устройство и способ подавления модуляции добротности в оптическом усилительном устройстве

Формула изобретения

1. Четырехпортовое устройство спектрального уплотнения, содержащее дихроичный фильтр для, по существу, отражения сигналов первого диапазона длин волн, поступающих в устройство на выход устройства, предназначенный для вывода указанного первого диапазона длин волн, и для, по существу, пропускания сигналов второго диапазона длин волн, поступающих в устройство на выход устройства, предназначенный для вывода указанного второго диапазона длин волн, причем часть сигнала первой трехдецибельной длины волны из первого диапазона длин волн пропускается указанным фильтром, а часть сигнала второй трехдецибельной длины волны из второго диапазона длин волн отражается указанным фильтром, отличающееся тем, что оно содержит первый дополнительный дихроичный фильтр, имеющий такую характеристику фильтрации, которая обеспечивает величину вносимых потерь по меньшей мере для одной из первой и второй трехдецибельных длин волн, достаточную соответственно для отражения и пропускания, по существу, всего сигнала первой и второй трехдецибельных длин волн.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй дополнительный дихроичный фильтр, имеющий такую характеристику фильтрации, которая обеспечивает величину вносимых потерь для другой из первой и второй трехдецибельных длин волн, достаточную соответственно для отражения и пропускания, по существу, всего сигнала оставшейся длины волны из первой и второй трехдецибельных длин волн.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что по меньшей мере один из первого и второго дополнительных дихроичных фильтров является полосовым режекторным фильтром, обеспечивающим вносимые потери для по меньшей мере одной соответствующей трехдецибельной длины волны.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый диапазон длин волн лежит от приблизительно 1520 нм до 1550 нм, а второй диапазон длин волн - от приблизительно 1550 нм до 1570 нм.

5. Многоволновое двунаправленное устройство усиления оптического сигнала, содержащее усилитель из волокон, легированных эрбием, для усиления сигнала связи, поступающего на его вход, первую волоконно-оптическую линию связи, один конец которой соединен со входом усилителя из волокон, легированных эрбием, вторую волоконно-оптическую линию связи, один конец которой соединен с выходом усилителя из волокон, легированных эрбием, и четырехпортовое устройство спектрального уплотнения, содержащее дихроичный фильтр для, по существу, отражения сигналов первого диапазона длин волн, поступающих в устройство спектрального уплотнения на выход этого устройства, предназначенный для вывода указанного первого диапазона длин волн, и для, по существу, пропускания сигналов второго диапазона длин волн, поступающих в устройство спектрального уплотнения на выход этого устройства, предназначенный для вывода указанного второго диапазона длин волн, причем часть сигнала первой трехдецибельной длины волны из первого диапазона длин волн пропускается указанным фильтром, а часть сигнала второй трехдецибельной длины волны из второго диапазона длин волн отражается указанным фильтром, отличающееся тем, что оно содержит первый дополнительный дихроичный фильтр, имеющий такую характеристику фильтрации, которая обеспечивает величину вносимых потерь по меньшей мере для одной из первой и второй трехдецибельных длин волн, достаточную соответственно для отражения и пропускания, по существу, всего сигнала первой и второй трехдецибельных длин волн, и расположенный в указанном устройстве спектрального уплотнения, или в указанной первой волоконно-оптической линии связи, или в указанной второй волоконно-оптической линии связи.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй дополнительный дихроичный фильтр, имеющий такую характеристику фильтрации, которая обеспечивает величину вносимых потерь для другой из первой и второй трехдецибельных длин волн, достаточную соответственно для отражения и пропускания, по существу, всего сигнала оставшейся длины волны из первой и второй трехдецибельных длин волн, и расположенный в указанном устройстве спектрального уплотнения, или в указанной первой волоконно-оптической линии связи, или в указанной второй волоконно-оптической линии связи.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что по меньшей мере один из первого и второго дополнительных дихроичных фильтров является полосовым режекторным фильтром, обеспечивающим вносимые потери для по меньшей мере одной соответствующей трехдецибельной длины волны.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что второй дополнительный дихроичный фильтр, имеющий такую характеристику фильтрации, которая обеспечивает величину вносимых потерь для другой из первой и второй трехдецибельных длин волн, достаточную соответственно для отражения и пропускания, по существу, всего сигнала оставшейся длины волны из первой и второй трехдецибельных длин волн, расположен в указанном устройстве спектрального уплотнения и дополнительно введено второе четырехпортовое устройство спектрального уплотнения, включающее дихроичный фильтр для, по существу, отражения сигналов первого диапазона длин волн, поступающих во второе устройство спектрального уплотнения на выход этого устройства, предназначенный для вывода указанного первого диапазона длин волн, и для, по существу, пропускания сигналов второго диапазона длин волн, поступающих во второе устройство спектрального уплотнения на выход этого устройства, предназначенный для вывода указанного второго диапазона длин волн, причем часть сигнала первой трехдецибельной длины волны из первого диапазона длин волн пропускается указанным фильтром, а часть сигнала второй трехдецибельной длины волны из второго диапазона длин волн отражается указанным фильтром, при этом второе устройство спектрального уплотнения содержит первый дополнительный дихроичный фильтр, имеющий такую характеристику фильтрации, которая обеспечивает величину вносимых потерь для по меньшей мере одной из первой и второй трехдецибельных длин волн, достаточную соответственно для отражения и пропускания, по существу, всего сигнала первой и второй трехдецибельных длин волн.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что по меньшей мере один из дополнительных дихроичных фильтров является полосовым режекторным фильтром, обеспечивающим вносимые потери по меньшей мере для одной соответствующей трехдецибельной длины волны.

10. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второе четырехпортовое устройство спектрального уплотнения, включающее дихроичный фильтр для, по существу, отражения сигналов первого диапазона длин волн, поступающих во второе устройство спектрального уплотнения на выход этого устройства, предназначенный для вывода указанного первого диапазона длин волн, и для, по существу, пропускания сигналов второго диапазона длин волн, поступающих во второе устройство спектрального уплотнения, на выход этого устройства, предназначенный для вывода указанного второго диапазона длин волн, причем часть сигнала первой трехдецибельной длины волны из первого диапазона длин волн пропускается указанным фильтром, а часть сигнала второй трехдецибельной длины волны из второго диапазона длин волн отражается указанным фильтром, и второй дополнительный дихроичный фильтр, имеющий такую характеристику фильтрации, которая обеспечивает величину вносимых потерь для, по меньшей мере, одной из первой и второй трехдецибельных длин волн, достаточную соответственно для отражения и пропускания, по существу, всего сигнала первой и второй трехдецибельных длин волн, и расположенный в волоконно-оптической линии связи, соединенной с указанным первым устройством спектрального уплотнения и указанным усилителем из волокон, легированных эрбием.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что по меньшей мере один из дополнительных дихроичных фильтров является полосовым режекторным фильтром, обеспечивающим вносимые потери по меньшей мере для одной соответствующей трехдецибельной длины волны.

