezzi di limitazione delle riflessioni, aventi una riflettivi tà. vista dal capo della fibra attiva affacciato, il cui valore assoluto d superiore di almeno 10 dB e preferibilmente di almeno 15 dB, al guadagno previsto dell'amplificatore.

I mezzi di limitazione delle riflessioni comprendono isolatori ottici a controllo di polarizzazione, disposti a monte e a valle della fibra ottica attiva dell’amplificatore.

Oli isolatori ottici sono di tipo insensibile alla polarizzazione del segnale di trasmissione.

Le fibre in collegamento con la fibra attiva dell'amplificatore, prive di isolatori ottici, presentano rivestimenti antiriflesso e/o taglio obliquo della o delle superfici attraversate dal segnale di trasmissione, determinanti una riflettivi tà, alla lunghezza d'onda del segnale di trasmissione, inferiore di almeno 10 dB e preferibilmente di almeno 15 dB, alla riflettivi tà corrispondente alla diffusione di Rayleigh nella fibra alla lunghezza d'onda di trasmissione, o il cui valore assoluto à superiore di almeno 10 dB e preferibilmente di almeno 15 dB, al guadagno previsto dell'amplificatore.

Forma anche oggetto del presente trovato un amplificatore ottico per linee di telecomunicazione a fibre ottiche, del tipo a fibra attiva, comprendente una fibra ottica attiva con nucleo drogato con una sostanza fluorescente, collegata agli estremi alle fibre ottiche di una linea di telecomunicazione, alla quale fibra ottica attiva si collega inoltre, attraverso relativi mezzi di accoppiamento, almeno una fibra ottica in collegamento con una sorgente di un segnale ottico di pompaggio, caratterizzato dal fatto che tutte le fibre in collegamento con la fibra attiva presentano mezzi di limitazione delle riflessioni, aventi una ricettività, vista dal capo della fibra attiva affacciato, inferiore di almeno 10 dB e preferibilmente dio almeno 15 dB, alla ricettività corrispondente alla diffusione di Rayleigh nella fibra alla lunghezza d’onda di trasmissione, o il cui valore assoluto è superiore di almeno 10 dB e preferibilmente di almeno 15 dB, al guadagno previsto dell' amplificatore.

In tale amplificatore i mezzi di limitazione delle riflessioni comprendono isolatori ottici a controllo di polarizzazione , posti a monte e a valle della fibra ottica attiva; gli isolatori ottici sono di tipo insensibile alla polarizzazione.

Ciascun isolatore ottico presenta ricettività verso la fibra attiva, alla lunghezza d'onda del segnale di trasmissione, inferiore di 10 dB e preferibilmente di 15 dB alla ricettività data dalla diffusione di Rayleigh nella fibra di linea, o il cui valore assoluto è superiore di almeno 10 dB e preferibilmente di almeno 15 dB, al guadagno previsto dell'amplificatore.

La fibra collegata alla sorgente del segnale ottico di pompaggio è priva di isolatori ottici e presenta al suo estremo in collegamento con detta sorgente mezzi di limitazione delle riflessioni comprendenti strati di rivestimento antiriflesso e/o taglio obliquo della o delle superfici attraversate dal segnale di trasmissione, detti mezzi di limitazione delle riflessioni fornendo una riflettività inferiore di 10 dB e preferibilmente di 15 dB, a quella dovuta alla diffusione di Rayleigh, o il cui valore assoluto è superiore di almeno 10 dB e preferibilmente di almeno 15 dB , al guadagno previsto dell ' amplificatore, comprensiva delle attenuazioni dovute ai passaggi del segnale di trasmissione e del segnale riflesso attraverso i mezzi di accoppiamento.

L' estremità della fibra collegata alla sorgente del segnale di pompaggio è tagliata con un angolo compreso tra 5 e 10° rispetto al piano normale all' asse della fibra.

