SK158295A3 - Wavelenght-division multiplexing telecommunication system with dispersion-shifted optical fibers - Google Patents

Description

MULTIPLEXNÝ TELEKOMUNIKAČNÝ SYSTÉM S DELENÍM PODĽA VLNOVEJ DÉŽKY, OPATRENÝ OPTICKÝMI VLÁKNAMI S POSUNUTÝM ROZPTYLOM

Oblasť techniky

Uvedený vynález sa týka multiplexného telekomunikačného systému s delením podlá vlnovej dĺžky (wavelength-division multiplexing - ďalej len WDM), opatreného optickými vláknami s posunutým rozptylom, v ktorých sú potlačené zásluhou tzv. štvorvlnového zmiešavania (FWM) šumy.

Doterajší stav techniky

Z najnovšieho vývoja v oblasti telekomunikácií je známe využitie optických vlákien na zasielanie optických signálov s vopred určenou frekvenciou, prenášajúcich informácie na velké vzdialenosti. Je rovnako známe, že svetelný signál prechádzajúci optickým vláknom je v priebehu vzdialenosti zoslabený a je ho treba zosilniť pomocou zosilňovačov, umiestnených vo vopred stanovených vzdialenostiach pozdĺž linky.

Na daný účel sú bežne využívané optické zosilňovače, ktoré zosilňujú signál, zatial čo vo zvyšnej optickej forme chýba ich určenie a regenerácia.

Uvedené optické zosilňovače sú založené na vlastnostiach fluorescenčných dopantov, ako je napríklad erbium, ktoré sú schopné vyvolávať pri dopade svetelnej energie vysokú emisiu vo vlnovom pásme, zodpovedajúcom pásmu minimálneho utlmenia svetla v optických vláknach na báze kremíka.

Optické vlákna, používané na prenos, majú chromatický rozptyl vďaka kombinácii vlastností materiálu, z ktorého sú zhotovené a odlišujú sa priebehom indexu lomu, ktorý sa mení s vlnovou dĺžkou prenášaného signálu a sám sa približuje k nule v danej hodnote vlnovej dĺžky.

á Tento fenomén chromatického rozptylu v podstate pozostáva z rozšírenia trvania pulzov vytvárajúcich signál počas prenosu vo vlákne. Rozšírenie je zásluhou skutočnosti, že rôzne chromatické zložky každého pulzu sú charakterizované ich vlastnou vlnovou dĺžkou, prenášané vo vlákne rôznymi rýchlosťami.

V súlade s daným rozšírením prechodné následné pulzy, ktoré sú dobre odlíšitelné v emisii, sa môžu čiastočne prekrývať pri príjme, po ich prenose vláknom a môžu byt na kratšie vzdialenosti ako separované hodnoty,, spôsobujúce chybu pri príjme.

Vlákna s tzv. krokovým indexom (Step Index SI) majú také optické usporiadanie, že chromatický rozptyl sa približuje k nule pri hodnote vlnovej dĺžky okolo 1300 nm.

Z tohto dôvodu majú SI vlákna s vlnovou dĺžkou do 1500 nm, používané pre telekomunikáciu, dôležitú hodnotu chromatického rozptylu schopnú uskutočňovať limitnú rýchlosť prenosu, ktorá je schopná zaslania vysokého počtu následných pulzov vo vopred určenom jednotnom čase bez obsiahnutia chýb na príjme.

Rovnako sú známe tzv. vlákna s posunutým rozptylom (DS) vlákna - vlákna, u ktorých je nulový bod chromatického rozptylu posunutý, čo sú v podstate vlákna, ktorých optická štruktúra je jednoducho popísaná ako prenesenie nulového bodu chromatického rozptylu do hodnoty vlnovej dĺžky v rozsahu od 1500 do 1600 nm, schopné využitia v telekomunikáciách.

Vlákna tohto typu sú definované v ITU-T G.653 Odporúčaní z marca 1993, v ktorom je chromatický rozptyl vlákna nominálne k nule pri hodnote vlnovej dĺžky 1550 nm, s toleranciou 50 nm vzhíadom k tejto hodnote.

Tieto vlákna sú dostať napríklad u Corning N.Y. (USA) pod obchodným menom SMF/DS (registrovaná ochranná známka) a u Fibre Ottiche Sud S.p.A., Battipaglia (IT) pod obchodným menom SM DS.

Vlákna uvedených typov sú tiež popísané napríklad v patentových spisoch US 4,715,679, US 4,822,399, US 4,755,022.

Je rovnako známe, že podmienkou zaslania stále väčšieho množstva informácií po rovnakej prenosovej linke vedie k nevyhnutnosti poslania viacerých prenosových kanálov po rovnakej linke, pomocou tzv. WDM - procesu s delením podľa vlnovej dĺžky, podľa ktorého viac kanálov obsahujúcich analógové alebo digitálne signály sú zaslané naraz po linke tvorenej jednoduchým optickým vláknom a uvedené kanály sú rozdelené navzájom tak, že každému zodpovedá vlastná vlnová dĺžka v použitom prenosovom pásme.

Toto technické riešenie umožňuje prenos niekoľkých jednotiek informácií počas jedného času. Uvedený počet informácií bude prenášaný pomocou niekoľkých kanálov, pričom prenosová rýchlosť všetkých kanálov bude zhodná.

Rovnako je zistené, že WDM prenos po uvedenom jednovidovom optickom vlákne s posunutým rozkladom dáva rozsah intermodulačného fenoménu medzi kanálmi, známy ako štvorvlnové miešanie FWM.

Tento fenomén spočíva v tom, že v podstate tri súčasné t

optické signály v optickom vlákne sú doplnené o štvrtý signál, ktorý môže ostatné obopínať, t.j. redukovať výkon systému.

Tento fenomén je popísaný napríklad v Journal of Lightwave Technology, Vol. 8, No. 9, september 1990, str. 1402 až 1408, efekt je spôsobený nelineárnym trojcestným fenoménom, ktorý môže byť veľmi silný počas vysokého poľa intenzity v jadre vlákna a vysokou interakciou svetiel medzi signálmi.

Podrobnejšie táto publikácia popisuje jednotlivé optické vlákna, zväčšená účinnosť štyroch vín (t.j. účinok šumu v systéme) je redukovaná prítomnosťou rozdielov medzi frekvenciami signálov, chromatickým rozptylom alebo prenosovou dĺžkou pomocou fázového posunu medzi signálmi.

V prípade, že optické vlákno má nízko chromatický rozptyl vlákna (napríklad vyššie popísané DS vlákno) a má malú účinnú plochu interakcie medzi optickými frekvenciami (jednovidové vlákno), nelineárny výsledok pri vytváraní štyroch vín môže obmedzovať prenos tým, že využívajúce výrobky môžu spadať do prijímacieho pásma, dávajúceho zdroj šumu.

Riešenie, uvedené vo vyššie citovanej publikácii na vytvorenie WDM systému, obsahuje domnelú vzdialenosť medzi vlnovými dĺžkami rôznych kanálov a výkonov signálov.

Z patentového spisu US 5,327,516 je známe optické vlákno pre WDM telekomunikačné systémy, ktoré majú absolútnu hodnotu chromatického rozptylu 1550 m obsahujúceho rozsah medzi 1,5 a 4 ps/(nm.km) a strmosť nižšej krivky rozptylu 0,15 ps/(nm².km) v časti vlákna dlhšej ako 2,2 km, ako je jasne napísané v texte (3. odstavec, riadky 1 až 5), tieto riešenia optického vlákna v podstate predstavujú malý stupeň lineárneho rozptylu, ktorý spôsobuje fázový posun medzi optickými kanálmi, ktoré vedú k vyššie popísaným nelineárnym efektom.

Journal of Lightwave Technology, Vol. 10, No. 11, november 1992, str. 1553 až 1561 uvádzajú existenciu ďalších podmienok, ktoré spôsobujú stvorvlnovú generáciu dávajúcu maximum a udávajú, že je vhodné, keď dve z troch optických vlákien majú vlnovú dĺžku symetrickú medzi sebou navzájom vzhladom k vlnovej dĺžke s nulovým rozptylom alebo keď jedno optické vlákno má rovnakú vlnovú dĺžku ako vlnová dĺžka prinášajúca nulový rozptyl.

Rovnaká publikácia popisuje skutočnosť, že pre rušenie na linke, vzniknuté v priebehu výrobného procesu vlákna, hodnota vlnovej dĺžky prináša rozptyl k nule, pohybujúci sa pozdĺž dĺžky vlákna, z experimentov vykonaných s rôznymi luminiscenčnými zdrojmi frekvencie medzi fixnou vlnovou dĺžkou 1557,7 nm. Pôvodca zistil rôznu hodnotu špičiek pre úsek vlákna dlhý 2,5 km, vychádzajúceho z jediného prototypu. To znamená, že vlnová dĺžka nulového chromatického rozptylu v každom testovanom vlákne bola rôzna i keď vlákna mali základ z rovnakého základu.