12. Способ подавления генерации излучения в усилительном резонаторе, который образуется в результате отражения в двунаправленном устройстве для усиления оптического сигнала, содержащем усилитель из волокон, легированных эрбием, соединенный с четырехпортовым устройством спектрального уплотнения, включающем дихроичный фильтр для, по существу, отражения сигналов первого диапазона длин волн, поступающих в устройство спектрального уплотнения на выход этого устройства, предназначенный для вывода указанного первого диапазона длин волн, и для, по существу, пропускания сигналов второго диапазона длин волн, поступающих в устройство спектрального уплотнения на выход этого устройства, предназначенный для вывода указанного второго диапазона длин волн, причем часть сигнала первой трехдецибельной длины волны из первого диапазона длин волн пропускается указанным фильтром, а часть сигнала второй трехдецибельной длины волны из второго диапазона длин волн отражается указанным фильтром, отличающийся тем, что устанавливают первый дополнительный фильтр в устройство спектрального уплотнения или на оптическом пути между указанным устройством спектрального уплотнения и указанным усилителем из волокон, легированных эрбием, причем характеристика фильтрации этого дополнительного фильтра отличается от характеристики дихроичного фильтра и обеспечивает величину вносимых потерь, достаточную соответственно для отражения и пропускания, по существу, всего сигнала первой и второй трехдецибельных длин волн.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают второй дополнительный фильтр в устройство спектрального уплотнения или на оптическом пути между указанным устройством спектрального уплотнения и указанным усилителем из волокон, легированных эрбием, причем характеристика фильтрации этого дополнительного фильтра отличается как от характеристики дихроичного фильтра, так и от характеристики первого дополнительного фильтра, и обеспечивает величину вносимых потерь, достаточную соответственно для отражения и пропускания, по существу, всего сигнала первой и второй трехдецибельных длин волн.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают второе четырехпортовое устройство спектрального уплотнения, включающее дихроичный фильтр для, по существу, отражения сигналов первого диапазона длин волн, поступающих во второе устройство спектрального уплотнения на выход этого устройства, предназначенный для вывода указанного первого диапазона длин волн, и для, по существу, пропускания сигналов второго диапазона длин волн, поступающих во второе устройство спектрального уплотнения, на выход этого устройства, предназначенный для вывода указанного второго диапазона длин волн, причем часть сигнала первой трехдецибельной длины волны из первого диапазона длин волн пропускается указанным фильтром, а часть сигнала второй трехдецибельной длины волны из второго диапазона длин волн отражается указанным фильтром, и устанавливают второй дополнительный фильтр во второе устройство спектрального уплотнения или на оптическом пути, соединяющем указанное второе устройство спектрального уплотнения, указанное устройство спектрального уплотнения и указанный усилитель из волокон, легированных эрбием, причем характеристика фильтрации этого дополнительного фильтра отличается как от характеристики дихроичного фильтра, так и от характеристики первого дополнительного фильтра, и обеспечивает величину вносимых потерь, достаточную соответственно для отражения и пропускания, по существу, всего сигнала первой и второй трехдецибельных длин волн.

Описание изобретения к патенту

Устройство в целом относится к многоволновым двунаправленным оптическим усилителям, содержащим четырехпортовое устройство связи для спектрального уплотнения, а более конкретно к усовершенствованному четырехпортовому устройству связи для спектрального уплотнения и способу подавления модуляции добротности в усилительном резонаторе, который формируется в устройстве из-за наличия в оптическом тракте точки отражения.

В последние годы быстрыми темпами идет прогресс в области оптической передачи сигналов благодаря разработке и внедрению оптических усилителей, например усилителей из волокон, легированных эрбием. В то время как использование таких усилителей позволило увеличить длину линий передачи, также возросла потребность в увеличении полосы частот и скорости передачи данных, осуществлении двунаправленной передачи сигнала, уменьшении количества компонентов системы и повышении ее эффективности. Пример системы, учитывающей эти требования, раскрыт в патенте США N5452124, который полностью включен в данное описание в качестве ссылки. Этот патент раскрывает устройство, включающее четырехпортовый дихроичный фильтр для спектрального уплотнения и отдельный оптический усилитель из волокна, легированного эрбием, для создания модуля оптического усилителя с двунаправленной передачей по одному волокну на двух частотах. На фиг.1 иллюстрируется четырехпортовый фильтр 1105 спектрального уплотнения, работа которого полностью описана в патенте США N5452124. Если кратко суммировать, то, как показано на фиг.2, сигнал ₁, поданный в порт 1, за счет отражения в многослойном диэлектрическом фильтре направляется в порт 3. Сигнал ₁ проходит через волоконную линию 1110 связи, где он усиливается усилителем 401 из волокон, легированных эрбием, и поступает в порт 4 четырехпортового фильтра спектрального уплотнения, где еще раз отражается многослойным диэлектрическим фильтром и поступает в порт 2 для передачи вдоль волокна 103. Другой сигнал ₂, идущий в противоположном сигналу ₁ направлении, поступает в четырехпортовый фильтр спектрального уплотнения через порт 2, откуда через многослойный диэлектрический фильтр направляется в порт 3. Затем этот сигнал проходит тот же путь, что и сигнал ₁: через усилитель из волокон, легированных эрбием, через линию связи 1110 и через порт 4 в фильтр спектрального уплотнения, где он через многослойный диэлектрический фильтр подается в порт 1 и выдается в волокно 103 в направлении, противоположном сигналу ₁. Таким образом, это устройство допускает создание по меньшей мере двух каналов для передачи в противоположных направлениях сигналов вдоль одного волоконного кабеля и их усиление одним усилителем; преимущества такого устройства очевидны специалистам в данной области.