La fibra in collegamento alla sorgente del segnale ottico di pompaggio è collegata alla fibra attiva attraverso un accoppiatore dicroico e gli isolatori ottici sono interposti tra la fibra attiva e la fibra ottica di linea, ad un estremo, e tra la fibra di linea e l' accoppiatore ottico, immediatamente contiguo alla fibra attiva, all ' altro estremo della fibra attiva stessa; la fibra in collegamento alla sorgente del segnale ottico di pompaggio è collegata alla fibra attiva attraverso un accoppiatore dicroico e un isolatore ottico è interposto tra la fibra attiva e l'accoppiatore dicroico.

Nel caso di amplificatori di potenza, operanti con segnale di trasmissione di potenza superiore a quella di saturazione dell’ amplificatore e collegati in posizione contigua al laser di emissione del segnale di trasmissione, equipaggiato con un relativo isolatore ottico di protezione, un isolatore ottico è presente solo all'estremo a valle della fibra attiva nel senso di percorrenza del segnale di trasmissione.

Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione del trovato, con riferimento ai disegni allegati, in cui si mostra:

in figura 1 uno schema di una linea di telecomunicazione a fibre ottiche, dotata di amplificatori di potenza e di linea; in figura 2 uno schema strutturale di un amplificatore ottico di linea a fibra attiva secondo il trovato, in una forma di realizzazione preferita;

in figura 3 uno schema strutturale di un amplificatore ottico di linea a fibra attiva, in una forma di realizzazione alternativa;

in figura 4 uno schema strutturale di un amplificatore ottico di potenza a fibra attiva secondo il trovato.

Come mostra la figura 1, una linea di telecomunicazione a fibre ottiche in generale comprende una stazione di emissione 1, una stazione di ricezione 2, poste a grande distanza l'uno dall'altra, indicativamente centinaia o migliaia di chilometri; tra le due stazioni è interposta una fibra ottica 3· di adatte caratteristiche trasmissive, attraverso la quale il segnale à guidato dall'una all'altra stazione.

Per coprire la distanza complessiva desiderata tra le stazioni 1 e 2 occorre inizialmente inviare un segnale di sufficiente potenza e successivamente provvedere a compensare l'attenuazione del segnale lungo la fibra; pertanto la stazione di emissione comprende, immediatamente dopo il laser 4 di generazione del segnale ottico da trasmettere, un amplificatore di potenza 5 atto ad immettere nella linea un segnale di potenza superiore a quella raggiungibile o convenientemente generabile attraverso il laser 4; inoltre dopo un certo tratto di fibra, ad esempio di qualche centinaio di chilometri, è presente un primo amplificatore di linea 6a. genericamente rappresentato in figura, atto a riportare il segnale ad un livello sufficientemente elevato, seguito da ulteriori tratti di fibra e relativi amplificatori 6b, 6c, e cosi via sono quindi presenti, fino a coprire l'intera distanza assegnata.

Gli amplificatori 5· 6 possono essere convenientemente costituiti da amplificatori ottici; tali amplificatori risultano particolarmente adatti alle applicazioni indicate poiché in essi il segnale rimane in forma ottica e non è quindi richiesta una sua lettura e trasformazione in forma elettronica, una elaborazione ed amplificazione ed una nuova trasformazione in forma ottica per il rilancio nella linea.

Tali operazioni infatti limitano la potenzialità della linea, in particolare per quanto riguarda la velocità di trasmissione, che risulta condizionata dalla velocità di elaborazione delle apparecchiature elettroniche impiegate.

Al contrario, in un amplificatore di tipo ottico il segnale permane sempre in forma ottica e non è quindi soggetto a limitazioni di velocità di trasmissione e simili.

Inoltre è particolarmente conveniente impiegare amplificatori ottici del tipo a fibra ottica ad anima attiva.

Tali amplificatori infatti consentono di ottenere prestazioni particolarmente buone sia in termini di guadagno sia in termini di rendimenti .