Rozdiel medzi detekciou nulového rozptylu frekvencii je rádovo 100 GHz (zodpovedá 0,8 nm vlnovej dĺžky), u 10 km dlhých vlákien je rýchla redukcia s FWM účinkom v závislosti od zvyšujúcej sa vzdialenosti medzi frekvenciami kanálov.

V súlade s uvedenými výsledkami uvedená publikácia popisuje, že výroba jednotného vlákna je nevyhnutná tak, že je vlákno schopné pracovať v širokom rozsahu vlnových dĺžok.

Journal of Lightwave Technology, Vol. 1, No. 10, október

1993, str. 1615 až 1621, popisuje spôsob a vlákno schopné eliminovať šum z nelineárneho prenosového takéhoto prenosového vlákna s 0) rýchlosťou v normálnej s anomálnym k nule opäť skupine (D < rozptylom (D > 0) po celej dĺžke zosilňovačmi. Táto publikácia sa systému pomocou rozptylu vlákien a popisuje krátky úsek vlákna v ďalšom, prinášajúci rozptyl medzi dvoma regeneratívnymi týka prípadu FWM fenoménu medzi optickým kanálom a zosilňovačom, vyvolávajúcim emisie v jednoduchom kanále a v systéme na veími dlhú vzdialenosť.

Podstata vynálezu

Z tohto hľadiska sa súčasný vynález týka optického telekomunikačného systému, obsahujúceho:

- minimálne dva zdroje optických signálov, modulovaných na rôznych vlnových dĺžkach, zovretých vo vopred určenom prenosovom frekvenčnom pásme, pri vopred určenej prenosovej rýchlosti,

- prostriedky pre multiplexing daných signálov k vstupu do jedného optického vlákna,

- linku z optického vlákna, pripojenú na jednom konci k danému multiplexu,

- prostriedky na príjem daných signálov, obsahujúce optické prostriedky pre demultiplexing signálov, ktoré sú samé závislé od príslušnej vlnovej dĺžky, kde dané signály majú optický výkon hodnoty väčšie ako je vopred určená hodnota v minimálne jednej časti danej linky z optického vlákna. Linka obsahuje optické vlákno, ktoré má chromatickú rozptylovú hodnotu nižšiu ako je vopred určená hodnota v danom prenosovom frekvenčnom pásme, ktorého podstatou je, že dané optické vlákno má vzrastajúci chromatický rozptyl so vzrastajúcou vlnovou dĺžkou a vykazuje nulovú hodnotu pri vlnovej dĺžke nižšej ako minimum pri vlnovej dĺžke daného pásma, a to pri takom množstve, ktoré je včlenené, nie však miestnu nulovú hodnotu chromatického rozptylu, prítomnú vo vlákne a schopnú generovania javu štvorvlnového zmiešavania v danom pásme.

Predovšetkým potom daná hodnota vlnovej dĺžky, spôsobujúca chromatický rozptyl k nule, je nižšia pri minimálne 10 nm ako minimum vlnovej dĺžky daného prenosového pásma.

Prednostne potom daná hodnota vlnovej dĺžky, spôsobujúca chromatický rozptyl k nule je nižšia alebo rovná 1520 nm a prednostnejšie je umiestnená medzi 1500 a 1520 nm.

i

S výhodou je hodnota chromatického rozptylu v danom vlákne nižšia ako 3 ps/(nm.km) vo vopred určenom prenosovom pásme.

S výhodou potom vopred daná určená hodnota optického výkonu daného vlákna minimálne v jednej časti danej linky nie je nižšia ako 3 mV na kanál.

Vo výhodnom vyhotovení systém podlá vynálezu obsahuje minimálne jeden optický zosilňovač, vsadený do rámca optickej linky. Daný optický zosilňovač má s výhodou pásmo zosilnenia signálu obsahujúce dané, vopred určené vlnové pásmo a lepšie potom pásmo zosilnenia signálu, ktoré je umiestnené medzi 1530 a 1570 nm.

Vo výhodnom vyhotovení riešenia systém obsahuje aspoň štyri optické zosilňovače.

Z ďalšieho hladiska sa uvedený vynález týka optického vlákna pre prenos minimálne dvoch optických signálov vo vopred určenom prenosovom frekvenčnom pásme, vyznačujúci sa tým, že má chromatický rozptyl, meraný na dĺžke minimálne 10 km, ktorý dosahuje nulu pre hodnotu u vlnovej dĺžky, umiestnenej vo vopred určenom intervale, z ktorého maximálna hodnota je nižšia ako minimum u vlnovej dĺžky daného pásma pri takom množstve, ktoré je v podstate umiestnené v danom pásme, nejedná sa však o miestnu hodnotu u vlnovej dĺžky, spôsobujúcej chromatický rozptyl, prítomný vo vlákne k nule, schopná generovania intermodulačných špičiek daných signálov.

Zvlášť každá z danej vlnovej dĺžky s nulovou hodnotu miestneho chromatického rozptylu sa odlišuje o menej ako 10 nm od vlnovej dĺžky s nulovou hodnotou celkového chromatického rozptylu vo vlákne.

Zvlášť optické vlákno podía tohto vynálezu má chromatický rozptyl menší ako 3 ps/(nm.km) v danom prenosovom pásme a nadobúda nulu pri minimálne 10 nm pre hodnoty nižšie ako je minimum u hodnoty vlnovej dĺžky daného pásma.

Z iného hladiska sa optické vlákno podía vynálezu vyznačuje tým, že celková dĺžka vlákna väčšia ako 100 km, má chromatický rozptyl takej hodňoty, že intermodulačné špičky nie sú generované ani v prítomnosti minimálne dvoch optických signálov cez niekoíko kanálov s rôznymi vlnovými dĺžkami, majúcimi výkon aspoň 3 mW na kanál a napájaných na konci vlákna a ich intenzita spôsobuje pomer signál/(šum (S/N) nižší ako 20.

Z ďalšieho hľadiska sa uvedený vynález týka riešenia spôsobu na prenos optických signálov pri vopred určenej prenosovej rýchlosti, obsahujúceho nasledujúce kroky:

- generovanie minimálne dvoch modulovaných optických signálov o vopred určených vlnových dĺžkach, zahrnutých vo vopred určenom prenosovom pásme daných vlnových dĺžok a pri daných vlnových dĺžkach, rozdielnych jedna od druhej minimálne o 2 nm,

- privádzanie daných signálov do jednovidového optického vlákna, ktoré má chromatický rozptyl nižší ako 3 ps/(nm,km) v danom prenosovom pásme a ktoré má nulový bod chromatického rozptylu vo vopred určenej vlnovej dĺžke,

- zosilnenie daného optického signálu minimálne jedenkrát pomocou minimálne jedného aktívneho zosilňovača optického vlákna,

- prenos daných signálov na vzdialenosť minimálne 50 km,

- príjem daných signálov prostredníctvom demultiplexujúceho prij ímača, kde výkon daných signálov v minimálne jednej časti daného vlákna je vyšší ako hodnota schopná spôsobiť šum z dôvodov štvorvlnového zmiešavania medzi kanálmi, vyznačujúca sa tým, že minimálna hodnota vlnovej dĺžky prenosového pásma je vyššia u daného množstva ako hodnota u vlnovej dĺžky, privádzajúcej chromatický rozptyl k nule. Toto uvedené množstvo má takú hodnotu, že nikdy v účinnej časti optického vlákna hodnota chromatického rozptylu v danom pásme nedosahuje nulu.

Prednostne dané minimum vlnovej dĺžky daného prenosového pásma je vyššie ako nulová hodnota chromatického rozptylu minimálne o 10 nm.

Prednostnejšie daná hodnota u vlnovej dĺžky, privádzajúca chromatický rozptyl k nule, je obsiahnutá medzi 1500 a 1520 nm.

S výhodou, vopred daná prenosová rýchlosť je vyššia alebo rovná 2,5 Gbit/s.

Výhodnejšie, hodnota výkonu daných signálov daného optického vlákna, ktorá je schopná spôsobiť šum ako výsledok štvorvlnového zmiešavania medzi kanálmi, je minimálne 3 mW na kanál.

Podía ďalšieho hľadiska sa uvedený vynález týka optického vlákna pre prenos optických signálov, citlivých na nelineárne javy vo vopred určenom pásme vlnových dĺžok, vyznačujúci sa tým, že má chromatický rozptyl nižší ako vopred definovaná hodnota v danom pásme. Hodnota nadobúda nulu pri hodnotách u vlnových dĺžok, obsiahnutých vo vopred definovanom intervale, ktorého maximálna hodnota je nižšia ako minimum u vlnovej dĺžky daného pásma. To u takého množstva, ktoré je podstatné, nie u miestnej hodnoty vlnovej dĺžky, privádzajúcej miestny chromatický rozptyl k nule, prítomná v časti vlákna dĺžkou, schopnou generovania spektrálnej modifikácie daných signálov, včleneného do daného pásma.

Výhodnejšie, každá z daných vlnových dĺžok s nulovými hodnotami miestneho chromatického rozptylu sa odlišuje minimálne o 10 nm od vlnovej dĺžky s nulovou hodnotou z celkovej hodnoty chromatického rozptylu vo vlákne.