Технологические ограничения такого четырехпортового фильтра спектрального уплотнения, который описан в патенте США N5452124, заключаются в том, что для сигналов некоторых длин волн, идущих, например, по пути сигнала ₁, диэлектрический фильтр действует как трехдецибельный ответвитель, то есть вместо того, чтобы существенная часть света, падающего в порт 1, отразилась, этот сигнал, называемый в дальнейшем сигналом с переходной трехдецибельной длиной волны _3дБ1, попадая в порт 1, расщепляется так, что половина света отражается в порт 3, в то время как половина света проходит через диэлектрический фильтр в порт 4, где выходит из фильтра спектрального уплотнения. Аналогично, имеется второй сигнал со второй переходной трехдецибельной длиной волны _3дБ2, который движется по маршруту сигнала ₂, для данной длины волны фильтр спектрального уплотнения вместо того, чтобы пропустить существенную часть света насквозь, как это должно иметь место для сигнала ₂, отражает половину падающего света. Это происходит потому, что характеристика дихроичного фильтра не является резкой ступенчатой функцией и для обеспечения пропускания и отражения для сигналов различных длин волн требуется конечная ширина спектра в несколько нанометров. Эта ситуация показана на фиг.3 для различных длин волн сигналов, поступающих на фильтр. Если оптический путь к устройству, содержащему четырехпортовый фильтр спектрального уплотнения, через это устройство и от него. включает точку отражения, например, оптический соединитель с гибкими выводами, и этот соединитель с гибкими выводами отсоединен от передающего волокна (порождая отражение величиной приблизительно 14 дБ), свет переходной трехдецибельной длины волны, отраженный от соединителя с гибкими выводами, повторно войдет в фильтр спектрального уплотнения и будет передан вдоль того же пути, по которому пришел. Даже если устройство отсоединено от передающего волокна так, что на усилительную часть устройства не поступает сигнал с какой-либо длиной волны, источник накачки все еще производит энергию накачки, ионы эрбия в усилителе из волокон, легированных эрбием, могут находиться в инверсном состоянии, достаточном для испускания импульса модуляции добротности с достаточно высокой интенсивностью и малой продолжительностью, который повредит другие компоненты на оптическом пути. Здесь термин "модуляция добротности" относится к импульсу света, обусловленному оптическим разрядом в среде с высокой степенью инверсии заселенности. Таким образом, даже единственная точка отражения в этом устройстве может создать такой контур или резонатор усиления, что в присутствии энергии накачки усиленный свет переходной трехдецибельной длины волны отразится и будет направлен назад по пути, по которому пришел. Наличие такого отражения вызовет импульс модуляции добротности, который способен повредить компоненты вдоль оптического пути. В свете вышеизложенного, имеется потребность в подавлении или устранении источника света, который может вызвать генерацию когерентного излучения и, в частности, импульс модуляции добротности в усилительном резонаторе, сформированном в оптическом тракте устройства усиления оптического сигнала.

