система связи со спектральным уплотнением и способ управляемого разделения выходных каналов

Формула изобретения

1. Способ оптической связи, при котором генерируют по меньшей мере два передаваемых оптических сигнала с заранее определенными длинами волн, отличными друг от друга, осуществляют спектральное уплотнение упомянутых оптических сигналов в одном волокне передачи, формируя многоволновый оптический сигнал, содержащий упомянутые передаваемые оптические сигналы, осуществляют передачу упомянутого многоволнового оптического сигнала посредством оптического волокна на принимающую станцию, передают упомянутый многоволновый оптический сигнал, содержащий упомянутые передаваемые оптические сигналы, на соответствующий блок приема упомянутой станции, осуществляют путем упомянутого многоволнового оптического сигнала упомянутым блоком приема, разделяют упомянутые передаваемые оптические сигналы и передают их на соответствующие приемники, при этом операция разделения упомянутых передаваемых оптических сигналов включает разделение принимаемого многоволнового оптического сигнала по меньшей мере на два выходных волокна, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из упомянутых двух волокон селективно отражает одну из полос частот многоволнового оптического сигнала, а упомянутая полоса имеет ширину, обеспечивающую включение по меньшей мере одного из упомянутых передаваемых оптических сигналов, так что отраженная полоса распространяется по выходному волокну в противоположном направлении по отношению к направлению распространения многоволнового оптического сигнала, при этом операция разделения упомянутых передаваемых оптических сигналов включает выделение полосы, отраженной от выходного волокна, и ее передачу посредством принимающего волокна в соответствующий приемник.

2. Способ оптической связи по п.1, отличающийся тем, что операция разделения принимаемого многоволнового оптического сигнала включает разделение сигнала между несколькими выходными волокнами, количество которых совпадает с количеством передаваемых оптических сигналов.

3. Способ оптической связи по п.1, отличающийся тем, что селективно отражаемая полоса включает только один из передаваемых каналов.

4. Способ оптической связи по п.3, отличающийся тем, что упомянутая отражаемая полоса частот имеет ширину по меньшей мере 2 нм.

5. Способ оптической связи по п.4, отличающийся тем, что упомянутая отражаемая полоса частот имеет ширину 5 нм.

6. Способ оптической связи по п.1, отличающийся тем, что операция разделения многоволнового оптического сигнала включает разделение упомянутого сигнала в заранее определенном соотношении.

7. Способ оптической связи по п.1, отличающийся тем, что операция выделения упомянутой отраженной полосы из выходного волокна включает выделение заранее определенной части сигнала.

8. Способ оптической связи по п.7, отличающийся тем, что упомянутая заранее определенная часть сигнала упомянутой отраженной полосы, выделенной из выходного волокна, составляет 50%.

9. Система оптической связи, содержащая станцию, передающую оптический сигнал, которая содержит средство генерирования передаваемых сигналов по меньшей мере с двумя длинами волн, а также средство для спектрального уплотнения передаваемых сигналов в единственную волоконно-оптическую линию, станцию, принимающую упомянутые оптические сигналы, волоконно-оптическую линию, связывающую упомянутые передающую и принимающую станции, при этом принимающая оптический сигнал станция содержит средство избирательного выделения сигналов, передаваемых по упомянутой волоконно-оптической линии, которое содержит первый разделитель сигналов, выполненный с возможностью разделения входного оптического сигнала на несколько оптических выходов, и один селективный к длине волны отражатель, имеющий полосу отражения, включающую одну из заранее определенных длин волн, и связанный с одним из оптических выходов, отличающаяся тем, что средство избирательного выделения сигналов принимающей оптический сигнал станции содержит второй разделитель сигналов, связанный с селективным отражателем и выполненный с возможностью приема упомянутой отраженной полосы и разделения упомянутой отраженной полосы на два выхода в заранее определенном соотношении, и оптический приемник, связанный с одним из упомянутых выходов второго разделителя сигналов.

10. Система оптической связи по п.9, отличающаяся тем, что первый разделитель сигналов является неселективным к длине волны разделителем.

11. Система оптической связи по п.9, отличающаяся тем, что второй разделитель сигналов является неселективным к длине волны разделителем.

12. Система оптической связи по п.11, отличающаяся тем, что второй разделитель сигнала выполнен в виде направленного ответвителя.

13. Система оптической связи по п.12, отличающаяся тем, что направленный ответвитель имеет коэффициент деления 50%.

14. Система оптической связи по п.9, отличающаяся тем, что упомянутый селективный отражатель выполнен в виде отражателя с дифракционной брэгговской решеткой.

15. Система оптической связи по п.9, отличающаяся тем, что упомянутый селективный отражатель имеет полосу отражения, равную по меньшей мере 0,3 нм, с заранее заданной центральной длиной волны.

