PT94717A - Unidade para amplificacao de sinais luminosos em linhas de transmissao por fibra optica - Google Patents

Description

MEMÓRIA DESCRITIVA

DA

PATENTE DE INVENÇÃO

NS f íT NOME: SOCIETÃ CAVI PIRELLI S.p.A. EPÍGRAFE: "UNIDADE PARA AMPLIFICAÇÃO DE SINAIS LUMINOSOS EM LINHAS DE TRANSMISSÍO POR FIBRA ÕPTICA" INVENTORES: Giorgio Grasso ; Alcb Righetti

Reivindicação do direito de prioridade ao abrigo do artigo 42 da Convenção da União de Paris de 20 de Março de 1883. 1989/07/17: ΓΓ; NS. 21207 A/89 V t* , iUU- Case: P.594

5 10 15

Mod. 71 -10000 ex. -89/07 25 30 0 presente invento refere-se a uma unidade para amplificação de sinais luminosos em linhas de transmissão por fibras ópticas do tipo que compreende um amplificador de fibra óptica instalado de forma a estar ligado, em utilização, a pelo menos uma linha de fibra óptica de entrada, através da qual os sinais luminosos são transmitidos para o amplificador e pelo menos uma linha de fibra óptica de saída, na qual os sinais luminosos amplificados pelo referido amplificador de fibra óptica são introduzidos. Conforme é conhecido, nas telecomunicações por meio de fibras ópticas, devido às inevitáveis perdas de luz que ocorrem no interior da fibra óptica, tem lugar uma atenua ção gradual do sinal, sempre ao longo do trajecto das fibras ópticas. Por esta razão, quando têm de ser transmitidos sinais a longa distância, é necessário utilizarem-se uma ou mais unidades amplificadoras, que são interpostas ao longo do trajecto das fibras ópticas, de acordo com intervalos de com* primento preestabelecido. Um tipo de unidade amplificadora que se encontra presentemènte muito espalhado, proporciona fundamentalmen te a utilização de um amplificador de fibra óptica que, em funcionamento, se encontra ligado às fibras ópticas, de forma a definir, ao longo do trajecto destas últimas, uma linha de entrada através da qual os sinais luminosos são transmitidos ao próprio amplificador, assim como uma linha de saída, através da qual os sinais luminosos amplificados são transmitidos em direcção a um receptor óptico. No estado actual da técnica, a utilização desses amplificadores de fibra óptica dá origem a alguns inconve 35 62.480 Case: P.594 1 nientes, principalmente derivados do facto de o amplificador ser alcançado, não só e exclusivamente pelo sinal útil a ser amplificado, mas também por diferentes sinais de ruído que são consequentemente amplificados e reintroduzidos na linha 5 ie saída.

Verifica-se que um certo número desses sinais ie ruído, vem da linha de saída e é causado por fenómenos de iifusão luminosa que surgem inevitavelmente no interior das fibras ópticas. 10 Uma parte da luz que é difundida para trás vol ta aos amplificadores e por isso ê de novo amplificada na li-lha de saída.

Além disso deve considerar-se que o amplificado:: ievido à sua natureza intriseca, emite uma certa quantidade 15 ie sinais de ruído que são introduzidos, tanto na linha de en·· :rada como na linha de saída.

Devido aos fenómenos de difusão acima referidos estes sinais de ruído regressam parcialmente ao amplificador, uisturando-se com os sinais úteis que realmente se desejam 20 :ransmitir. 25 30

Como pode entender-se do acima exposto, a entrada de sinais de ruído no amplificador determina interferências e fenómenos de batimento que, para valores suficientemente elevados (>15 dB) de ganho do amplificador, originam um "ruído interferométrico" de uma amplitude maior do que a do ruído conhecido produzido pelo amplificador. 0 que acima se refere transforma-se numa redução indesejada do rácio entre o sinal útil e o ruído para a l.nha, vindo do próprio amplificador, esta redução no rácio sinal /ruído tende a aumentar com o aumento do ganho do amplificador de fibras ópticas, bem como pelo aumento do número de amplificadores instalados ao longo do trajecto das fibras.