Predovšetkým má optické vlákno chromatický rozptyl menší ako 3 ps/(nm.km) v danom prenosovom pásme a nadobúda nulu pri minimálne 10 nm pre hodnoty nižšie ako , je minimum u hodnoty vlnovej dĺžky daného pásma, prednostne je definovaná vlnová dĺžka pásma v rozsahu od 1530 do 1560 nm.

Prehíad obrázkov na výkresoch

Podrobnejšie detaily budú popísané ďalej pomocou priložených výkresov, kde

Na obr. 1 je znázornená schéma zapojenia experimentálneho prenosového zariadenia, na obr. 2 sú znázornené krivky meranej bitovej chybovosti BER, merané pre rôzne S/N hodnoty závislé od výkonu príjmu pri prenosových testoch so zariadením podlá obr. 1, na obr. 3 je znázornené spektrum zistené pri teste so štvorkanálovým prenosom pomocou zariadenia z obr. 1 a komerčného DS vlákna (výber čísla pri automatickej volbe), obr. 4 znázorňuje schému zapojenia testovacieho zariadenia na pozorovanie účinkov FWM (štvorvlnové miešanie) v jednom vlákne, obr. 6 znázorňuje diagram popisujúci účinnosť FWM a komerčnom, 5 km dlhom DS vlákne, obr. 7 znázorňuje diagram popisujúci účinnosť FWM na komerčnom, 60 km dlhom DS vlákne, obr. 8 znázorňuje diagram popisujúci účinnosť FWM na odlišnom od komerčného, 60 km dlhého DS vlákne, obr. 9 znázorňuje diagram simulovanej účinnosti FWM pre vlákno znázornené na obr. 8, obr. 10 znázorňuje vypočítaný diagram maximálne prípustných výkonov na jeden kanál v osemkanálovom zosilnenom prenosovom systéme s 100 km úsekmi, používajúcimi vlákna typu DS majúce miestne hodnoty rozložené pozdĺž rôznych plôch spektra, obr. 11 znázorňuje zistené spektrum využívajúce zariadenie z obr. 1 a optické vlákno podľa tohto vynálezu, obr. 12 znázorňuje profil indexu lomu optického vlákna so spektrom znázorneným na obr. 11, obr. 13 znázorňuje rozptylovú krivku optického vlákna so spektrom z obr. 11, obr. 14 zobrazuje príkladové vyhotovenie optického prenosového systému podľa vynálezu, obr. 15 zobrazuje príkladové vyhotovenie harmonizovanej jednotky prispôsobenej k systému z obr. 14, obr. 16 znázorňuje schému zapojenia linkového zosilňovača.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Experimentálne zariadenie pre popísanie účinku štvorvlnového miešania (FWM) v prenosovom systéme so zosilnením a na zhodnotenie výsledkov účinkov šumu pri prenose je znázornené na obr. 1.

Toto zariadenie obsahuje laser 1 s vonkajšou moduláciou, majúci pevnú vlnovú dĺžku 1557 nm, dva lasery 2, 2 s premennou vlnovou dĺžkou v rozsahu od 1530 do 1560 nm a laser 4 s vonkajšou moduláciou s pevnou vlnovou dĺžkou 1550 nm. V príklade 1 je laser

4. neaktívny.

Lasery 2, 4 pozostávajú z prispôsobených zariadení dostupných u prihlasovateía pod obchodným menom TXT-EM, systém T31.

Lasery 2, 2 pozostávajú z vonkajšieho rezonátorového lasera (ECL), model TSL-80, vyrobeného firmou SANTEC, Micon Valley Thkadai, Kamisue, Komaki, Aichi 485 (JP) a model HP81678A, vyrobený HEWLETT PACKARD COMPANY, Rockwell, MD (USA), každý samostatne.

Signály generované lasermi 1, 2 premennej vlnovej dĺžky sú posielané do polarizačných regulátorov 5 a útlmových článkov 6 na vyrovnanie kanálov.

Polarizačné regulátory 5 pozostávajú každý z dvoch prvkov, tvorených cievkami optického vlákna typu SM, s priemerom približne 20 až 40 mm, zavesených na osiach kvôli maximalizácii polarizačného vyrovnania rôznych kanálov.

Tri generované nosné vlny sú poslané do vstupov pasívnych optických kombinačných obvodov 1x4 7, ktorými sú signály zmiešané do jedného výstupného optického vlákna.

Použitý kombinačný obvod bol kombinačný obvod s roztaveným vláknom, model 1x4 SMTC-0104-1550-A-H, obchodne využívaný firmou E-TEK DYNAMICS INC., 1885 Lundy Ave, San Jose, CA (USA).

Signály boli zaslané do boostera 8 a z boostera 8 do optickej linky tvorenej štvorvlákennými optickými úsekmi vlákna 9, z ktorých každý je dlhý 60 km a má pozdĺž seba rozmiestnené tri linkové optické zosilňovače 10.

Predzosilňovač 11 bol pripojený ku koncu posledného úseku optického vlákna.

Výstup predzosilňovača 11 bol prepojený cez Fabry - Perotov filter 12 na ukončenie 13 (Philips SDH 2,5 Gb/s) vyrábaný so zariadením 14 s meranou bitovou chybovosťou (BER) a/alebo k analyzátoru 15 optického spektra, monochromatického typu, model MS9030A/MS9701B vyrábaný firmou ANRITSU Corporation, 5-10-27 Minato-ku, Tokyo (JP).

Celkové výkony zasielané z linkových jednotlivých úsekov optického vlákna boli zodpovedajúce dĺžky vlákien boli okolo 23 dB bola získaná v útlmových prvkoch 16).

zosilňovačov do okolo 13 dBm, (časť zoslabenia

Booster bol TPA/E-MW model, vyrábaný prihlasovateíom.

Linkové zosilňovače 10 boli OLA/E-MW modely, vyrábané prihlasovateíom. Podrobnejší popis linkových zosilňovačov je uvedený ďalej. ,

Predzosilňovač 11 bol RPA/E-MW model, získaný u prihlasovateía.

použité v príklade 1 boli optické vlákna rozptylom, vyrábané FOS, s nasledujúcimi

- vlnová dĺžka pre dosiahnutie chromatického rozptylu v nule

- chromatický rozptyl v 1550 nm

Optické vlákna

SM-DS s posunutým nominálnymi znakmi:

% o = 1540 nm

Dc =1 ps/(nm.km)

- strmost krivky chromatického rozptylu

- priemer módu

- medzná vlnová dĺžka

Dc' = 0,11 ps/(nm².km) MFD = 8,1 μιη (LP11 medzná) c = 1230 nm

Jednotný chromatický rozptyl vlákna bol meraný s ohíadom na techniku fázového posunu podía odporučení ITU-T G.650 z marca 1993 (použitá dĺžka vlákna na meranie bola 1 až 2 km).

Pri prvej manipulácii s lasermi 2, 2 s premennou vlnovou dĺžkou a po zistení prijímacieho spektra bol nájdený uvažovaný FWM výsledok, keď jeden z vonkajších rezonátorových laserov 2 bol nastavený na 1554 nm, pričom druhý laser 2 bol udržiavaný na 1548 nm.

Potom bol vonkajší rezonátorový laser 2 udržiavaný na vyššie uvedenej vlnovej dĺžke a ďalší vonkajší rezonátorový laser bol presunutý na 1550,37 nm, aby FWM intermodulačný výsledok mohol byt fixovaný na vlnovej dĺžke 1557 nm laseru 1 s vonkajšou moduláciou. Takto získané spektrum je zobrazené na obr. 5.

Za vyššie uvedených podmienok bol potom laser 1 zapnutý a pripojený na zakončenie 13 linky na 2,5 Gb/s. Takto vznikol prípad úplného prekrytia medzi signálom ₍a FWM intermodulačným výsledkom s cieíom merania množstva sumu, generovaného ním samým.

Cez filter 12 úrovne BER boli, z dôvodu kontroly negatívneho pôsobenia, merané presluchy s rôznymi hodnotami pomeru signál/šum (N/S), získanými pri zmenách hodnôt výkonu vstupného signálu, uskutočnenými pomerovým útlmovým členom 6. Získané výsledky sú uvedené na obr. 2, znázorňujúcom krivky 17, 18, 19 BER, zistené za podmienok, pri ktorých pomer S/N nadobúdal hodnoty: 14,7 dB, 13,3 dB a 11 dB, prípadne, kde bola zistená krivka 20 pri neprítomnosti FWM, ako je to popísané v nasledujúcom príklade 8.

Ako možno pozorovať z obr. 2, pri pomere S/N = 14,7 dB a pri BER 10⁹ dáva prítomnosť FWM špičiek pôvod k negatívnemu pôsobeniu až okolo 0,8 dB, a to v prípade neprítomnosti FWM.

Presluchy medzi krivkami s pomerom S/N =14,7 dB a S/N =

13,3 dB sú posudzované v tom zmysle, že sú primerané FWM kolísaniam v dôsledku zmien stavu polarizácie signálov počas merania.