16. Система оптической связи по п.9, отличающаяся тем, что упомянутый селективный отражатель имеет полосу отражения, равную по меньшей мере 2 нм, с заранее заданной центральной длиной волны.

17. Система оптической связи по п.9, отличающаяся тем, что центральная дина волны упомянутого селективного отражателя соответствует центральной длине волны излучения по меньшей мере одного из упомянутых устройств генерирования передаваемого сигнала.

18. Система оптической связи по п.14, отличающаяся тем, что упомянутый селективный отражатель выполнен в виде отражателя с дифракционной брэгговской решеткой с фиксированным шагом.

19. Система оптической связи по п.14, отличающаяся тем, что упомянутый селективный отражатель выполнен в виде отражателя с дифракционной брэгговской решеткой с переменным шагом.

20. Система оптической связи по п.14, отличающаяся тем, что упомянутый селективный отражатель содержит средство контроля температуры.

21. Система оптической связи по п.9, отличающаяся тем, что количество упомянутых селективных отражателей равно количеству каналов передачи.

22. Оптический блок селективного к длине волны приема, отличающийся тем, что он содержит средство селективного разделения передаваемых сигналов со спектральным уплотнением, содержащее первый разделитель сигналов для разделения входных оптических сигналов между несколькими оптическими выходами, по меньшей мере один селективный к длине волны отражатель, полоса отражения которого включает по меньшей мере длину волны одного из сигналов, связанного с одним из упомянутых оптических выходов, отличающийся тем, что средство селективного разделения передаваемых сигналов со спектральным уплотнением также содержит второй разделитель сигналов, связанный с упомянутым селективным отражателем и предназначенный для приема упомянутой отраженной полосы и разделения упомянутой отраженной полосы на два выхода в заранее определенном соотношении, и оптический приемник, связанный с одним из упомянутых выходов упомянутого второго разделителя сигналов.

23. Оптический блок по п.22, отличающийся тем, что упомянутый первый разделитель сигналов является неселективным к длине волны разделителем.

24. Оптический блок по п.22, отличающийся тем, что упомянутый второй разделитель сигналов является неселективным к длине волны разделителем.

25. Оптический блок по п.24, отличающийся тем, что упомянутый второй разделитель сигналов выполнен в виде направленного ответвителя.

26. Оптический блок по п.25, отличающийся тем, что направленный ответвитель имеет коэффициент деления 50%.

27. Оптический блок по п.22, отличающийся тем, что упомянутый селективный отражатель выполнен в виде отражателя с дифракционной брэгговской решеткой.

28. Оптический блок по п.22, отличающийся тем, что упомянутый селективный отражатель имеет полосу отражения, равную по меньшей мере 0,3 нм, с заранее заданной центральной длиной волны.

29. Оптический блок по п.22, отличающийся тем, что упомянутый селективный отражатель имеет полосу отражения, равную по меньшей мере 2 нм, с заранее заданной центральной длиной волны.

30. Оптический блок по п.22, отличающийся тем, что селективный отражатель имеет средство контроля температуры.

31. Оптический блок по п.22, отличающийся тем, что количество упомянутых селективных отражателей равно количеству каналов передачи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системе оптической связи и способу, который, в частности, пригоден для передачи сигнала посредством мультиплексирования со спектральным разделением каналов, когда различные каналы опознаются и разделяются после приема.

При передаче с мультиплексированием со спектральным разделением каналов возникает необходимость передачи нескольких каналов, то есть нескольких сигналов независимо друг от друга по одной и той же оптико-волоконной линии связи, посредством мультиплексирования в области оптического спектра. Передаваемые каналы могут быть, как цифровыми, так и аналоговыми, и их можно отделить друг от друга благодаря тому, что они имеют определенную длину волны, отличную от длин волн других каналов.

Для передачи большого количества каналов, когда необходимо использование так называемого третьего окна передачи оптических волокон на основе кремнезема и подходящей полосы частот оптических усилителей, спектральное разделение каналов обычно выполняется на уровне нанометров.

Поэтому для корректного приема таких передаваемых сигналов необходимо осуществить разделение самих каналов для их передачи соответствующим пользователям.

Для этой цели могут быть использованы узкополосные оптические фильтры, которые обеспечивают пропускание только выбранного канала, что гарантирует отсутствие нежелательных сигналов, порождающих шумы при наложении на выбранный канал. Однако для использования таких фильтров требуется как высокая стабильность длины волны передаваемого сигнала так и собственная высокая стабильность полосы пропускания фильтра.

Эта проблема описана, например, в заявке на патент GB 2260046, в котором предлагается накладывать на пилот-сигнал передаваемые данные; после детектирования такого пилот-канала можно осуществить подстройку полосы пропускания фильтра.