La struttura di un amplificatore a fibra ottica è schematicamente illustrata in figura 2; la fibra di linea 3, in cui viaggia un segnale di trasmissione alla lunghezza d'onda che deve venire amplificato. è collegata ad un accoppiatore dicroico 7 nel quale il segnale di trasmissione è unito su una unica fibra uscente 8 con un segnale di pompaggio con lunghezza d'onda generato da un emettitore laser di pompaggio 9: una fibra attiva 10, collegata alla fibra 8 uscente dall'accoppiatore, costituisce l'elemento amplificatore del segnale, che viene quindi introdotto nuovamente nella fibra di linea 3 per proseguire verso la sua destinazione.

Per realizzare la fibra attiva 10. costituente l'elemento amplificatore del complesso è impiegata una fibra ottica in silice il cui nucleo è drogato con una sostanza fluorescente, la quale in presenza di energia luminosa di pompaggio alla lunghezza d'onda è in grado di generare una emissione stimolata, coerente con il segnale, alla lunghezza d'onda di trasmissione cosi che il segnale in uscita risulta fortemente amplificato rispetto al segnale in ingresso.

E' noto che in qualsiasi amplificatore il guadagno G è legato alle riflettività osservate ai suoi estremi dalla relazione :

in cui le ricettività sono definite come:

dove Pt. è la potenza trasmessa, mentre Pr è la potenza riflessa, Ciò significa, in sostanza, che il raggiungimento di elevati guadagni nell'amplificatore è limitato dalle caratteristiche di riflessione agli estremi dell'amplificatore stesso, ovvero che per ottenere elevati guadagni di amplificazione occorre avere basse riflettività

e R2·

Infatti se una parte di un segnale luminoso presente all'interno dell'amplificatore viene riflessa indietro alla sua estremità, essa viene amplificata, nuovamente riflessa in parte all'estremo opposto e introdotto ancora nell'amplificatore, ripetendo più volte il ciclo; quando tali riflessioni ed amplificazioni assumono globalmente un valore elevato si può giungere ad una condizione di oscillazione che rende impossibile il corretto funzionamento dell'amplificatore e ciò impone quindi di contenere il guadagno massimo di amplificazione per evitare il manifestarsi di tale fenomeno.

In aggiunta a tale fenomeno, la riflessione dello stesso segnale di trasmissione da parte di elementi riflettenti a valle dell'amplificatore, ad esempio la stessa fibra di linea, indietro entro l'amplificatore, ove viene nuovamente amplificata, e ulteriormente riflessa da elementi riflettenti a monte dell'amplificatore, provoca un fenomeno di battimento tra il segnale diretto ed il segnale riflesso, detto rumore interferometrico.

Tale rumore interferometrico assume particolare rilevanza nel caso di amplificatori a fibra attiva, i quali presentano una lunghezza dell’elemento amplificante, cioè la fibra, superiore ad una lunghezza corrispondente al tempo dì coerenza del laser che ha generato il segnale; in tali condizioni infatti, persa la coerenza tra segnale diretto e segnale riflesso, il segnale riflesso si trova ad essere sfasato rispetto al segnale diretto e, se possiede sufficiente intensità, risulta pregiudizievole per la qualità della trasmissione.

Le riflessioni che possono verificarsi entro l’amplificatore possono essere dovute alla presenza di superfici di interfaccia ai suoi estremi, a seguito dei ben noti fenomeni di rifrazione, ma anche in assenza di tali superfici, come nel caso di amplificatori in fibra, in cui l'elemento amplificatore è costituito dalla fibra attiva 10, direttamente saldata all'accoppiatore 7 ed alle fibre di linea, la stessa diffusione interna alla fibra di linea, a monte ed a valle dell'amplificatore, (nota come diffusione, o "scattering", di Rayleigh} produce una riflessione della potenza luminosa.

E' stato osservato, infatti, che la diffusione di Rayleigh, che si manifesta in tutta la fibra, produce una riflettività il cui valore è di circa - 30 dB.