Nesta situação encontram-se grandes dificuldades para se ter um sinal útil suficientemente clero, quando atin-pe um erceptor colocado a grande distância da própria fonte 2 35 1 5 10 15 20 25 30 62.^ΕΌ " Case: ρ.594 ftjiwp·

? do sinal. A partir das patente Japonesas 52-155901 e 63-219186 e de "ELECTRONICS LETTERS", vol. 24, n2.l, 7 de Janeiro de 1988, páginas 36-38, sabe-se que um amplificador laser ou semicondutor óptico, existe o risco de instabilidade e de surgirem oscilações, devido às reflexões nas extremidades do amplificador. Nas patente e artigo acima reefridos, a fim de se eliminarem essas reflexões, é genericamente ensinado a acoplar-se um isolador óptico ao semicondutor laser, o qual evita que a luz reflectida pelas superfícies de acoplamento entre as fibras das linhas e esses dispositivos, alcancem os próprios lasers. Num amplificador de fibra activa não se encontram presentes quaisquer quperficies de interface entre as fibras da linha e o amplificador, porque as fibras da linha estão directamente soldadas à fibra activa do amplificador; por essa razão os fenómenos de reflexão não são geralmente esperados. Verificou-se, no entanto, que num amplificador de fibra activa, na ausência de meios limitadores da refleçãc em direcção à fibra activa, é impossível alcançar um elevado ganho de amplificação devido à ocorrência de ruído do tipo interfenómétrico em resultado de batimentos entre o sinal directo e os sinais reflectidos nas próprias fibras da linha e em todos os casos na direcção da fibra activa; a presença de ruídos interferométricos é de pouca importância num amplificador semicondutor que tenha baixos ganhos e uma construção de pesuenas dimensões, enquanto se torna particularmente importante num amplificador de fibra activa capaz de atingir ganhos muito elevados e tendo uma fibra activa com um comprimento importante, geralmente na casa das várias dezenas de metros, muito maior do que a distância de coerência do laser gerador do sinal. Num amplificador de fibra óptica, levanta-se por isso o problema de se proteger a fibra amplificadora con- 3 35 1 5 10 15 20 25 30 62.480•Case: P.594 17 JUL1990

tra tais fontes de ruído e manter a reflexão na direcção da própria fibra activa, abaixo dos valores criticos, de forma a não colocar em perigo a qualidade da transmissão, ao mesmo tempo que se mantém elevados valores no ganho de amplificação. 0 principal objecto do presente invento é subs-tancialmente o de resolver estes problemas da técnica conhecida, por meio da realização de uma unidade amplificadora formada de tal maneira que evita consideravelmente a entrada de sinais de ruído no amplificador de fibra óptica. Este e outros objectivos que se tornarão mais aparentes na presente descrição, são substancialmente conseguidos por meio de uma unidade para amplificação de sinais luminosos em linhas de transmissão por fibras ópticas, carac-terizada pelo facto de compreender primeiros meios de selec-ção unidireccional interpostos entre o reefrido amplificador e a linha de saída por fibra óptica, para evitar a transmissão de sinais ópticos de ruído da referida linha de saída para o amplificador e segundos meios para selecção unidireccional entre o amplificador e a linha de entrada, para evitar a transmissão de sinais de ruído do amplificador para a referida linha de enrtada. Outras características e vantagens serão melhor identificadas a partir da descrição pormenorizada de uma forma de realização preferida, mas não exclusiva, de uma unidade para a amplificação de sinais luminosos em linhas de tranj^ missão por meio de fibras ópticas, de acordo com o presente invento. A referida descrição será feita , daqui em diante, com referência à folha de desenhos anexa, fornecida apenas a titulo de exemplo não limitativo, que na sua figura única apresenta um diagrama de blocos da unidade amplificadora que constitui o objecto do presente invento, instalada para funcionar ao longo de uma linha de transmissão de fibra óptica. Com referência à figura citada, o numeral de referência 1 indica, no seu conjunto, uma uniadde para amplificação de sinais luminosos em linhas de transmissão por fi- /. 35 1 # 15