Кроме этого, известным оптическим фильтрам свойственна проблема сдвига, связанная с тем, что выбранная длина волны полосы пропускания сохраняет постоянство только в течение ограниченного периода времени после ее установки. Упомянутые фильтры, в частности в случае, когда они оснащены пьезоэлектрическим возбудителем и т.п. средствами, подвержены эффекту гистерезиса, когда величина выбранной длины волны полосы пропускания зависит не только от соответствующего значения управляющей характеристики (например, напряжения), но также и от закона изменения во времени воздействия на фильтры упомянутой характеристики.

В патенте США 4973124 на имя K. Kaede описывается устройство для добавления заранее определенной длины волны в уплотненный по спектру сигнал, передаваемый по оптическому волокну и ответвление указанной длины волны из этого сигнала. В одном из вариантов, это устройство содержит два разделителя поляризации, одну четвертьволновую пластину и первый и второй оптические фильтры с брэгговской дифракционной решеткой, имеющие одну и ту же брэгговскую длину волны. Это устройство позволяет добавлять или ответвлять один единственный сигнал с брэгговской длиной волны из совокупности сигналов с различными длинами волн.

В патенте США 4740951, на имя J. Lizet и др., описывается устройство на интегральных оптических элементах демультиплексирования n световых сигналов с различными длинами волн, которые формируют луч света, передаваемый от первого оптического волокна к n вторым оптическим волокнам. Это устройство содержит n каскадно расположенных решеток Брэгга. Каскадное расположение вызывает дифференциальное ослабление сигналов, из-за эффекта прохождения через различное количество решеток Брэгга, в зависимости от длины волны. Кроме этого, для каждой из n решеток Брэгга на интегральной оптике необходимо использовать соответствующие оптические элементы, фокусирующие соответствующий сигнал, дифрагированный в направлении одного из вторых выходных оптических волокон, что приводит к значительному усложнению устройства.

В соответствии с одним из аспектов, настоящее изобретение относится к способу оптической связи, включающему следующие этапы:

- генерирование по меньшей мере двух передаваемых оптических сигналов, с заранее определенными длинами волн, отличающимися друг от друга;

- мультиплексирование со спектральным разделением упомянутых оптических сигналов в одном оптическом волокне для передачи, формирование многоволнового оптического сигнала, содержащего упомянутые передаваемые оптические сигналы;

- передачу многоволнового оптического сигнала по оптическому волокну на приемную станцию;

- ввод многоволнового оптического сигнала, содержащего передаваемые оптические сигналы на соответствующий блок приема упомянутой станции;

- прием многоволнового оптического сигнала блоком приема;

- разделение передаваемых оптических сигналов и их передачу на соответствующие приемники;

причем этап разделения передаваемых оптических сигналов включает следующие операции:

- разделение принятого многоволнового оптического сигнала по меньшей мере между двумя выходными волокнами;

- избирательное отражение по меньшей мере в одном из упомянутых двух волокон одной из полос частот упомянутого многоволнового оптического сигнала, причем упомянутая полоса имеет ширину, обеспечивающую включение по меньшей мере одного из упомянутых передаваемых оптических сигналов, так что упомянутая отраженная полоса распространяется по выходному волокну в противоположном направлении по отношению к направлению распространения многоволнового оптического сигнала;

- выделение упомянутой полосы, отраженной от упомянутого выходного волокна, и ее передачу по принимающему волокну на соответствующий приемник.

Предпочтительно, чтобы разделение многоволнового оптического сигнала выполнялось между несколькими выходными волокнами, количество которых такое же, как и количество передаваемых оптических сигналов.

Предпочтительно, чтобы избирательно отражаемая полоса частот содержала один из совокупности каналов передачи.

В конкретном исполнении настоящего изобретения отраженная полоса частот имеет ширину по меньшей мере 2 нм, и более конкретно ширину 5 нм.

Предпочтительно, на этапе разделения многоволнового оптического сигнала разделение упомянутого сигнала осуществляется в заранее определенном соотношении.

Предпочтительно, на этапе выделения отраженной полосы из упомянутого входного волокна осуществляется выделение заранее определенной части сигнала, в частности, 50%.

В соответствии с другим аспектом, настоящее изобретение относится к системе оптической связи, содержащей:

- станцию передачи оптических сигналов, содержащую средство генерирования передаваемых сигналов по меньшей мере с двумя заранее определенными длинами волн, а также средство спектрального уплотнения передаваемых сигналов в одну волоконно-оптическую линию;

- станцию приема оптических сигналов;

- волоконно-оптическую линию, связывающую станции передачи и приема, причем станция приема оптических сигналов содержит средство селективного выделения сигналов передачи из одной волоконно-оптической линии, которая содержит:

- один разделитель сигналов, предназначенный для распределения входного оптического сигнала между несколькими оптическими выходами;

- по меньшей мере один селективный к длине волны отражатель с полосой отражения, содержащей по меньшей мере одну из упомянутых заранее определенных длин волн, и взаимосвязанный с одним из оптических выходов;

- второй разделитель сигналов, связанный с селективным к длине волны отражателем и предназначенный для приема отраженной полосы и ее разделения на два выхода в заранее определенном соотношении;

- оптический приемник, связанный с одним из упомянутых выходов второго разделителя сигналов.