Ulteriori forme di riflessione si possono avere, in presenza di forti potenze luminose trasmesse, a causa del fenomeno noto come diffusione (o"scattering") di Brillouin.

Secondo il presente trovato, le limitazioni al guadagno massimo realizzabile in un amplificatore di linea date dai fenomeni di riflessione sopra descritti, possono essere eliminate predisponendo, a monte e a valle della fibra amplificatrice. isolatori ottici 11; in particolare, un isolatore ottico 11a è posto a monte dell'accoppiatore 7.

subito dopo la fibra di linea 3 ed un isolatore ottico 11b è posto a valle della fibra 10, prima del successivo tratto di fibra di linea 3· Gli isolatori ottici sono apparecchiature atte a consentire il passaggio unidirezionale della luce; ai fini della presente invenzione si richiede che gli isolatori ottici siano di tipo indipendente dalla polarizzazione del segnale di trasmissione, abbiano un grado di isolamento almeno superiore a 20 dB e che presentino una bassa riflettività, inferiore almeno di 10 dB al valore di riflettività dato dalla diffusione di Rayleigh in una fibra di lunghezza infinita e preferibilmente inferiore di almeno 15 dB a tale valore.

Si è infatti trovato che la presenza di isolatori con tali caratteristiche assicura che l'elemento attivo dell'amplificatore, cioè la fibra drogata, si trovi ad operare in condizioni sufficientemente lontane da quelle in cui i disturbi dati dalle riflessioni di varia natura sopra descritte si possono manifestare, in presenza dei guadagni di amplificazione usualmente realizzabili con gli amplificatori in fibra, che sono intorno ai 30 dB, valore sostanzialmente corrispondente al valore assoluto della riflettività data dalla diffusione di Rayleigh in una fibra di lunghezza infinita.

Per la realizzazione di guadagni superiori si richiede un corrispondentemente basso valore di riflettività, che deve essere in tale caso, secondo il trovato, una riflettività il cui valore assoluto è superiore di almeno 10 dB, e preferibilmente di 15 dB, al guadagno previsto per l'amplificatore.

Ciò significa che, ad esempio, per realizzare un guadagno di 40 dB si richiede che la riflettività verso la fibra attiva, in ciascuna fibra collegata alla fibra attiva stessa, sia inferiore almeno a -50 dB e preferibilmente inferiore a -55 dB per la lunghezza d'onda di trasmissione.

Le prescritte caratteristiche di riflettività degli isolatori sono ottenibili con mezzi noti, come rivestimenti multistrato, superfici attraversate dal segnale di trasmissione oblique rispetto alla direzione di propagazione del segnale stesso e simili; tali mezzi sono in generale ben noti nel campo e pertanto non ulteriormente descritti.

Al fine di evitare disturbi dati dalle riflessioni, in aggiunta, secondo la presente invenzione anche la fibra 12, che trasmette la potenza luminosa di pompaggio all'accoppiatore 7 e quindi alla fibra attiva 10, deve possedere una limitata riflettività verso la fibra attiva stessa; infatti una frazione di potenza luminosa alla lunghezza d'onda di trasmissione, che si propaga indietro verso l'accoppiatore 7. è inviata entro la fibra 12, dato che gli accoppiatori comunemente impiegabili per lo scopo presentano nei due rami accoppiati una separazione non assoluta tra le due lunghezze d’onda per cui gli accoppiatori stessi sono previsti, tale che una percentuale non trascurabile di potenza luminosa alla lunghezza d'onda di trasmissione, ad esempio dell'ordine di qualche percento, si accoppia sul ramo dell'accoppiatore recante la potenza di pompaggio.

Se tale frazione di luce alla lunghezza d'onda di trasmissione trova, all'estremità della fibra 12, ove essa d otticamente collegata con il laser di pompaggio 9· una riflessione, essa sarà nuovamente inviata, attraverso l'accoppiatore 7. entro la fibra attiva, contribuendo quindi anch’essa ai fenomeni di generazione di rumore interferometrico sopra descrìtti.