Dve nosné na 2,5 Gb/s, generujúce FWM, by rovnako niesli SHD rámec na 2,5 Gb/s a bolo by možné očakávať i väčšie negatívne pôsobenie.

Príklad 2

Bolo použité experimentálne zariadenie popísané vyššie a znázornené na obr. 1. Test prenosu bol rovnako vykonaný pri použití popísaných troch nosičov, kde bol štvrtý nosič generovaný laserom 4 pri 1550 nm a bolo zistené prijímané spektrum, znázornené na obr. 3.

V tomto prípade môžeme po prvé vidieť, že spektrum obsahuje niekolko špičiek v načítaných signáloch počas činnosti FWM, spôsobujúce kombináciu prípadov, v ktorých je jeden nosič na ^o, dva nosiče symetrické k o, dva nosiče majúce uzatvorené frekvencie.

Príklad 3

Z dôvodov preskúmania vplyvov FWM účinkov na vlákna použité na prenos, bola pripravená zjednodušená pokusná aparatúra, ako je vidno z obr. 4, pozostávajúca z vonkajšieho rezonátorového lasera 1 určeného na generovanie fixnej vlnovej dĺžky optického nosiča a vonkajšieho rezonátorového lasera 2 na generovanie premennej vlnovej dĺžky optického nosiča. Výstupné vlákna z obidvoch laserov boli napojené k optického väzobnému členu 21. Vo výstupe lasera 2 bol umiestnený polarizačný regulátor 5 a útlmový člen na vyrovnávanie optického výkonu medzi oboma kanálmi.

Vo výstupe optického väzobného člena 21 bol booster 22, pripojený na jeden koniec optického prenosového vlákna 23 . ktoré končilo na vstupe spektrálneho analyzátora 15.

Optickým väzobným členom 21 bol združovací vláknový väzobný člen, model 1x2, vyrábaný vyššie uvedenou firmou E-TEK.

Booster 22 bol modelom AMPLIPHOS (registrovaná ochranná známka), vyrábaným a predávaným prihlasovateľom. Mal saturačný výkon +15 dB.

Laser 1 a laser 2 boli tie isté ECL lasery z príkladu 1, už popísané a vyrábané firmou SANTEC a prípadne firmou Hewlett Packard. Vlnová dĺžka lasera 1 bola fixná = 1556,54 nm.

Spektrálny analyzátor 15 bol už popísaný ako monochromátor ANRITSU.

Optické vlákno použité pri teste bolo typu SM-DS FOS vlákno a bolo 5 km dlhé.

Vlnová dĺžka, generovaná laserom 2, sa nútene menila po krokoch 0,1 nm. Graf, znázornený na obr. 6, bol získaný s pomocou spektrálneho analyzátora .15. Ukazuje štandardizované účinnosti

E ^{= P}FWm/^PFWM max ^na 9^enerovanie špičky f221 z FWM s fixnou vlnovou dĺžkou prvého kanálu a pri meniacej sa vlnovej dĺžke druhého kanála.

Obzvlášť v rozsahu, zovretom medzi 1544 a 1547 nm, boli napríklad zistené dve maximá účinnosti. Maximá boli posudzované v tom zmysle, že sú prípadne primerané prítomnosti dvoch rôznych hodnôt o vo vlákne, t.j. 1544,85 a 1545,55 nm.

Príklad 4

Bol uskutočnený ďalší príklad, u ktorého bol použitý rovnaký postup ako v príklade 3, ale s použitím 60 km dlhého vlákna.

Ako je vidno z obr. 7, bol každý nameraný výsledok výkonu p z f221 FWM špičky na vlákne, majúcom dĺžku L =60 km, získaný pomocou 1545,2 nm laseru s fixnou vlnovou dĺžkou a pomocou lasera s premennou vlnovou dĺžkou, meniacou sa krokovo po 0,1 nm v rozsahu obsiahnutom medzi 1550 a 1557 nm.

Meraný výkon je štandardizovaný v optických nosičoch o 1 mW výkone na vstupe, podlá nasledujúceho vzťahu ^PFWM ^PFWM (štandard) = pin₁ . pin₂ ² kde pin₁ . pin₂ sú hodnoty výkonu na vstupe optických nosičov.

Z grafu je najmä vidieť existenciu niekoľkých špičiek účinku FWM, ktoré sú dané rôznymi hodnotami % o rozmiestnenými miestne pozdĺž vlákna.

Príklad 5

Rovnaké usporiadanie ako v príklade 4 bolo použité pre ďalší príklad s použitím ECL lasera majúceho fixnú vlnovú dĺžku 1525 nm a ECL lasera s variabilnou vlnovou dĺžkou, spojenými s komerčným DS vláknom vyrábaným FOS, s nasledujúcimi znakmi:

- vlnová dĺžka (nominálna) pre dosiahnutie chromatického rozptylu v nule

- chromatický rozptyl v 1550 nm

- strmosť krivky chromatického rozptylu

- dĺžka o = 1525 nm Dc =3 ps/(nm.km)

Dc' = 0,12 ps/(nm².km)

L = 60 km

Obr. 8 znázorňuje výkon P_FWM FWM špičiek, štandardizovaných pri pin = 1 mW, v pásme umiestnenom medzi 1527 až 1539 nm.

Tento príklad ukazuje, že vlákno má špičky FWM účinnosti zodpovedajúce prítomnosti niekoľkých hodnôt ?io rozmiestnených v pásme 1527 až 1539, zároveň je nominálne v odlišnej (1525 nm) vlnovej dľžke.

Príklad 6

Simulačný test, založený na numerickej hodnote, popísanej v Journal of Lightwave Technology, Vol. 10, No. 11, november 1992, str. 1553 až 1561, bol vykonaný simulovaním optického prenosového vlákna. Bol podobný jednému z meraní z predchádzajúcich pokusov a formovaný na 30 úsekoch, pričom každý z nich mal hodnotu náhodne rozdelenú medzi 1527 a 1539 nm (rovnaké pásmo ako to, v ktorom boli experimentálne pozorované FWM špičky, prisudzované lokálnej ^\o).

Vypočítané dáta vlákna boli nasledujúce:

útlm index lomu skla priemer vidu nelineárna susceptibilita tretieho poradia strmosť krivky chromatického rozptylu dĺžka

a =	0,28	dB/km
n =	1,45
MFD =	8 μιη
1111 =	4,26	. 10-14 m3/J
Dc' =	0,12	ps/(nm2.km)
L =	60 km

Vypočítaný vlnových dĺžok štandardizovaný výkon FWM je znázornený na obr. 9.

špičiek rôznych

Z porovnania profilov špičiek FWM na obr. 8 a obr. 9 je vidno podobnosť umiestnenia kvality špičiek, zistených experimentálne s jedným optickým vláknom komerčného typu.

Takéto výsledky vnucujú myšlienku, že rozdelenie typov, predpokladaných pri simulácii, dáva výsledky celkom podobné tým, ktoré sú zisťované pokusne na reálnom vlákne a v skúmanom vlnovom pásme.

Príklad 7

S využitím toho istého algoritmu, ako už bol uvedený vyššie, bola vykonaná simulácia zosilňovanej optickej linky. Pozostávajú z N častí optického DS vlákna, ktoré malo dĺžku 100 km a bolo simulované, ako je zrejmé z príkladu 6, i s pomerovými zosilňovačmi, vsunutými s cieíom kompenzovať útlm v systéme, obsahujúcom 8 kanálov, priestorovo oddelených jeden od druhého o rovnakú vzdialenosť, medzi 1530 a 1545 nm.

Krivky, uvedené na obr. prenositeíného výkonu p pre každý rovným 20, závislom od počtu N a zodpovedajúcich zosilňovačov.

10, predstavujú maximum kanál so S/N väčším alebo častí optického vlákna

Krivky 24 , 25, 26, 27 zodpovedajú prípadne i simulácii vlákna, ktoré má hodnotu ?\o vlnovej dĺžky umiestnenú medzi 1527 až 1537 nm, 1520 až 1530 nm, 1516 až 1526 nm a 1512 až 1522 nm.

Ako možno vysledovať z obrázku, nie je možné s vláknom, ktoré má )\o v rozsahu medzi 1527 a 1537 nm, vždy po jednom alebo dvoch úsekoch daného vlákna pozorovať potrebnú úroveň S/N bez maxima výkonu, ktoré ide pod 2 až 3 mW na kanál. Tiež u vlákna, ktoré má hodnoty ?P v rozsahu medzi 1520 až 1530 nm, sa ukazuje, že nie je možné vyrobiť viac ako štyri úseky DS vlákna, z ktorých je každý dlhý 100 km a je opatrený pomerovými zosilňovačmi, bez maximálneho prenositeíného výkonu, ktorý by šiel pod 5 mW na kanál.