Предпочтительно, первый и второй разделители сигналов выполнены в виде неселективных к длине волны разделителей, в частности, второй разделитель сигнала, может представлять собой направленный ответвитель, в частности имеющий коэффициент деления 50%.

В частности, селективный отражатель является отражателем с дифракционной брэгговской решеткой с фиксированным шагом, или, предпочтительно, с переменным шагом.

В соответствии с альтернативными вариантами, селективный отражатель имеет полосу отражения по меньшей мере 0,3 нм или по меньшей мере 2 нм с заранее заданной центральной длиной волны, зависящей от характеристик средства генерирования передаваемого сигнала.

Предпочтительно, центральная длина волны селективного отражателя соответствует центральной длине волны излучения по меньшей мере одного из средств генерирования передаваемого сигнала.

В частности, селективный отражатель может содержать средство управления температурой.

Предпочтительно, количество селективных отражателей соответствует количеству передаваемых каналов.

В соответствии с другим аспектом, настоящее изобретение относится к оптическому приемному блоку, селективному к длине волны, содержащему средство селективного разделения передаваемых сигналов с спектральным уплотнением, которое содержит:

- один разделитель сигналов, предназначенный для распределения оптических входных сигналов между несколькими оптическими выходами;

- по меньшей мере один селективный к длине волны отражатель, имеющий полосу отражения, содержащую по меньшей мере одну из длин волн сигналов, связанных с одним из оптических выходов;

- второй разделитель сигналов, связанный с упомянутым селективным отражателем, предназначенный для приема отраженной полосы и для разделения отраженной полосы между двумя выходами в заранее определенном соотношении;

- оптический приемник, связанный с одним из выходов второго разделителя сигналов.

Предпочтительно, первый и второй разделители сигналов выполнены неселективными к длине волны разделителями. В частности, второй разделитель сигналов может быть выполнен в виде направленного ответвителя, в частности с коэффициентом деления 50%.

В частности, селективный отражатель представляет собой отражатель с брэгговской дифракционной решеткой.

В соответствии с альтернативными вариантами, селективный отражатель имеет полосу отражения по меньшей мере 0.3 нм или по меньшей мере 2 нм с заранее заданной центральной длиной волны, зависящей от характеристик передаваемых сигналов.

В частности, селективный отражатель может содержать устройство управления температурой.

Предпочтительно, количество селективных отражателей соответствует количеству каналов передачи.

Детальное выполнение изобретения поясняется следующим описанием со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее.

На фиг. 1 показана схема многоволновой системы связи, соответствующей настоящему изобретению;

фиг. 2 - схема линейного усилителя для использования в системе по фиг. 1;

фиг. 3 - спектр продетектированного сигнала на выходном порте мультиплексора передающей станции системы по фиг. 1;

фиг. 4 - спектр продетектированного сигнала на выходном порте предусилителя системы по фиг. 1.

a) Описание системы

Как показано на фиг. 1, многоканальная система связи со спектральным уплотнением в соответствии с настоящим изобретением предполагает наличие нескольких источников оптического сигнала, например четырех, обозначенных как 1a, 1b, 1c, 1d соответственно которые имеют длины волн ₁,₂,₃,₄ в пределах рабочей полосы усилителей, включенных последовательно в эту систему.

Оптические сигналы передаются на объединитель сигналов 2 или на мультиплексор, предназначенный для передачи сигналов с длинами волн ₁,₂,₃,₄ одновременно по одному выходному оптическому волокну 3.

В общем случае объединитель сигналов 3 является пассивным оптическим устройством, посредством которого оптические сигналы, передаваемые по соответствующим оптическим волокнам, накладываются друг на друга в одном волокне. Устройства этого типа содержат, например, элементы связи на сплавленном волокне на элементах планарной оптики, микрооптики и т.п.

Примером подходящего элемента связи является ответвитель 1х4 SMTC-0104-1550-A-H выпускаемый E-TEK DYNAMICS INC., 1885 Ludy Ave, San Jose, CA (USA).

Оптические сигналы передаются по волокну 3 на усилитель мощности 4, который усиливает мощность сигналов до величины, достаточной для передачи сигналов по следующему участку оптического волокна, на следующее усиливающее устройство, поддерживая необходимое качество передачи.

Таким образом, с усилителем мощности 4 связан первый участок 5a оптической линии, которая обычно содержит одномодовое оптическое волокно типа волокна со ступенчатым изменением коэффициента преломления, включенного в соответствующий волоконно-оптический кабель, имеющий длину порядка нескольких десятков (или сотен) километров; упомянутый кабель может иметь длину, например, 100 км и используется с описанными ниже устройствами усиления с указанными уровнями мощностей.