Pertanto per la fibra 12 è richiesto un valore di riflettività inferiore di 10 dB, e preferibilmente 15 dB, al valore corrispondente alla diffusione di Rayleigh in una fibra infinita, meno due volte il valore di attenuazione dato dal passaggio della lunghezza d'onda di trasmissione nel ramo di pompaggio dell'accoppiatore.

In alti termini si richiede che. al capo della fibra attiva 10 collegato alla fibra 8, la riflettività, su qualunque fibra ad essa convergente, sia complessivamente inferiore di almeno 10 dB, e preferibilmente di 15 dB, a quella corrispondente alla diffusione di Rayleigh in una fibra infinita (o corrispondentemente il cui valore assoluto è superiore al guadagno previsto); analogamente deve essere limitata la riflettività all'opposto estremo della fibra 10.

Le caratteristiche prescritte di riflettività della fibra 12 possono essere ottenute con accorgimenti noti nel campo, come rivestimenti multistrato o superfici oblique; in particolare il taglio obliquo della superficie terminale 13 della fibra 12 in accoppiamento con il laser 9, con un angolo preferibilmente compreso tra 5 e 10°, assicura una riflettività inferiore a -15 dB, che sommata alle attenuazioni dovute al passaggio attraverso l’accoppiatore 7, ad esempio di circa -20 dB per ciascun passaggio, danno una riflettività complessiva, vista dall'estremo della fibra 10, di -55 dB, inferiore di circa 15 dB alla riflettività data dalla diffusione di Rayleigh (* -30 dB).

I fenomeni di riflessione nella fibra 12 potrebbero anche essere eliminati disponendo l'isolatore ottico Ila a valle dell'accoppiatore 7. immediatamente prima della fibra attiva, come illustrato in figura 3; tale soluzione, che consente di evitare l'impiego di accorgimenti antiriflessione all'estremità della fibra 12, può essere adottata nel caso che non sia pregiudizievole per il buon funzionamento dell'amplificatore la perdita di potenza di pompaggio che si verifica nell'attraversamento dell'isolatore.

Nel caso di amplificatori di potenza, direttamente collegati a valle del laser di trasmissione 4, i quali sono alimentati con un segnale in ingresso di elevato livello, superiore ad un livello detto "di saturazione" al di sopra del quale la potenza del segnale di trasmissione in uscita dall'amplificatore dipende solo dalla potenza di pompaggio alimentata, e che emettono una potenza luminosa elevata (ad esempio superiore a 4 dBm), in aggiunta ai fenomeni in precedenza descrìtti, si può manifestare l'effetto del rumore dato dalla riflessione dovuta alla diffusione di Brillouin, in cui la potenza luminosa immessa nella fibra ottica di linea in uscita dall'amplificatore eccita vibrazioni degli atomi della fibra stessa, le quali a loro volta causano la generazione di un segnale riflesso di lunghezza d'onda lievemente inferiore a quella del segnale diretto.

Tale segnale riflesso può generare un battimento con il segnale diretto di trasmissione, dando così origine ad un rumore che disturba la qualità della trasmissione, aggiungendosi ai fenomeni in precedenza descritti.

In una linea per telecomunicazioni, come illustrato schematicamente in figura 1, il complesso di emissione del segnale, globalmente indicato con 14 in figura, prevede, immediatamente dopo il laser 4, la presenza di un isolatore ottico 15, avente la funzione di proteggere il laser stesso da riflessioni che potrebbero produrre danneggiamenti nella sua struttura; secondo il trovato un amplificatore di potenza 5, il quale è contiguo al gruppo 14, può quindi prescindere dalla presenza di un isolatore ottico 11a al suo ingresso, come illustra la figura 4. poiché la funzione di eliminazione delle riflessioni verso la fibra attiva dell'amplificatore può essere affidata, in tale caso, all'isolatore 15. già esistente.