Je však potrebné poznamenať, že prítomnosť šumu za prítomnosti spontánneho vysielania (ASE) v zosilňovaných optických linkách na druhej strane si vynucuje, že prenášaná výkonová hladina musí byť udržiavaná dostatočne vysoká, aby negatívne neovplyvnila pomer S/N. Táto požiadavka sa zvyšuje so zvyšujúcim sa počtom prítomných zosilňovačov. Pre prvé priblíženie potom pre systém, ktorý má 6 zosilňovačov a 100 km dlhý úsek vlákna, sú požadované minimálne 3 až 6 mW na kanál, aby sa negatívne neovplyvnila primeranosť k ASE 8 (pri 2,5 Gb/s).

Príklad 8

Ďalší test bol vykonaný s použitím experimentálneho zariadenia, znázorneného na obr. 1, kde bolo komerčné DS vlákno z príkladu 1 nahradené DS vláknom s nasledujúcimi vlastnosťami:

- vlnová dĺžka (nominálna) pre dosiahnutie chromatického rozptylu v nule

- rozloženie po 3s

- chromatický rozptyl medzi 1530 až 1560 nm

- strmosť krivky chromatického rozptylu (pri 1550 nm)

- účinná plocha

2^o = 1520 nm = ± 10 nm

Dc = 0,7-3 ps/(nm.km)

Dc' = 0,11 ps/(nm².km) Αθ^^ = 50 - 60 μπι²

Spektrum, získané za vyššie uvedených podmienok, je znázornené na obr. 11, kde krivka BER meraná za uvedených podmienok je krivka 20 z obr. 2.

Ako je vidno z obr. 11, objavia sa nedôležité FWM špičky a krivka na obr. 2 zobrazuje, že s BER 10^-9 možno akceptovať prijímaný výkon okolo -33,3 dBm. Tento výkon je značne nižší ako ten, ktorý je potrebný pre tú istú BER úroveň so známymi vláknami.

Na základe vyhotovených príkladov a pokusov sú šumové javy v optických vláknach DS typu, známych z doterajšieho stavu techniky, pri zmiešavaní medzi kanálmi považované v zmysle zistených výsledkov za fakty, že dané vlákna majú hodnotu vlnovej dĺžky, privádzajúcej chromatický rozptyl k nule, pričom táto vlnová dĺžka nie je konštantná v celej dĺžke optického vlákna, i keď drôt to isté dokáže. Daná hodnota vlnovej dĺžky je oproti tomu podrobená miestnym úchylkám v ďaleko väčšom množstve ako je v literatúre. Tieto úchylky existujú v takom množstve, že v niektorých úsekoch vlákna miestna hodnota vlnovej dĺžky Xo klesá vo vnútri pracovného pásma daných zosilňovačov dotovaných erbiom tak, že prenosové kanály sú privedené k interakcii jedného s druhým a vytvárajú vlastný pôvodný pozorovaný zmiešavací jav.

Podlá jedného hladiska uvádzaného vynálezu je teda možné vyrobiť optické vlákno, ktoré má posuvný nulový bod chromatického rozptylu, ktoré je prispôsobené tak, aby odstránilo javy nelinearity spôsobené FWM a najmä potom spôsobené nelineárnosťami priemerného indexu lomu vlákna v spojení so signálmi s veíkým výkonom a vysokou rýchlosťou.

Vlákno podía vynálezu je vlastnosťami:

- vlnová dĺžka (nominálna)

- rozloženie po 3s

- chromatický rozptyl medzi 1530 až 1560 nm

- strmosť krivky chromatického rozptylu (pri 1550 nm)

- účinná plocha najmä vlákno s nasledujúcimi ^o = 1520 nm = ± 10 nm

Dc = 0₍, 7-3 ps/(nm.km)

Dc' = 0,06-0,08 ps/(nm².km) =50-60 μη²

Na obr. 12 a obr. 13 je znázornená krivka profilu indexu lomu a krivka chromatického rozptylu optického vlákna z príkladu 8.

Disperzná krivka je v podstate lineárna v intervale medzi 1200 až 1700 nm.

Profilom indexu lomu je typ segmentované jadro.

Totožné výsledky sú posudzované rovnako s vláknami s rôznymi profilmi, získaných nasledujúcimi rôznymi technikami, velmi dobre známymi z doterajšieho stavu techniky ako sú OVD, MCVD, VAD. To za predpokladu, že vlnová dĺžka, privádzajúca chromatický rozptyl k nule, je vybraná zo stálych rozsahov.

Podía ďalšieho híadiska vynálezu je možné vyrobiť prenosovú linku z optického vlákna pre WDM prenos dát vysokých výkonov a rýchlostí, v ktorej je generovanie FWM javu primerané nelinearite indexu lomu použitého optického vlákna. Pri veíkých vzdialenostiach budú zaradené pomerové zosilňovače, i keď sú použité optické vlákna DS typu, t.j. vlákna, ktoré majú chromatický rozptyl nižší ako 3 ps/(nm.km), a tým sú schopné odstrániť a obmedziť dočasne sa šíriace javy pri prenášaní pulzov.

Výhodné vyhotovenie multikanálového WDS telekomunikačného systému podía vynálezu je najlepšie vidieť na priložených obr. 14 až 16. Poskytuje niekoíko zdrojov pôvodných optických signálov, štyri sú napríklad uvedené 28a, 28b, 28c, 28d. Každý z daných signálov, pomenovaných externými signálmi, je vybavený prenosovými rysmi, ako vlnová dĺžka, typ Signály, generované z týchto zdrojov, sú napojené na prenosovú stanicu 29.. Každý z nich je vyslaný

I k príslušnému spojovaciemu modulu 30a, 3 0b, 30c, 30d, prispôsobenému na príjem externých pôvodných optických signálov, ich zistenie a regenerovanie a na dodanie nových vlastností, prispôsobených prenosovému systému.

svojimi vlastnými modulácie, výkon.

Dané spojovacie moduly najmä generujú optické pracovné signály vlnových dĺžok Tu, 7^2, ^3, ^4, obsiahnuté v užitočnom pracovnom pásme zosilňovačov, postupne nádväzne rozmiestnených v systéme.

V patente US 5,267,073 toho istého prihlasovateía, popis ktorého je začlenený v odkazoch, sú popísané spojovacie moduly, ktoré obzvlášť obsahujú prenosový adaptér, prispôsobený na konvertovanie optických vstupných signálov na formát, vhodný pre optickú prenosovú linku a príjmový adaptér, prispôsobený na konvertovanie prenášaného signálu na formát, vhodný pre prijímaciu jednotku.

Pre použitie v systéme podlá tohto vynálezu obsahuje prenosový adaptér s výhodou ako laser generujúci výstupný signál, laser typu s vonkajšou moduláciou.

Diagram prenosového spojovacieho modulu, typu, prispôsobeného na použitie v danom vynálezu, je vidno na obr. 15, kde z dôvodov zrejmosti sú predstavené optické prepojenia neprerušovanou čiarou a elektrické prepojenia sú predstavené prerušovanou čiarou.

Optický signál z jedného zo zdrojov 28a, 28b, 28c, 28d, zdroj 28a je napríklad znázornený, je prijímaný fotodetektorom (fotodiódou) 31, vysielajúcou elektrický signál, ktorý je napojený na elektronický zosilňovač 32.

Výstupný elektrický signál zo zosilňovača 32 je vedený do pilotného obvodu 33 modulovaného laserového vysielača, všeobecne označeného 34 , a prispôsobeného na generovanie optického signálu vybranej vlnovej dĺžky, obsahujúcej informáciu o prichádzajúcom signále.

Obvod 35 na príjem obslužného kanálu je ďalej vhodne pripojený k pilotnému obvodu 33. Modulovaný laserový vysielač 35 obsahuje laser 36 a externý modulátor 37 , napríklad MachZenderovho typu, pilotovaný signálom, vychádzajúcim z obvodu 33. Obvod 38 riadi dĺžku vysielanej vlny lasera 36, ktorý udržiava konštantnú dĺžku vlny na vopred zvolenej hodnote a kompenzuje možné vonkajšie poruchy ako sú teplota a podobne.

Spojovacie moduly typu určeného na príjem sú popísané vo vyššie uvedenom patente a dané na trh prihlasovatelom pod obchodným názvom TXT/E-EM.

Dané optické pracovné signály sú teda združovaču 39, prispôsobenému na súčasné signálov na vlnových dĺžkach ý^l, 7^2, optické výstupné vlákno 40.

napojené k signálovému vysielanie pracovných X } 4, cez jedno

Všeobecne je signálový združovač 39 pasívne optické zariadenie, u ktorého optické signály, prenášané na príslušné optické vlákna, sú združené do jedného vlákna. Zariadenia tohto typu pozostávajú napríklad zo združovacích vláknových členov planárnej optiky, mikrooptických zariadení a podobne.

Príkladom vhodného združovača môže byt združovač 1x4 SMTC-0104-1550-A-H, dodávaný na trh spoločnosťou E-TEX DYNAMIC INC., 1885 Lundy Ave, San Jose, CA (USA).