Изобретение направлено на создание устройства и способа, обеспечивающих вышеупомянутые характеристики. Варианты выполнения изобретения описывают устройство и способ подавления передачи и/или отражения сигналов соответствующих переходных трехдецибельных длин волн, связанных с дихроичным фильтром спектрального уплотнения, для устранения возможной генерации сигналов трехдецибельной длины волны в резонаторе, сформированном в этом устройстве.

Кроме того, изобретение обеспечивает создание улучшенного четырехпортового фильтра спектрального уплотнения, который особенно подходит для использования в системе передачи для оптической связи, включающей устройство усиления оптического сигнала, которое использует четырехпортовое устройство спектрального уплотнения, для подавления модуляции добротности в таком устройстве.

Преимущества, полученные от использования изобретения, будут легко понятны для случая, когда источник отражения, например, соединитель с гибкими выводами, создает контур или резонатор усиления в устройстве усиления оптического сигнала, который может усиливать свет, проходящий по резонатору, и создавать импульс модуляции добротности, способный повредить компоненты в оптической системе.

В одном варианте выполнения изобретения четырехпортовое устройство спектрального уплотнения, содержащее дихроичный фильтр для, по существу, отражения сигналов первого диапазона длин волн, поступающих в устройство на выход устройства, предназначенный для вывода указанного первого диапазона длин волн, и для, по существу, пропускания сигналов второго диапазона длин волн, поступающих в устройство на выход устройства, предназначенный для вывода указанного второго диапазона длин волн, причем часть сигнала первой трехдецибельной длины волны из первого диапазона длин волн пропускается указанным фильтром, а часть сигнала второй трехдецибельной длины волны из второго диапазона длин волн отражается указанным фильтром, в соответствии с изобретением содержит первый дополнительный дихроичный фильтр, имеющий такую характеристику фильтрации, которая обеспечивает величину вносимых потерь по меньшей мере для одной из первой и второй трехдецибельных длин волн, достаточную соответственно для отражения по существу всего сигнала первой трехдецибельной длины волны или пропускания по существу всего сигнала второй трехдецибельной длины волны, и, таким образом, исключает потенциальный источник света, который мог бы вызвать генерацию когерентного излучения в резонаторе, образованном в оптическом тракте устройства.

В одном аспекте этого варианта выполнения изобретения устройство включает второй дополнительный дихроичный фильтр, имеющий такую характеристику фильтрации, которая отличается от характеристик фильтра устройства спектрального уплотнения и первого дополнительного дихроичного фильтра и обеспечивает величину вносимых потерь или для первой, или для второй трехдецибельной длины волны, которая не была подавлена первым дополнительным фильтром, достаточную соответственно для отражения и пропускания по существу всего света трехдецибельной длины волн.

Еще в одном аспекте этих вариантов выполнения изобретения первый и второй дополнительные дихроичные фильтры являются полосовыми режекторными фильтрами.

В другом варианте выполнения изобретения описывается многоволновое двунаправленное устройство усиления оптического сигнала, обычно содержащее усилитель из волокон, легированных эрбием, для усиления сигнала связи, поступающего на его вход, первую волоконно-оптическую линию связи, один конец которой соединен со входом усилителя из волокон, легированных эрбием, вторую волоконно-оптическую линию связи, один конец которой соединен с выходом усилителя из волокон, легированных эрбием, и четырехпортовое устройство спектрального уплотнения, содержащее дихроичный фильтр для, по существу, отражения сигналов первого диапазона длин волн, поступающих в устройство спектрального уплотнения на выход этого устройства, предназначенный для вывода указанного первого диапазона длин волн, и для, по существу, пропускания сигналов второго диапазона длин волн, поступающих в устройство спектрального уплотнения на выход этого устройства, предназначенный для вывода указанного второго диапазона длин волн, причем часть сигнала первой трехдецибельной длины волны из первого диапазона длин волн пропускается указанным фильтром, а часть сигнала второй трехдецибельной длины волны из второго диапазона длин волн отражается указанным фильтром, при этом устройство содержит первый дополнительный дихроичный фильтр, имеющий такую характеристику фильтрации, которая отличается от характеристики фильтра в устройстве спектрального уплотнения и обеспечивает величину вносимых потерь по меньшей мере для одной из первой и второй трехдецибельных длин волн, достаточную соответственно для отражения, по существу, всего сигнала первой трехдецибельной длины волны, или пропускания, по существу, всего сигнала второй трехдецибельной длины волны, причем первый дополнительный фильтр расположен в самом указанном устройстве спектрального уплотнения или на оптическом пути между устройством спектрального уплотнения и усилителем из волокон, легированных эрбием.