В некоторых случаях, могут использоваться также и волокна типа волокон со сдвигом дисперсии.

На конце первого участка 5a оптической линии имеется первый линейный усилитель 6a, предназначенный для приема сигналов, ослабленных при их распространении по волокну, и их усиления до необходимого уровня для передачи по нескольким последующим участкам оптической линии 5b, имеющим те же свойства, что и предыдущая часть, а также для передачи на связанные линейные усилители 6b (для упрощения графического изображения на чертеже показаны только два участка 5b оптического волокна и один усилитель 6b), таким образом покрывается все расстояние передачи, требуемое для поступления на приемную станцию 7, в которой сигналы распределяются в зависимости от различных каналов передачи, которые определяются соответствующими длинами волн и передаются на соответствующие приемники 8a, 8b, 8c, 8d.

Приемная станция 7 содержит предусилитель 9, предназначенный для приема сигналов и их усиления для компенсации потерь, вносимых последующей аппаратурой разуплотнения, до уровня мощности, соответствующего чувствительности приемных устройств.

От предусилителя 9 сигналы передаются на устройство, предназначенное для распределения оптических сигналов, вводимых во входное волокно, между несколькими выходными волокнами, разделяя их в соответствии с длинами волн; это устройство, называемое также демультиплексором, в описываемом здесь примере состоит из распределителя на сплавленных волокнах 10, который разделяет входные сигналы в нескольких выходных волокнах, количество которых равно четырем в данном случае; каждый из упомянутых сигналов, передается по соответствующим волокнам 11a, 11b, 11c, 11d, для связи с соответствующими приемниками 8a, 8b, 8d.

Например, распределитель 10 может быть выполнен на компоненте того же типа, что и использовавшийся для описанного объединителя сигналов 2, установленном в противоположной конфигурации.

Волокна 11a, 11b, 11c, 11d связываются посредством соответствующих направленных ответвителей 12a, 12b, 12c, 12d с селективными к отражению фильтрами 13a, 13b, 13c, 13d.

Приемники 8a, 8b, 8c, 8d связаны с соответствующими волокнами, выходящими из направленных ответвителей 12 для приема отраженного сигнала от соответствующих селективных к отражению фильтров 13a, 13b, 13c, 13d.

Между предусилителем 9 и разделителем 10 введен элемент оптической развязки 14.

Предпочтительно элемент оптической развязки 14 не зависит от поляризации передаваемого сигнала и обеспечивает развязку 35 дБ и с коэффициентом отражения ниже - 50 дБ.

Подходящими элементами развязки являются, например, элементы развязки модели MDL 1-15 PIPT-A S/N 1016, выпускаемые фирмой ISOWAVE, 64 Harding Avenue, Dover, New Jersey, USA.

Направленные ответвители 12 предпочтительно представляют собой элементы связи на сплавленных волокнах с отношением 50:50, предназначенные для разделения на равные части между выходными волокнами оптической мощности, передаваемой на входное волокно; подходящим является элемент связи модели SWBC2150PS210, выпускаемый E-TEK DYNAMICS INC., 1885 Ludy Ave, San Jose, CA (USA).

Предпочтительно, количество фильтров селективного отражения 13 равно количеству каналов передачи, а длина волны отраженного излучения соответствует одному из упомянутых каналов.

Предпочтительно, фильтры селективного отражения, используемые в настоящем изобретении, представляют собой распределенные фильтры с брэгговской дифракционной решеткой на оптическом волноводе, которые отражают излучение в узкой полосе частот и пропускают излучение вне упомянутой полосы.

Эти фильтры состоят из участка оптического волновода, например, из оптического волокна, вдоль которого коэффициент преломления изменяется периодически, и при изменениях коэффициента происходит частичное отражение сигнала: если части сигналов, отраженные при каждом изменении коэффициента, взаимосвязаны во времени, то имеет место конструктивная интерференция и падающий сигнал отражается.

Условие конструктивной интерференции, соответствующее максимальному отражению, описывается соотношением 2 l = _s / n, где l шаг решетки, создаваемый изменениями коэффициента преломления, _s - длина волны падающего излучения, а n - коэффициент преломления сердечника оптического волновода. Описанное явление описано в литературе как распределенное брэгговское отражение.

Периодическое изменение коэффициента преломления может быть получено известными методами, например путем воздействия на часть оптического волокна без защитного полимерного покрытия, интерференционными полосами, получаемыми посредством интенсивного ультрафиолетового луча (формируемого, например, эксимерным лазером, аргоновым лазером с удвоением мощности или лазером Nd:YAG с учетверением мощности), который осуществляет интерференцию с самим собой посредством соответствующей интерфероментрической системы, например посредством кремниевой фазовой маски, как описано в патенте США 5351321.