Le parti restanti dell'amplificatore di potenza illustrato in figura 4 sono analoghe, dal punto di vista della rappresentazione grafica, a quanto descritto per gli amplificatori di linea e sono perciò state designate con gli stessi riferimenti numerici.

A titolo di esempio una linea di telecomunicazioni è stata realizzata secondo lo schema rappresentato in figura 1, impiegando come laser di trasmissione 4 un laser DFB, di tipo convenzionale direttamente modulato, avente lunghezza d'onda di emissione di 1536 nm; la stazione di ricezione 2 era costituita da un ricevitore di tipo pin/HEMT, di tipo noto, seguito da amplificatori a larga banda, non illustrati.

La linea 3 era costituita da fibre a dispersione corretta, a bassa attenuazione, aventi dispersione nulla in prossimità della lunghezza d'onda di trasmissione usata; la lunghezza complessiva di linea era di 300 km , cui corrispondeva una attenuazione di 60 dB.

La linea comprendeva due amplificatori ottici di linea 6 ed un amplificatore di potenza 5: tali amplificatori erano amplificatori a fibra attiva e comprendevano una fibra attiva 10 in silice, drogata con Germanio ed Erbio, pompata con un laser 9 costituito da un laser Nd-YAG miniaturizzato, raddoppiato in frequenza, pompato da diodo; gli amplificatori di linea avevano la struttura illustrata in figura 2 e l’amplificatore di potenza la struttura illustrata in figura 4.

Gli amplificatori di linea avevano ciascuno un guadagno complessivo di 20 dB.

L'amplificatore di potenza aveva potenza di saturazione pari a 9 dBm con potenza in ingresso di 0 dBm.

Gli isolatori ottici 11 erano isolatori a controllo di polarizzazione, di tipo indipendente dalla polarizzazione del segnale di trasmissione, con isolamento maggiore di 35 dB e riflettività inferiore a -50 dB; isolatori di tal genere sono di tipo commerciale e la loro struttura non è pertanto ulteriormente descritta.

L'estremità 13 della fibra 12 collegata al laser di pompaggio è stata tagliata con un angolo di 5°·

Con tale struttura si è ottenuta una trasmissione con una potenza ricevuta di -20 dBm ed un rumore corrispondente di -40 dBm.

Per confronto, è stata realizzata una trasmissione con la stessa struttura di prova sopra descritta, in cui sono stati impiegati isolatori ottici 11, di tipo commerciale, aventi riflettività pari a -30 dB (corrispondente alla riflettività dovuta alla diffusione di Rayleigh nella fibra e tali da evitare l'insorgere di oscillazione in presenza di un guadagno fino a 30 dB); in tali condizioni pur non avendosi oscillazioni, si è osservato un rumore di intensità -30 dBm, tale da precludere la corretta ricezione della trasmissione, che si ritiene dovuto all'effetto del rumore interferometrico dato dalla diffusione di Rayleigh e dalla diffusione di Brlllouin entro gli amplificatori a fibra attiva.

Gli accoppiatori ottici 7 sono schematicamente rappresentati nelle figure come accoppiatori a fibre fuse, il cui impiego è particolarmente conveniente per la realizzazione di amplificatori a fibra attiva; tuttavia è possibile anche impiegare altri tipi di accoppiatori ottici, ad esempio di tipo in microottica; anche per gli accoppiatori, particolarmente nel caso in cui essi non siano del tipo a fibre fuse, si richiede una riflettività inferiore almeno di 10 dB alla riflettività data dalla diffusione di Rayleigh, o con valore assoluto superiore al guadagno di amplificazione per cui l'amplificatore d previsto.

Molteplici varianti potranno essere introdotte, senza uscire dall'ambito del presente trovato nelle sue caratteristiche generali.