Еще в одном аспекте этого варианта выполнения изобретения устройство также включает второй дополнительный дихроичный фильтр, имеющий такую характеристику, которая отличается от характеристик фильтра в устройстве спектрального уплотнения и первого дополнительного фильтра и обеспечивает величину вносимых потерь для сигнала первой или второй трехдецибельных длин волн, не подавленного первым дополнительным фильтром, достаточную соответственно для отражения или пропускания по существу всего сигнала первой или второй трехдецибельной длины волны, причем второй дополнительный фильтр расположен или в самом указанном устройстве спектрального уплотнения, или на оптическом пути между устройством спектрального уплотнения и усилителем из волокон, легированных эрбием.

В другом аспекте варианта выполнения изобретения описывается приемопередающая система связи, которая включает многоволновое двунаправленное устройство для усиления оптического сигнала, такое, как описано выше, включающее рассмотренное усовершенствованное четырехпортовое устройство спектрального уплотнения.

В еще одном варианте выполнения изобретения описывается одноволоконное многоволновое двунаправленное оптическое усилительное устройство, которое содержит два четырехпортовых фильтра спектрального уплотнения, каждый из которых включает один или более дихроичный фильтр, в дополнение к тому фильтру, который обычно имеется в четырехпортовом устройстве спектрального уплотнения, что обеспечивает достаточную величину вносимых потерь для подавления нежелательного света трехдецибельной длины волны, как описано выше, предотвращая его распространение по системе и усиление в резонаторе, образованном в оптическом тракте устройства.

В каждом из этих вариантов выполнения изобретения дополнительные дихроичные фильтры типично являются многослойными оптическими интерференционными фильтрами, которые сами действуют подобно четырехпортовым ответвителям, потому что они отражают свет некоторых длин волн и пропускают свет других длин волн, этот свет с помощью линз можно направлять на входные и выходные порты устройства.

Кроме того, изобретение описывает способ подавления генерации когерентного излучения в усилительном резонаторе, образованном точкой отражения в оптическом тракте многоволнового двунаправленного оптического усилительного устройства, включающего четырехпортовое устройство спектрального уплотнения. Способ включает установку одного или нескольких дополнительных дихроичных фильтров, имеющих различные характеристики, для подавления света, называемого здесь отраженным и пропущенным светом трехдецибельной длины волны, так что для света этих трехдецибельных длин волн потери в резонаторе превышают усиление в резонаторе.

Дополнительные особенности и преимущества изобретения будут сформулированы ниже и будут понятны из этого описания или из практического использования изобретения. Цели и преимущества изобретения достигаются с помощью устройства и способа, рассмотренных в данном описании, формуле изобретения и на прилагаемых чертежах.

Должно быть понятно, что последующее краткое и подробное описание касается примеров и предназначено для облегчения понимания формулы изобретения.

Для лучшего понимания изобретения в описание в качестве неотъемлемой его части включены сопровождающие чертежи, которые иллюстрируют варианты выполнения изобретения и, совместно с описанием, используются для объяснения принципов изобретения.