Волокно, в частности, сердечник волокна, таким образом, подвергается ультрафиолетовому облучению с периодически изменяемой интенсивностью вдоль оптических осей. На участках сердечника, которые подвергаются воздействию ультрафиолетового излучения большей интенсивности, частично разрываются Ge-O связи, что вызывает непрерывное изменение коэффициента преломления.

Путем выбора шага решетки такого, чтобы можно было проконтролировать взаимосвязь конструктивной интерференции, по желанию может быть определена центральная длина волны отраженной полосы в соответствие с известными критериями.

Посредством этого способа, например, возможно получить фильтры, имеющие полосу длин волн отражения при - 3 дБ в типовом случае 0,2 - 0,3 нм; коэффициент отражения в середине полосы примерно равен 99%; центральную длину волны отражаемой полосы можно определить при изготовлении с точностью примерно 0,1 нм, а изменение центральной длины волны при изменении температуры - порядка 0,02 нм/^oC.

Например, для модулированной передачи при 2,5 Гбит/с, с источником внешней модуляции, при известной центральной длине волны излучения, которая должна определяться, например, с точностью лучше 0,01 нм, необходима общая полоса примерно 5 ГГц, а для решетки необходима полоса по меньшей мере 10 ГГц, соответствующая примерно 0,1 нм.

Принимая во внимание, что допуск на центральную длину волны отражаемой полосы равен для решетки примерно 0,1 нм, соответствующая минимальная длина волны для решетки получается равной по меньшей мере 0,3 нм.

Эта величина может быть получена посредством решеток - с фиксированным шагом.

Если спектры источников 1a, 1b, 1c, 1d будут иметь более широкий интервал допуска, то легче можно будет получить фильтры с полосой пропускания соответствующей ширины для включения длины волны излучения источника в полосу, отражаемую фильтрами.

Если источники содержат полупроводниковый лазер промышленного типа, например, с длиной волны менее 1 нм (получаемый посредством выбора лазера), то в этом случае возможно изготовить оптико-волоконные фильтры с распределенной дифракционной решеткой Брэгга с достаточно широкой полосой длин волн отражения путем установки различного шага решетки, получив таким образом так называемую дисперсионную решетку.

Для этой цели может быть использован известный способ, в соответствии с тем, что указывалось в статье P.C. Hill et all, Electronics Letters, vol. 30, N 14,07/07/94, p. 1172-1174.

Решетки указанных выше типов выпускаются, например, PHOTONETICS Inc.. Wakefield, MA (USA), для требуемых длин волн отражения.

Для настоящего изобретения, если не оговорено иное, предполагается, что излучение лазерного источника имеет определенную полосу длин волн с заданной центральной длиной волны излучения. Упомянутая центральная длина волны в общем случае выбирается на основании конструктивных допусков, принятых при выборе промышленных лазеров.

Для целей настоящего изобретения и для использования в соответствии с вышеописанным, усилитель мощности 4 может представлять собой волоконно-оптический усилитель промышленного типа со следующими характеристиками: входная мощность от -13,5 до -3,5 дБм; выходная мощность 12-14 дБм; рабочая длина волны 1530-1560 нм.

Подходящей моделью является, например, TPA/E-MW, поставляемая на рынок заявителем.

В упомянутом усилителе мощности используется легированное эрбием активное оптическое волокно, описанное ниже.

В качестве усилителя мощности предполагается использование усилителя, работающего в условиях насыщения, когда выходная мощность зависит от мощности накачки, как описано в Европейском патенте N 439867.

Для целей настоящего изобретения и для вышеописанного использования в качестве предусилителя используется усилитель, включаемый в конце линии, обеспечивающий усиление сигнала, передаваемого на приемник, до величины, в достаточной степени превышающей порог чувствительности приемника (например, в случае передачи при 2,5 Гбит/с, до величины, чтобы мощность, получаемая приемником, находилась в пределах между -26 и -11 дБм), одновременно вводя шумы наименьшего уровня и поддерживая равномерность сигнала.

Предусилитель 9 может быть, например, оптико-волоконным усилителем промышленного типа, который имеет следующие характеристики: общая входная мощность от -20 до -9 дБм; выходная мощность 0-6 дБм; рабочая длина волны 1530-1560 нм.

Подходящим является, например, предусилитель модели RPA/E-MW, выпускаемой заявителем.

В упомянутом усилителе используется активное легированное эрбием оптическое волокно описанного ниже типа.

Описанная выше конфигурация передающей системы, в частности, пригодна для обеспечения необходимых характеристик при передаче с использованием спектрального уплотнения в нескольких каналах, при условии выбора конкретных характеристик линейных усилителей, которые являются ее частью. Все вышесказанное относится к возможности передачи выбранных длин волн без ухудшения характеристик какой-либо из них по сравнению с другими.