Claims (20)

1. RIVENDICAZIONI 1) Linea di telecomunicazione a fibre ottiche, comprendente una stazione di trasmissione ed una stazione di ricezione di un segnale ottico, collegate tra loro da una linea di fibre ottiche entro cui il segnale ottico di trasmissione è condotto dall'una all'altra stazione, lungo la quale linea è presente almeno un amplificatore ottico a fibra, comprendente un tratto di fibra ottica attiva avente nucleo drogato con sostanze fluorescenti, caratterizzata dal fatto che tutte le fibre in collegamento con la fibra attiva dell'amplificatore o di ciascun amplificatore presentano mezzi di limitazione delle riflessioni, aventi una ricettività, vista dal capo della fibra attiva affacciato, inferiore di almeno 10 dB alla riflettività corrispondente alla diffusione di Rayleigh nella fibra alla lunghezza d'onda di trasmissione.
2. 2) Linea di telecomunicazione a fibre ottiche, secondo la rivendicazione 1. caratterizzata dal fatto che la ricettività delle fibre convergenti verso la fibra attiva è uguale o inferiore di 15 dB alla ricettività corrispondente alla diffusione di Rayleigh nella fibra alla lunghezza d'onda di trasmissione.
3. 3) Linea di telecomunicazione a fibre ottiche, secondo la rivendicazione 1. caratterizzata dal fatto che tutte le fibre in collegamento con la fibra attiva dell'amplificatore o di ciascun amplificatore presentano mezzi di limitazione delle riflessioni, aventi una ricettività, vista dal capo della fibra attiva affacciato, il cui valore assoluto è superiore di almeno 10 dB e preferibilmente di almeno 15 dB, al guadagno previsto dell'amplificatore.
4. 4) Linea di telecomunicazione a fibre ottiche, secondo la rivendicazione 1 o 3 caratterizzata dal fatto che i mezzi di limitazione delle riflessioni comprendono isolatori ottici a controllo di polarizzazione, disposti a monte e a valle della fibra ottica attiva dell'amplificatore.
5. 5) Linea di telecomunicazione a fibre ottiche, secondo la rivendicazione 4. caratterizzata dal fatto che gli isolatori ottici sono di tipo insensibile alla polarizzazione del segnale di trasmissione.
6. 6) Linea di telecomunicazione a fibre ottiche, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che le fibre in collegamento con la fibra attiva dell’amplificatore, prive di isolatori ottici, presentano rivestimenti antiriflesso e/o taglio obliquo della o delle superfici attraversate dal segnale di trasmissione, determinanti una riflettività, alla lunghezza d'onda del segnale di trasmissione, inferiore di almeno 10 dB e preferibilmente di almeno 15 dB, alla riflettività corrispondente alla diffusione di Rayleigh nella fibra alla lunghezza d'onda di trasmissione.
7. 7) Linea di telecomunicazione a fibre ottiche, secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che le fibre in collegamento con la fibra attiva dell'amplificatore, prive di isolatori ottici, presentano rivestimenti antiriflesso e/o taglio obliquo della o delle superfici attraversate dal segnale di trasmissione, determinanti una riflettività, alla lunghezza d'onda del segnale di trasmissione, il cui valore assoluto è superiore di almeno 10 dB e preferibilmente di almeno 15 dB, al guadagno previsto dell'amplificatore.
8. 8) Amplificatore ottico per linee di telecomunicazione a fibre ottiche, del tipo a fibra attiva, comprendente una fibra ottica attiva con nucleo drogato con una sostanza fluorescente, collegata agli estremi alle fibre ottiche di una linea di telecomunicazione, alla quale fibra ottica attiva si collega inoltre, attraverso relativi mezzi di accoppiamento, almeno una fibra ottica in collegamento con una sorgente di un segnale attico di pompaggio, caratterizzato dal fatto che tutte le fibre in collegamento con la fibra attiva presentano mezzi di limitazione delle riflessioni, aventi una rlflettività, vista dal capo della fibra attiva affacciato, inferiore di almeno 10 dB alla rlflettività corrispondente alla diffusione di Rayleigh nella fibra alla lunghezza d'onda di trasmissione.
9. 9) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che la rlflettività verso la fibra attiva è inferiore di almeno 15 dB alla rlflettività dovuta alla diffusione di Rayleigh nella fibra.