Mod. 71-10000 ex. 89/07 20 25 30 U L· · 4LMJ- Case: P.594

bras opticas, de acordo com o invento. A unidade amplificadora 1 compreende, convencionalmente, um amplificador de fibra óptica 2, instalado de forma a estar ligado, em utilização, a pelo menos uma linha de fibras ópti cas de entrada 3, através da qual os sinais luminosos emitidos, por exemplo, por um transmissor óptico 4 ou, alternativamente, vindos de uma unidade amplificadora semelhante à mostrada e colocada a montante daquela, são transmitidos. 0 amplificador 2 está também ligado a uma linha de fibras ópticas de saída 5, na qual o sinal amplificado tem de ser introduzido, sendo enviado, através da linha de saída, para um receptor óptico 6 ou, alternativamente, para outra unidade de amplificação semelhante à representada. De acordo com o presente invento, a unidade ampli ficadora 1 compreende também primeiros meios 7 para uma se-lecção unidireccional, interpostos entre o amplificador de fibra óptica 2 e a linha de fibras ópticas de saída 5, para evitar a transmissão de sinais ópticos de ruido vindos da linha de saida 6. Para além disso, segundos meios 8 para uma selecção unidireccional estão interpostos entre o amplificador de fibra óptica 2 e a entrada 3, para evitar a trans missão de uma conhecida, igualmente os seus sinais de ruido, os quais tendem a ser introduzidos sinais de ruido, do ampli ficador para a linha de entrada. De preferência, os meios 7, 8 para uma selecção unidireccional compreendem pelo menos um primeiro isolador óptico e pelo menos um segundo isolador óptico, respectiva-mente, tendo ambos os isoladores uma baixa reflectividade Proprorciona-se que a reflectividade desses isoladores ópti-cos7,8, conhecida por si, seja inferior em pelo menos lOdB, relativamente à reflectividade devida à dispersão de Rayleig das fibras ópticas que constituem as linhas de entrada 3 e de saida 5. i 0 funcionamento da unidade amplificadora que constitui o objecto do presente invento é o seguinte. - 5 - 35 5 10 15

Mod. 71 -10000 ex. - 89/07 20 25 b27WO ' Case:P.594

De uma forma conhecida, o amplificador 2 recebe os sinais luminosos da linha de entrada 3 e transmite os sinais amplificados na direcção da linha de saída 5. Além dos sinais ópticos acima referidos, o amplificador transmite, de uma forma conhecida, também os seus sinais de ruidos, que tendem a ser introduzidos tanto na linha de entrada 3 como na linha de saida 5. Vantajosamente, a presença do segundo isolador óptico 8, imediatamente a montante do amplificador 2, não permite a entrada dos sinais de ruido acima referidos na linha de entrada 3. Faltando o referido isolador óptico, a entrada dos sinais de ruido do amplificador na linha de entrada 3, originaram,devido aos fenómenos de difusão que surgem no interior das fibras ópticas, mais sinais de ruido, uma parte dos quais deveriam alcançar de novo o amplificador 2, criandc interferências de batimentos com os sinais ópticos úteis, isto é, os transmitidos pelo transmissor óptico 4. Vantajosamente, a presença do primeiro isolador óptico 7, imediatamente a jusante do amplificador 2, evita ainda, que o amplificador seja alcançado por sinais de ruido produzidos ao longo da linha de saida 5, em consequência de fenómenos de difusão luminosa surgidos no interior das fibras ópticas. Na ausência do primeiro isolador óptico 7, esses sinais de ruido seriam amplificados e reintroduzidos na linha de saída 5, juntamente com o sinal util amplificado originando assim interferências indesejadas e/ou fenómenos de batimento. Do que acima se disse, entende-se que os únicos sinais que chegarão à linha de saída 5 são os sinais úteis amplificados, juntamente com pequeno sinal de ruido, que passa despercebido entre outras coisas, produzido pelo amplificador 2. 0 presente invento atinge os objectivos pretendidos. De facto, conforme acima demonstrado, graças à presença - 6 - 35 62.480 Case: P. 594 dos isoladores ópticos imediatamente a montante e a jusante do amplificador, a unidade amplificadora que constitui o objecto do presente invento permite reduzir notavelmente, em comparação com a técnica conhecida a entrada de sinais de ruído na linha de saída do amplificador.

Isto transforma-se num aumento do ganho útil do amplificador, bem como uma transmissão aperfeiçoada dos sinais ópticos, de um transmissor para um receptor colocados igualmente à grande distância um do outro.

Evidentemente que o invento pode incluir numerosas modificações e variantes, na condição de que não saiam for dos princípios do invento.

Lisboa, 13 MAR. 2001

Por SOCIETÀ CAVI PIRELLI S.p.A.

Agente Oficial da Propriedade Industria, Arco da Conceição, 3,1! - 1100 LISBOA

Claims (8)

1. I 5 10 15 62.482 Case: P. 594 REIVINDICAÇÕES Mod. 71 - 20.000 ex. - 92/12 20 1. Unidade para amplificação de sinais luminosos em linhas de transmissão por fibra óptica, que compreende um amplificador de fibra óptica activo (2) com uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída, destinando-se a extremidade de entrada a ser ligada a um transmissor de sinal (4) e destinando-se a extremidade de saída a ser ligada a um receptor de sinal (6), em que pelo menos um de entre o transmissor de sinal (4) e o receptor de sinal (6) está afastado do amplificador (2) e está ligado a ele por meio de uma linha comprida de fibra óptica (3, 5) com um comprimento tal que uma parte dos sinais ópticos tem uma reflexão de retorno devido à dispersão Rayleigh, caracterizada por compreender um isolador óptico (8, 7) entre o amplificador (2) e a linha comprida de fibra óptica (3, 5), em que o isolador (8, 7) permite a transmissão unidireccional da luz no sentido do transmissor de sinal (4) para o receptor de sinal (6) , em que a reflectividade de qualquer um dos referidos isoladores (8, 7) é inferior à dispersão Rayleigh da linha comprida de fibra óptica (3, 5).