Prostredníctvom vlákna 40 sú dané pracovné signály, odkazované v nasledujúcom texte ako SI, S2, S3, S4, poslané do boostera 41, ktorý zvyšuje hladinu daných signálov až na hodnotu, dostatočnú na to, aby boli schopné pohybu cez následnú časť optického vlákna, kým dosiahnu ďalšie zosilňovacie prostriedky, pričom si musia udržiavať i na konci zodpovedajúcej časti vlákna dostatočnú výkonovú hladinu na zaistenie požadovanej prenosovej kvality.

Preto je prvá časť 42a optického vlákna pripojená k zosilňovaču 41 a zvyčajne obsahuje jednovidové optické vlákno krokového typu, vsadené vo vhodnom optickom kábli, ktorý je dlhý niekoľko desiatok alebo stoviek km, napríklad 100 km.

Na konci danej prvej časti 42a optickej linky je prvý linkový zosilňovač 43a prispôsobený na príjem signálu, utlmeného po ceste vláknom a na ich zosilnenie až na hladinu, dostatočnú na to, aby sa bol schopný napojiť na druhý úsek 42b optického vlákna rovnakých vlastností ako mala predchádzajúca časť vlákna.

Nasledujúce linkové zosilňovače 43b, 43c, 43d a príslušné úseky 42c, 42d, 42e optických vlákien potom kryjú potrebnú celkovú prenosovú vzdialenosť, kým nedosiahnu prijímaciu stanicu 44. Tá obsahuje predzosilňovač 45, prispôsobený na príjem signálov a primeraných zariadením, na ich zosilnenie na spracovanie

t.j. kým hladina z dôvodov kompenzácie strát nasledujúcim demultiplexným výkonu nebude prispôsobená citlivosti nasledujúcich prijímacích zariadení.

Z predzosilňovača 45 sú signály odoslané do demultiplexora 46, prostredníctvom ktorého sú od sebe oddelené v závislosti od zodpovedajúcich vlnových dĺžok. Potom sú signály, každý jednotlivo, odoslané k svojim spojovacím modulom 47a. 47b, 47c, 47d prispôsobeným na príjem optických signálov, ktoré majú vhodné charakteristiky pre nasledujúci prenosový systém, na ich obnovu na pôvodné optické charakteristiky alebo iné charakteristiky, vo všetkých prípadoch prispôsobené k príslušným prijímacím zariadeniam 48a. 48b, 48c. 48d.

Demultiplexor 46 je zariadenie, prispôsobené na roztriedenie signálov medzi niekoíko výstupných vlákien. Optické signály, napojené na vstupné vlákno, demultiplexor jednotlivo oddeíuje v závislosti od ich príslušnej vlnovej dĺžky. Môže obsahovať roztried’ovací vláknový delič, ktorý rozdelí vstupný signál na signály do niekoľkých výstupných vlákiep, obzvlášť často sa vyskytujú štyri. Každý z daných signálov je napojený na príslušný pásmový filter, orientovaný na každú z požadovaných vlnových dĺžok.

Napríklad súčiastka identická s už popísaným združovačom 39 signálu môže byť použitá tá istá i na roztriedenie signálu, iba namontovaná v opačnom usporiadaní, spojenom s príslušnými pásmovými filtrami.

Pásmové filtre stabilného typu sú napríklad k dispozícii v modeli FF-100 od firmy MICRON-OPTIC, INC., 2801 Buford Hwy, Suite 140, Atlanta, Georgia (US).

Popísané usporiadanie dáva obzvlášť uspokojivé výsledky pre prenosy cez vzdialenosti rádovo 500 km pri vysokej prenosovej rýchlosti, napríklad 2,5 Gbit/s (táto rýchlosť dosahuje pri štyroch multiplexných vlnových dĺžkach a prenosovej kapacite zodpovedajúcej 10 Gbit/s v jednej vlnovej dĺžke) a pri použití štyroch linkových zosilňovačov, jedného boostera a jedného predzosilňovača.

Nakoniec uvedeného popisu a na ďalšie použitie je booster 41 napríklad zosilňovač optického vlákna, komerčného typu s nasledujúcimi vlastnosťami:

- vstupný výkon -5 až +2 dBm

- výstupný výkon 13 dBm

- pracovná vlnová dĺžka 1530 - 1560 nm

Booster je zbavený vrubových filtrov.

Vhodným modelom je TPA/E-12, dodávaný na trh prihlasovateľom.

Daný zosilňovač používa aktívne optické vlákno dopované erbiom typu AL/GE/Er.

Boosterom je myslený zosilňovač, pracujúci v nasýtenom stave. Jeho výstupný výkon je závislý od čerpania výkonu, ako je podrobne popísané v európskom patente číslo EP 439,867, tu začlenenom v doterajšom stave techniky.

Na koniec daného vynálezu a na využitie vyššie uvedeného je predzosilňovačom myslený zosilňovač, umiestnený na extrémnom konci linky, schopný zvyšovania signálu, napojeného na prijímač na hodnotu vhodne vyššiu ako je prah citlivosti prijímača samotného (napríklad od -26 k -11 dBm na prijímačovom vstupnom konektore), pričom v rovnakom čase zvyšuje minimum možného šumu a udržiava signálovú rovnováhu.

Napríklad na vytvorenie predzosilňovača 45 možno použiť linkový zosilňovač, využívajúci to isté aktívne vlákno ako zosilňovače 43a až 43c, popísané v nasledujúcom texte, alebo možno rovnako na dané účely zosilňovač urýchlene navrhnúť podía eventuálnych špecifických požiadaviek.

Vhodným modelom je zariadenie RPA/E-W, dodávané na trh prihlasovateľom.

Usporiadanie vyššie popísaného prenosového systému je veími vhodné na napájanie požadovanými výkonmi, najmä pre multikanálový WDM prenos pri výskyte zvláštnej voíby vlastností linkových zosilňovačov, ktoré sú častou systému, obzvlášť pokiaľ sa týka schopnosti prenosu zvolených vlnových dĺžok bez toho, aby niektorá z nich bola negatívne ovplyvnená s ohíadom na iné vlnové dĺžky.

Jednotné chovanie všetkých kanálov možno obzvlášť zaistiť v pásme vlnových dĺžok, umiestnených medzi 1530 a 1560 nm, pri výskyte zosilňovačov, prispôsobených k činnosti v kaskáde pri použití linkových zosilňovačov, navrhnutých tak, aby mali pri kaskádovom zapojení a činnosti skutočne jednotnú (alebo rovnorodú) odpoveď na rozdielne vlnové dĺžky.

b) Linkový zosilňovač

Z vyššie uvedených dôvodov zosilňovač zamýšľaný na použitie ako linkový zosilňovač je vytvorený podía schémy uvedenej na obr. 16 a obsahuje jedno aktívne optické vlákno 49 dopované erbiom a príslušný saturačný laser 50, pripojený prostredníctvom dichroického väzobného člena 51. Optický izolátor 52 je umiestnený proti smeru vlákna 49 v smere pohybu signálu s cielom zosilniť ho, kým druhý optický izolátor 53 je umiestnený po smere samotného aktívneho vlákna.

Zosilňovač ďalej obsahuje druhé aktívne vlákno 54 dopované erbiom, priradené k príslušnému saturačnému laseru 55 prostredníctvom dichroického väzobného člena 56. V smere vlákna 54 je preto ďalší optický izolátor 57.

Alternatívne možno zosilňovač vyrobiť v jednostupňovom usporiadaní (nie je zobrazené), založenom na špecifických požiadavkách na ich použitie.

Výhodné zloženie a optické vlastnosti aktívnych vlákien v linkovom zosilňovači sú zahrnuté v nasledujúcej tabulke:

Al20o %wt (%mol)	GeO 2 %wt (%mól)	La2O3 %wt (%mól)	Er2O3 Na %wt (ímól)	7i c nm
4 (2.6)	18 (11.4)	1 (0.2)	0.2 (0.03) 0.219	911

kde:

%wt - hmotnostné percentá kyslíka obsiahnuté v jadre (priemer) %mól - mólové percentá kyslíka v jadre (priemer)

NA - číselná apertúra (nl² - nž²)¹/² ^c - medzná vlnová dĺžka (LPII medzná)

Analýza zloženia bola vykonaná na polotovare (pred ťahaním vlákna) mikroskúškou spojenou so scanovaním na elektrónovom mikroskope (SEM Hitachi).

Analýza bola vykonávaná pri 1300 násobnom zväčšení v diskrétnych bodoch, rozložených pozdĺž priemeru a vzdialených jeden od druhého 200 gm. Vlákna boli vyrobené vo vákuu technológiou pokovením vo vnútri rúrky z kremenného skla.

V priebehu krokov syntézy a výroby vlákna bolo vykonané v jadre vlákna legovanie kryštalickej mriežky kysličníka kremičitého gerániom.

’»·. J

- 28 Legovanie erbiom, hliníkom a lantánom do jadra vlákna bolo vykonané tzv. technikou legovania v roztoku, pri ktorej vodný roztok dopantov chloridu bol privedený do kontaktu so syntetickým materiálom jadra vlákna, a to počas zvláštneho stavu tohto materiálu vo forme medziproduktu pred jeho vytvrdzovaním.