10. 10) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 8. caratterizzato dal fatto che tutte le fibre in collegamento con la fibra attiva presentano mezzi di limitazione delle riflessioni, aventi una rlflettività, vista dal capo della fibra attiva affacciato, il cui valore assoluto è superiore di almeno 10 dB e preferibilmente di almeno 15 dB, al guadagno previsto dell'amplificatore.
11. 11) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che i mezzi di limitazione delle riflessioni comprendono isolatori ottici a controllo di polarizzazione, posti a monte e a valle della fibra ottica attiva.
12. 12) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che gli isolatori ottici sono di tipo insensibile alla polarizzazione del segnale di trasmissione.
13. 13) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che ciascun isolatore ottico presenta ricettività verso la fibra attiva, alla lunghezza d'onda del segnale di trasmissione, inferiore di 10 dB e preferibilmente di 15 dB alla ricettività data dalla diffusione di Rayleigh nella fibra di linea.
14. 14) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che ciascun isolatore ottico presenta ricettività verso la fibra attiva, alla lunghezza d'onda del segnale di trasmissione, il cui valore assoluto è superiore di almeno 10 dB e preferibilmente di almeno 15 dB, al guadagno previsto dell' amplificatore.
15. 15) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che la fibra collegata alla sorgente del segnale ottico di pompaggio è priva di isolatori ottici e presenta al suo estremo in collegamento con detta sorgente mezzi di limitazione delle riflessioni comprendenti strati di rivestimento antiriflesso e/o taglio obliquo della o delle superfici attraversate dal segnale di trasmissione, detti mezzi di limitazione delle riflessioni fornendo una ricettività inferiore di 10 dB e preferibilmente di 15 dB, a quella dovuta alla diffusione di Rayleigh , comprensiva delle attenuazioni dovute al passaggi del segnale di trasmissione e del segnale riflesso attraverso i mezzi di accoppiamento.
16. 16) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che la fibra collegata alla sorgente del segnale ottico di pompaggio è priva di isolatori ottici e presenta al suo estremo in collegamento con detta sorgente mezzi di limitazione delle riflessioni comprendenti strati antiriflesso e/o superfici oblique di taglio della fibra, detti mezzi di limitazione delle riflessioni fornendo una riflettivi tà il cui valore assoluto è superiore di almeno 10 dB e preferibilmente di almeno 15 dB, al guadagno previsto dell'amplificatore, comprensiva delle attenuazioni dovute ai passaggi del segnale di trasmissione e del segnale riflesso attraverso i mezzi di accoppiamento.
17. 17) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 15 caratterizzato dal fatto che l'estremità della fibra collegata alla sorgente del segnale di pompaggio è tagliata con un angolo compreso tra 5 e 10° rispetto al piano normale all'asse della fibra.
18. 18) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 15 caratterizzato dal fatto che la fibra in collegamento alla sorgente del segnale ottico di pompaggio è collegata alla fibra attiva attraverso un accoppiatore dicroico e gli isolatori ottici sono interposti tra la fibra attiva e la fibra ottica di linea, ad un estremo, e tra la fibra di linea e l'accoppiatore ottico, immediatamente contiguo alla fibra attiva. all'altro estremo della fibra attiva stessa.
19. 19) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che la fibra in collegamento alla sorgente del segnale ottico di pompaggio d collegata alla fibra attiva attraverso un accoppiatore dicroico e un isolatore ottico è interposto tra la fibra attiva e l'accoppiatore dicroico.
20. 20) Amplificatore ottico secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che nel caso di amplificatori di potenza, operanti con segnale di trasmissione di potenza superiore a quella di saturazione dell'amplificatore e collegati in posizione contigua al laser di emissione del segnale di trasmissione, equipaggiato con un relativo isolatore ottico di protezione, un isolatore ottico è presente solo all'estremo a valle della fibra attiva nel senso di percorrenza del segnale di trasmissione.