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2. 2. Unidade de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por tanto o transmissor de sinal (4) como o receptor de sinal (6) estão afastados do amplificador (2) e estão ligados a ele por meio de linhas compridas de fibra óptica (3, 5), em que a unidade (1) compreende dois isoladores ópticos (8, 7) entre o amplificador (2) e as linhas compridas de fibra óptica (3, 5), em que ambos os isoladores (8, 7) permitem a transmissão unidireccional da luz no sentido do transmissor de sinal (4) para o receptor de sinal (6). 1 35 62.482 Case: P. 594
3. 3. Unidade de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada por a reflectividade de qualquer um dos referidos isoladores (8, 7) é inferior em pelo menos 10 dB à dispersão Rayleigh da linha comprida de fibra óptica (3 , 5) .
4. 4. Unidade de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada por o amplificador (2) tem um ganho de pelo menos 15 dB. 10

   15 CM O)
5. 5. Sistema de transmissão de sinais ópticos para transmitir sinais ópticos que compreende uma unidade de acordo com a reivindicação 2 e que compreende ainda: um transmissor (4) de sinais ópticos, um receptor (6) de sinais ópticos a longa distância do transmissor (4) , uma primeira fibra óptica da linha de transmissão (3) com uma primeira entrada da fibra da linha numa sua extremidade ligada ao transmissor (4) e uma primeira saída da fibra da linha na sua outra extremidade ligada a um primeiro (8) dos dois isoladores ópticos da unidade (1) ,

   uma segunda fibra óptica da linha de transmissão (5) com uma segunda saída da fibra da linha numa sua extremidade ligada ao receptor (6) e com uma segunda entrada da fibra da linha na sua outra extremidade ligada a um segundo (7) dos dois isoladores ópticos da unidade (1), caracterizado por pelo menos uma das primeira e segunda fibras da linha (3, 5) tem um comprimento entre as respectivas entrada e saída superior ao comprimento predeterminado da fibra activa da unidade (1) , e de modo 2 35

   15 Mod. 71 - 20.000 e*. - 92/12 62.482 Case: P. 594 que os sinais ópticos aplicados à sua entrada são significativamente atenuados quando se deslocam da respectiva entrada para a respectiva saída e de modo que uma parte do sinal óptico aplicado à outra extremidade de uma das primeira e segunda fibras da linha tem uma reflexão de retorno devido à dispersão Rayleigh.
6. 6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por uma das primeira e segunda fibras ópticas da linha de transmissão (3, 5) é comprida em relação ao comprimento da fibra activa.
7. 7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o comprimento da fibra activa é maior que a distância de coerência dos sinais ópticos.
8. 8. Unidade para transmitir sinais luminosos amplificados incluindo uma linha de transmissão por fibra óptica a longa distância (3, 5) e um amplificador óptico (2) destinado a receber e enviar sinais luminosos, em que a referida linha de fibra óptica de longa distância (3, 5) está associada a fenómenos de difusão de luz por dispersão Rayleigh, caracterizada por o referido amplificador (2) ter um ganho superior a 15 dB, estar sujeito a ruído interferométrico devido a fenómenos de interferência ou batimento entre os sinais luminosos úteis e os sinais de ruído gerados pelos referidos fenómenos de difusão, e estar ligado à referida linha de fibra óptica de dispersão (3, 5) através de meios de selecção unidireccional (7, 8) colocados entre o referido amplificador (2) e a referida 3 35 62.482 Case: P. 594 linha de fibra óptica de dispersão (3, 5) para impedir a transmissão de retorno, em que os referidos meios de selecção unidireccional (7, 8) têm uma reflectividade inferior em pelo menos 10 dB à dispersão Rayleigh da referida linha de fibra óptica com reflexão de retorno (3, 5). Lisboa, 1 3 MAR. 2001 Por SOCIETÀ CAVI PIRELLI S.p.A.

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