Viac podrobností týkajúcich sa techniky legovanie v roztoku možno získať napríklad v patente US 5,282,079, tu začlenenom ako stav techniky.

Vývevové lasery 50, 55 sú s výhodou lasery typu Quantum Well, majúce nasledujúce vlastnosti:

- vyraďovaná vlnová dĺžka = 980 nm

- maximálny optický výstupný výkon p_u = 80 mW

Lasery uvedeného typu sú napríklad vyrábané firmou LASERTRON INC., 37 North Avenue, Burlington, MA (USA).

Dichroické väzobné členy uvedeného typu sú známe a komerčne sú k dispozícii a vyrábané sú napríklad firmou GOULD Inc., Fibre Optic Division, Baymeadow Drive, Gelm Burnie, M.D. (USA) a firmou SIFAM Ltd., Fibre Optic Division, Woodland Road Torquay Devon (GB) .

i

Optické izolátory 52., 53 , 54 sú optické izolátory, v ktorých je riadenie polarizácie nezávislé od polarizácie prenášaného signálu a ktoré majú izolačné schopnosti väčšie ako 35 dB a odrazivosť menšiu ako -50 dB.

Izolátory v zariadení použité sú modely MDL 1-15 PIPT-A S/N 1016 of firmy ISOWAWE, 64 Harding Avenue, Dover, New Jersey, USA.

V popísanom systéme sú linkové zosilňovače vyrobené pre celkový optický výstupný výkon okolo 14 dBm so ziskom okolo 30 dB.

Vhodným modelom je OLA/E-MW, obchodne ponúkaný prihlasovatelom.

Popisom uvedeného vynálezu, ak nie je špecifikované inak, pri vlnovej dĺžke privádzajúcej chromatický rozptyl k nule vo vlákne ( ýko) , bolo zamýšlané, že je možné menovitú (alebo priemernú) hodnotu, ktorú možno merať technikou fázového posunu, predstavenou ako rozhodujúcu metódu v už zmienenom ITU-T G.650 odporučení, získanou testami na vláknach dlhších ako 1 km, založenú na celkovom chromatickom rozptyle časti vlákna, matematicky prepočítať.

Okrem iného miestnou vlnovou dĺžkou, privádzajúcou chromatický rozptyl vo vlákne k nule (miestna ^\o) bola zamýšlaná hodnota, ktorou môže /o miestne nadobúdať následkom kolísania v štruktúre vlákna, a to časťou vlákna obmedzenej dĺžky, ktorá stačí, aby spôsobovala generovanie FWM špičiek v prípade, v ktorom sú dané špičky v súlade alebo vo funkčnom vzťahu s prenosovými kanálmi. Táto dĺžka prakticky závisí medzi iným od optického výkonu, prítomného vo vlákne pre rôzne kanály a od skutočnosti, že FWM špičky môžu byť náchylné k zosilňovaniu. Ako podklad na zisťovanie môžu poskytnúť zodpovedajúci výsledok i dĺžky niekolkých stoviek metrov.

Podlá jedného hľadiska uvedeného vynálezu bolo zistené, že na obmedzenie šumových účinkov patriacich k FWM v multivlnových prenosových systémoch nestačí, aby vlákna mali menovitú (alebo priemernú) hodnotu chromatického rozptylu, ktorý nie je v prenosovom signálovom pásme nulový, ale je rovnako dôležité, aby sa menovitý (alebo priemerný) chromatický rozptyl stával nulovým na hodnote u vlnovej dĺžky, ktorá je nižšia ako a dostatočne vzdialená od minimálnej hodnoty vlnovej dĺžky, poskytnutej pre prenos. Okrem toho bolo zistené, že na zvýšenie maxima vzdialenosti spojenia bez toho, aby bolo treba znášať negatívne ovplyvnenie od FWM, je nevyhnutné zodpovedajúcim spôsobom zvýšiť vzdialenosť medzi hodnotou vlnovej dĺžky, privádzajúcej chromatický rozptyl na nulu a minimom vlnových dĺžok prenosových kanálov. Podía tohto vynálezu je teda možné vykonávať prenosy optických signálov prostredníctvom zosilňovanej multikanálovej WDM prenosovej linky pri použití optických vlákien DS typu procesom prípravy krokov zavedenia hodnoty (priemernej) vlnovej dĺžky na privedenie chromatického rozptylu vo vláknach k nule a zavedenie miestnych nulových hodnôt chromatického rozptylu v tých istých vláknach. Na základe týchto hodnôt je potom vybrané prenosové pásmo, aby tak bolo oddelené od priemernej hodnoty chromatického rozptylu vlákna v takom množstve, že žiadna z daných miestnych nulových hodnôt nie je zovretá v samotnom prenosovom pásme. Alternatívne optické vlákna, použité pre prenos, sú zvolené tak, že priemerná nulová hodnota chromatického rozptylu vo vláknach je dostatočne vzdialená od pásma, použitého pre WDM prenos s cieíom zabrániť častiam dôležitej dĺžky daných vlákien, aby sa ich miestna nulová hodnota chromatického rozptylu vo vnútri daného prenosového pásma neznižovala. Podía uvedeného vynálezu so saturačnými zosilňovačmi 980 nm bolo pozorované, že možno rozšíriť prenosové pásmo až okolo 1530 nm a bolo zistené, že problém nebol spojený.iba s maximálnou hodnotou, ale rovnako s miestnou nulovou hodnotou rozptylu.

Uvedený vynález bol podrobne popísaný v spojení s multiplexnou technikou roztriedenia (rozdelenia) vlnových dĺžok a javom štvorvlnového zmiešavania na to priradeným. Je však treba podotknúť, že rovnako iné nelineárne javy, priradené všeobecne šíreniu v optických vláknach, sú podobne ovplyvňované hodnotami rozptylu vlákien a stálosťou jeho nulovej hodnoty pozdĺž dĺžky vlákien. Tieto skutočnosti sú potom pomocou tohto vynálezu vhodne riešené.

Príkladom vyššie uvedeného tvrdenia je vysoká rýchlosť optického prenosu v nelineárnych podmienkach šírenia. Obzvlášť v prípade samotného šírenia vo vláknach s posunutým rozptylom bolo pozorované, že ked linka s vláknom, pozdĺž ktorej sa samotné šírenie koná, včleňuje časti danej dĺžky (rádu niekoíko kilometrov, napríklad 5 alebo viac), ktoré majú hodnoty záporného chromatického rozptylu (normálny rozptyl), šírenie samotných pulzov sa stáva silne rušivým so zistiteľným zvýšením samotnej spektrálnej šírky (napríklad zistiteľné zvýšenie jednotlivej spektrálnej šírky je väčšie než okolo 10 percent).

To je primerané faktu, že v týchto častiach vlákna chýba vyváženie medzi rozptylovým rozmietaním a rozmietaním fázovej modulácie (slovo rozmietanie znamená premenlivosť okamžitých frekvencií optického nosiča).

Pulzné zníženie, ktoré sa deje, keď sa šíria práve jednotlivosti v tzv. normálnych rozptylových vláknach (t.j. vo vláknach, ktoré majú záporný rozptyl) primerane ich prirodzenej nelinearite, je iba čiastočne obnovené do pôvodného stavu pri nasledujúcom šírení v dĺžke anomálneho rozptylu týchto vlákien (t.j. vo vláknach, ktoré majú kladný rozptyl). Následkom vyššie uvedenej skutočnosti je pri tomto druhu prenosu rovnako velmi dôležité, aby vlákna, použité v linke, nemali prakticky hodnoty %o vlnových dĺžok vo vlnovom rozsahu, použitom pre samotný prenos, ako je to v riešení podlá tohto vynálezu.

Minimum kritickej dĺžky vlákna, ktoré má normálny rozptyl a za ktorým sa tento jav stáva závažný, je obmedzené zvýšením bitových pomerov v signále. Následné použitie vlákna podlá tohto vynálezu nadobudne zvláštnu dôležitosť pre optické linky, pracujúce na viac ako 10 Gbit/s, ešte väčšiu dôležitosť najmä pri 40 Gbit/s alebo rýchlostiach vyšších. Povolené úchylky, s týmto faktom spojené, sa tým stávajú ovela prísnejšie.

Prenos možno vykonať s vláknom podlá tohto vynálezu, ktoré má menovitú hodnotu ^o v rozmedzí 1500 až 1520 nm a okrem toho samotný prenos možno vykonať i použitím širokého pásma vlnových dĺžok, prakticky rozšíritelného na celý dispozičný rozsah optických zosilňovačov.