В частности, может гарантироваться единообразное поведение всех каналов в полосе частот от 1530 до 1560 нм, при наличии усилителей, приспособленных для работы в последовательном включении, при условии использования усилителей с существенно равномерным ("плоским") откликом на различные длины волн при работе в последовательном включении.

b) Линейный усилитель

Для указанных выше целей, предполагается, что усилитель, используемый в качестве линейного усилителя, может быть выполнен в соответствии со схемой, представленной на фиг. 2. Он содержит одно активное волокно 15, легированное эрбием, а также лазер накачки 16, подключаемый посредством дихроичного соединителя 17. На входе волокна 15 включен оптический элемент развязки 18, а второй оптический элемент развязки 19 располагается на выходе активного волокна. В случае двухкаскадного исполнения, усилитель содержит второе активное волокно 20, легированное эрбием, связанное с соответствующим лазером накачки 21 посредством дихроичного соединителя 22, который связан также и для накачки в противоположном направлении в показанном примере. На выходе волокна 20 имеется оптический элемент развязки 23.

Лазеры накачки 16, 21 могут, например, быть лазерами типа с квантовой ямой, которые имеют следующие характеристики: длина волны излучения - _p = 980 нм; максимальная выходная оптическая мощность P_u = 80 мВт.

Лазеры указанного выше типа изготовляются, например, LASERTRON INC., 37 North Avenue, Burlington, MA (USA).

Используемые в этом примере дихроичные соединители 17, 22 представляют собой элементы связи на сплавленных волокнах, формируемые из одномодовых волокон при 930 и для полосы частот 1530-1560 нм, с отклонением выходной оптической мощности <0,2 дБ, в зависимости от поляризации.

Дихроичные соединители указанных выше типов известны и производятся, например, GOULD inc., Fibre Optic Division, Baymeadow Drive, Glem Burnie, MD (USA), а также SIFAM Ltd., Fibre Optic Division, Woodland Road, Torquay, Devon (GB).

Предпочтительно, чтобы оптические элементы развязки 18, 19, 23 были независимыми от поляризации передаваемого сигнала, обеспечивали развязку более 35 дБ и коэффициент, отражения менее -50 дБ.

Подходящими являются изоляторы, например, модели MDL-1-15 PIPT-A S/N 1016 изготовляемые фирмой ISOWAVE, 64 Harding Avenue, Dover, NJ (USA).

В рассмотренной системе линейные усилители предусмотрены для работы с полной выходной оптической мощностью примерно 14 дБм с коэффициентом усиления примерно 30 дБ.

На схеме, показанной на фиг. 1 два каскада линейного усилителя представлены в конфигурации с противоположными направлениями распространения; для каждого приложения наиболее подходящая конфигурация во всех случаях должна определяться в соответствии с конкретными свойствами системы.

В описанных выше усилителях, используется активное волокно, легированное эрбием, как это детально описано в заявке на патент Италии N MI94A 000712 от 14 апреля 1994 года того же заявителя, что и данная заявка.

Состав и оптические свойства используемого волокна кратко описаны в следующей таблице.

Анализ составов был выполнен для заготовки (до вытягивания волокна) при помощи микрозонда, объединенного со сканирующим электронным микроскопом (SEH HITACHI).

Анализ проводился при 1300 - кратном увеличении для дискретных точек, расположенных вдоль диаметра с интервалами 200 мкм.

Рассматриваемое волокно было изготовлено в соответствии со способом вакуумного нанесения покрытия в кварцевой трубке.

Введение германия в качестве примеси в матрицу SiO₂ в сердечнике волокна осуществляется на шаге синтеза.

Введение эрбия, алюминия и лантана в сердечник волокна выполнялось посредством так называемого метода "легирование в растворе", при котором водный раствор хлоридов легирующих примесей взаимодействовал с синтетическим материалом сердечника волокна в его жидком состоянии до затвердения заготовки.

Более детально способ "легирования в растворе" описан, например, в патенте США 5282079.

В качестве примера, в описанной выше двухкаскадной конфигурации, длина активного волокна 15 может быть примерно 8 м; длина второго активного волокна 20 может быть примерно 11 м.

Описанная конфигурация применима, в частности, для передачи сигнала на расстояние порядка примерно 500 км, с высокой скоростью передачи, равной, например, 2,5 Гбит/с (что достигается посредством уплотнения четырех длин волн, пропускная способность при передаче равна 10 Гбит/с для каждой длины волны), при использовании четырех линейных усилителей, одного усилителя мощности и одного предусилителя.

Посредством описанной выше конфигурации может быть достигнута высокоскоростная передача по нескольким каналам за счет использования длин волн, например, 1535 нм, 1543 нм 1550 нм, 1557 нм, которые генерируются, например, соответствующими лазерами и модулируются соответствующим образом.

На фиг. 3 показан спектр полного сигнала, передаваемого по линии, а на фиг. 4 показан сигнал, вводимый в разделитель 10.