Claims (23)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Optický telekomunikačný, systém obsahujúci:

   - minimálne dva zdroje optických signálov, modulovaných na rôznych vlnových dĺžkach, umiestnených vo vopred danom prenosovom pásme vlnových dĺžok, pri vopred určenej prenosovej rýchlosti,

   - prostriedky na multiplexing daných signálov k vstupu do jedného optického vlákna,

   - linku z optického vlákna, pripojenú na jednom konci k danému multiplexu,

   - prostriedky na príjem daných signálov, obsahujúce optické prostriedky na demultiplexing signálov, ktoré sú samé závislé od príslušnej vlnovej dĺžky, kde dané signály majú optický výkon hodnoty väčší ako je vopred určená hodnota v minimálne jednej časti danej linky z optického vlákna, pričom linka obsahuje optické vlákno, ktoré má chromatickú rozptylovú hodnotu nižšiu hodnota v danom prenosovom pásme vlnových tým, že dané optické vlákno má vzrastajúci chromatický rozptyl so vzrastajúcou vlnovou dĺžkou a vykazuje nulovú hodnotu pri vlnovej dĺžke nižšiej, ako minimum pri vlnovej dĺžke daného pásma, a to u takého množstva, ktoré je včlenené, lokálna nulová hodnota chromatického rozptylu však nie je nulová', prítomnej vo vlákne a schopnej generovania javu štvorvlnového zmiesavania v danom pásme.

   ako je vopred určená dĺžok, vyznačujúci sa
2. 2. Optický telekomunikačný systém podía nároku 1, vyznačujúci sa tým, že daná hodnota vlnovej dĺžky spôsobujúca chromatický rozptyl k nule, je nižšia pri minimálne 10 nm ako minimum vlnovej dĺžky daného prenosového pásma.
3. 3. Optický telekomunikačný systém podía nároku 1, vyznačujúci sa tým, že daná hodnota vlnovej dĺžky, spôsobujúca chromatický rozptyl k nule, je nižšia alebo rovná 1520 nm.
4. 4. Optický telekomunikačný systém podía nároku 1, vyznačujúci sa tým, že daná hodnota vlnovej dĺžky, spôsobujúca chromatický rozptyl k nule, sa nachádza medzi 1500 a 1520 nm.
5. 5. Optický telekomunikačný systém podía nároku 1, vyznačujúci sa tým, že hodnota chromatického rozptylu je v danom vlákne nižšia ako 3 ps/(nm.km) vo vopred určenom prenosovom pásme.
6. 6. Optický telekomunikačný systém podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vopred daná určená hodnota optického výkonu daného vlákna v aspoň jednom úseku danej linky nie je nižšia ako 3 mW na kanál.
7. 7. Optický telekomunikačný systém podía nároku 1, vyznačujúci sa tým, že systém podía vynálezu obsahuje minimálne jeden optický zosilňovač, vsadený do rámca optickej linky.
8. 8. Optický telekomunikačný systém podía nároku 7, vyznačujúci sa tým, že optický zosilňovač má pásmo zosilnenia signálu obsahujúce dané, vopred určené vlnové pásmo.
9. 9. Optický telekomunikačný systém podía nároku 8, vyznačujúci sa tým, že optický zosilňovač má pásmo zosilnenia signálu, ktoré je umiestnené medzi 1530 a 1570 nm.
10. 10. Optický telekomunikačný systém podlá nároku 7, vyznačujúci sa tým, že systém obsahuje aspoň štyri optické zosilňovače.
11. 11. Optické vlákno na prenos aspoň dvoch optických signálov vo vopred určenom prenosovom vlnovom pásme, vyznačujúce sa tým, že má chromatický rozptyl menší ako vopred stanovená hodnota v uvedenom pásme, ktorý dosahuje nulu pre hodnotu u vlnovej dĺžky, umiestnenej vo vopred určenom intervale, z ktorého maximálna hodnota je nižšia ako minimum u vlnovej dĺžky daného pásma pri takom množstve, ktoré je v podstate umiestnené v danom pásme, nejedná sa však o miestnu hodnotu pri vlnovej dĺžke, spôsobujúcej chromatický rozptyl prítomný vo vlákne k nule, schopná generovania intermodulačných špičiek daných signálov, obsiahnutých v danom pásme.
12. 12. Optické vlákno podía nároku 11, vyznačujúce sa tým, že každá z danej vlnovej dĺžky s nulovou hodnotou miestneho chromatického rozptylu sa odlišuje o menej ako 10 nm od vlnovej dĺžky s nulovou celkového chromatického rozptylu vo vlákne.
13. 13. Optické vlákno podía nároku 11, vyznačujúce sa tým, že optické vlákno má chromatický rozptyl menší ako 3 ps/(nm.km) v danom prenosovom pásme a nadobúda nulu pri minimálne 10 nm pre hodnoty nižšie ako je minimum u hodnoty vlnovej dĺžky daného pásma.
14. 14. Optické vlákno podía nároku 11, vyznačujúce sa tým, že pri celkovej dĺžke vlákna väčšej ako 5 km, má vlákno chromatický rozptyl takej hodnoty, že intermodulačné špičky nie sú generované ani v prítomnosti minimálne dvoch optických signálov cez niekoíko kanálov s rôznymi vlnovými dĺžkami, majúcimi výkon aspoň 3 mW na kanál a napájaných na konci vlákna a ich intenzita spôsobuje pomer signál/šum (N/S) rovný alebo väčší ako 20.
15. 15. Spôsob pre prenos optických signálov pri vopred určenej prenosovej rýchlosti, obsahujúci nasledujúce kroky:

    - generovanie minimálne dvoch modulovaných optických signálov s vopred určeným vlnovými dĺžkami, zahrnutých vo vopred určenom prenosovom pásme daných vlnových dĺžok a pri daných vlnových dĺžkach, rozdielnych jedna od druhej minimálne o 2 nm,

    - privádzanie daných signálov do jednovidového optického vlákna, ktoré má chromatický rozptyl nižší ako 3 ps/(nm.km) v danom prenosovom pásme a ktoré má nulový bod chromatického rozptylu vo vopred určenej vlnovej dĺžke,

    - zosilnenie daného optického signálu minimálne jedenkrát pomocou minimálne jedného aktívneho zosilňovača optického vlákna,

    - prenos daných signálov na vzdialenosť minimálne 50 km,

    - príjem daných signálov prostredníctvom demultiplexujúceho prij ímača, kde výkon daných signálov v minimálne jednej časti daného vlákna je vyšší ako hodnota schopná spôsobiť šum z dôvodov štvorvlnového zmiešavania medzi kanálmi, vyznačujúci sa tým, že minimálna hodnota vlnovej dĺžky prenosového pásma je vyššia u daného množstva ako hodnota pri vlnovej dĺžke, privádzajúcej chromatický rozptyl k nule, pričom toto uvedené množstvo má takú hodnotu, že nie v účinnej časti optického vlákna hodnota chromatického rozptylu v danom pásme dosahuje nulu.
16. 16. Spôsob podľa nároku 15, vyznačujúci sa tým, že dané minimum vlnovej dĺžky daného prenosového pásma je vyššie ako nulová hodnota chromatického rozptylu minimálne o 10 nm.
17. 17. Spôsob podľa nároku 15, vyznačujúci sa tým, že daná hodnota pri vlnovej dĺžke, privádzajúca . chromatický rozptyl k nule, sa nachádza medzi 1500 a 1520 nm.
18. 18. Spôsob podľa nároku 15, vyznačujúci sa tým, že vopred daná prenosová rýchlosť je vyššia alebo rovná 2,5 Gbit/s.
19. 19. Spôsob podľa nároku 15, vyznačujúci sa tým, že hodnota výkonu daných signálov daného optického vlákna, ktorá je schopná spôsobiť šum ako výsledok štvorvlnového zmiešavania medzi kanálmi, je minimálne 3 mW na kanál.
20. 20. Optické vlákno pre prenos optických signálov, citlivých na nelineárne javy vo vopred určenom pásme vlnových dĺžok, vyznačujúce sa tým, že má chromatický rozptyl nižší ako vopred definovaná hodnota v danom pásme a jeho hodnota nadobúda nulu pri hodnotách pri vlnových dĺžkach, obsiahnutých vo vopred definovanom intervale, ktorého maximálna hodnota je nižšia ako minimum pri vlnovej dĺžke daného pásma, to u takého množstva, ktoré je podstatné, nie miestna hodnota vlnovej dĺžky, privádzajúca miestny chromatický rozptyl k nule, prítomná v časti vlákna dĺžkou, schopnou generovania spektrálnej modifikácie daných signálov, včlenené do daného pásma.
21. 21. Optické vlákno podľa nároku 20, vyznačujúce sa tým, že každá z daných vlnových dĺžok s nulovými hodnotami miestneho chromatického rozptylu sa odlišuje minimálne o 10 nm od vlnovej dĺžky s nulovou hodnotou z celkovej hodnoty chromatického rozptylu vo vlákne.
22. 22. Optické vlákno podlá nároku 20, vyznačujúce sa tým, že optické vlákno má chromatický rozptyl menší ako 3 ps/(nm.km) v danom prenosovom pásme a nadobúda nulu pri minimálne 10 nm pre hodnoty nižšie ako je minimum u hodnoty vlnovej dĺžky daného pásma.
23. 23. Optické vlákno podľa nároku 20, vyznačujúce sa tým, že vlnová dĺžka pásma je v rozsahu od 1530 do 1560 nm.