Как видно из сравнения графиков, спонтанная эмиссия усилителей накапливается в линии и накладывается на передаваемые каналы.

c) Выбор канала

Для передачи соответствующего канала на каждый из приемников 8a-8d разделитель 10 разделяет весь принимаемый оптический сигнал на соответствующие выходы 11a, 11d; поэтому сигнал по каждому выходу подается непосредственно на соответствующий селективный отражатель 13, который отражает только соответствующую ему полосу, в то время, как оставшаяся часть спектра излучения испускается из торца волокна, где размещен селективный отражатель.

Для предотвращения ложных отражений вне полосы, соответствующей выбранному каналу, торец волокна, на котором образована решетка, для предотвращения отражения, выполняется определенным образом, например в виде наклонного среза, или аналогичным образом, хорошо известным в технике.

Отраженный от решетки 13a сигнал распространяется в направлении направленного ответвителя 12a и затем передается на волокно 12"a, в пропорции, заданной коэффициентом деления самого ответвителя, например 50%, и затем передается на соответствующий приемник 8a.

Сигналы, соответствующие решеткам 13b, 13, 13d, отражаются аналогичным образом и передаются на соответствующие приемники 8b, 8c, 8d.

Решетки 13a-13d выбираются таким образом, чтобы центральная длина волны полосы отражения соответствовала длине волны каждого канала, передаваемого соответствующим передатчиком, что гарантирует правильный прием выбранного канала, при исключении остальных каналов.

Оптический элемент развязки 14 предотвращает обратное прохождение отраженной части сигнала через ответвители 12 на предусилитель 9, что могло бы вызвать нарушение работы упомянутого предусилителя.

Если в самом предусилителе используется оптический элемент развязки в его выходном волокне, то элемент развязки 14 может быть исключен.

В описанной конфигурации полная оптическая мощность, вводимая в разделитель 10 составляет примерно 5 дБм (причем, мощность для каждого канала равна примерно - 5 дБм, что видно из графика на фиг. 4); разделитель 10, путем разделения входной мощности на четыре выхода, вводит ослабление, равное примерно 7 дБ, в то время, как каждый направленный ответвитель 12, если он является указанного выше типа 50/50, вводит ослабление равное, примерно 3,5 дБ для каждого пути распространения (включая потери распределения). Таким образом, полное ослабление для каждого канала между входом разделителя 10 и входом каждого приемника 8, составляет, примерно 14 дБ при мощности, подаваемой на приемник, равной примерно - 19 дБм, что соответствует чувствительности используемых приемников.

Часть сигнала, выходящая из плеча 25 одного или более направленных ответвителей 12a-12d, может быть использована для осуществления функций управления и т.п.

Высокая стабильность длины волны, отраженной от решеток 13, как во времени, так и при возможных температурных изменениях, гарантирует правильный прием выбранного канала.

Если изменение излучаемой длины волны передающих лазеров, изменение температуры окружающей среды в широких пределах или другое явление вызывает изменение длины центральной волны передаваемых каналов или длину отражаемой от решетки волны, то возможно осуществление точной настройки длины волны, отражаемой от решеток, за счет контроля, например, температуры.

В конкретном исполнении настоящего изобретения, части 24a-24c оптического волокна располагаются между направленными ответвителями 12a-12c и соответствующей решеткой 13a-13c, причем эти части имеют длины, превышающие половину длины когерентности в волокне используемого оптического источника, а разность этих длин превышает указанную половину.

Под длиной когерентности в волокне подразумевается длина L_c, в пределах которой сигнал, генерируемый от заданного источника, остается когерентным и которая определяется как _c= V/, где V - скорость распространения излучения вдоль волокна,

- ширина линии источника, передающего сигнал связи.

Например, подстраиваемые полупроводниковые лазеры типа DFB, используемые в ретрансляторе TXT-EM, выпускаемые заявителем, имеют ширину линии, равную примерно = 10 мГц; на основании указанного выше соотношения получаем, что L_c = 6,5 м является длиной когерентности в волокне для используемых источников.

В частности, если L_c является наибольшей длиной волны лазеров передатчика, используемых в системе, то длина первой упомянутой части оптического волокна 24a L₁ L_c/2; длина второй упомянутой части оптического волокна 24b L₂ L_c; длина третьей упомянутой части оптического волокна 24c L₃ 3/2 L_c.

Следует отметить, что так как желательно иметь сдвиг по фазе между каналами, то необходимо использовать линии задержек 24a-24c для трех из четырех используемых длин волн так, чтобы упомянутые три волны не совпадали по фазе с четвертой волной, которая не подвергается воздействию задержки.

Таким образом, за счет двойного прохождения через части волокна, разность длин которых превышает половину длины когерентности источников в волокне, отраженные в сторону разделителя 10 сигналы являются некоррелированными по фазе друг с другом, что предотвращает возможность возникновения нестабильности из-за частичной рекомбинации четырех каналов в разделителе 10.

Описанная структура гарантирует, что для всех каналов ослабление будет одним и тем же, а передача будет однородной.