На фиг. 1 изображена блок-схема известной волоконно-оптической системы связи, включающей усилительный модуль, который содержит усилитель из волокон, легированных эрбием, и четырехпортовое устройство спектрального уплотнения,

на фиг. 2 показана более детальная блок-схема усилительного модуля системы, показанной на фиг.1,

на фиг.3 схематично показаны в виде графиков характеристики отражения и пропускания обычного диэлектрического фильтра для спектрального уплотнения и трехдецибельные длины волн,

на фиг. 4 изображена блок-схема варианта выполнения изобретения, аналогичного изображенному на фиг.2, на которой показаны волоконные гибкие выводы и соединители с гибкими выводами, каждый из которых при отсоединении гибкого вывода от передающего волокна является потенциальной точкой отражения,

на фиг.5 схематично показана последовательность путей, которые проходят два типичных сигнала трехдецибельных длин волн, когда имеется усилительный резонатор,

на фиг. 6 показаны характеристики отражения двух типичных фильтров F₁ и F₂, которые имеют низкие вносимые потери (высокое отражение) в синей части спектра и более высокие вносимые потери (меньшее пропускание) в красной части спектра, причем каждый фильтр имеет различные точки трехдецибельной фильтрации. Показана также соответствующая кривая пропускания, которая указывает на высокие вносимые потери в синей части спектра и высокую величину пропускания сигналов между трехдецибельными длинами волн в этих двух фильтрах,

на фиг.7 показаны типичный спектр пропускания и два графика добротности, которые иллюстрируют, что для сильного (-8 дБ) отражения вносимые потери недостаточны для предотвращения генерации когерентного излучения в резонаторе, но для слабого (-14 дБ) отражения имеет место достаточное подавление,

на фиг.8 иллюстрируется вариант выполнения изобретения, в котором используется один дополнительный фильтр,

на фиг.9 иллюстрируется вариант выполнения изобретения, в котором используются два дополнительных фильтра,

на фиг. 10 показан вариант выполнения изобретения, в котором для подавления нежелательного света трехдецибельной длины волны используются два четырехпортовых фильтра спектрального уплотнения,

на фиг.11 показан вариант выполнения изобретения, в котором фильтры являются полосовыми режекторными фильтрами.

Ниже подробно рассмотрены варианты выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. На фиг.1 показана волоконно-оптическая система связи, содержащая одно волокно, модуль многоволнового двунаправленного усилителя, включающий четырехпортовый фильтр 1105 спектрального уплотнения, восточную и западную волоконно-оптические линии 1110_E и 1110_W связи и усилитель 401 из волокон, легированных эрбием. В узле А для сложения световых сигналов двух длин волн (₁ и ₂) в одном передающем волокне 103 используется фильтр 203 спектрального уплотнения. Передатчик в узле А передает свет с длиной волны ₁ (например, красный). Приемник в узле А принимает из узла В свет с длиной волны ₂ (например, синий). Следовательно, сигнал ₁ идет по волокну 103 из узла А в узел В, или с запада на восток, а сигнал ₂ идет по волокну 103 из узла В в узел А, или с востока на запад.

В усилительный модуль 1110 включен четырехпортовый фильтр 1105 спектрального уплотнения. Порт 1 соединен с западным волокном 103, порт 2 соединен с восточным волокном 103, порт 3 через западную волоконно-оптическую линию связи 1110_W соединен со входом усилителя 401 из волокон, легированных эрбием, а порт 4 через восточную волоконно-оптическую линию связи 1110_E соединен с выходом усилителя 401 из волокон, легированных эрбием. Фильтр 101 спектрального уплотнения в узле А является дихроичным фильтром и предназначен для пропускания сигнала с центральной длиной волны ₂. Фильтр 102 спектрального уплотнения в узле В также является дихроичным фильтром, но он предназначен для пропускания сигнала с центральной длиной волны ₁. Фильтр 1105 спектрального уплотнения усилительного модуля может быть выполнен или из фильтра 201 спектрального уплотнения или фильтра 203 спектрального уплотнения с добавлением дополнительного (четвертого) порта.

Работу четырехпортового фильтра 1105 спектрального уплотнения можно понять из фиг.2. Западное волокно 103, идущее из узла А, соединено с портом 1 (1200). Восточное волокно 103, идущее из узла В, соединено с портом 2 (1205). В рассматриваемом устройстве фильтр 1105 спектрального уплотнения (то есть многослойная диэлектрическая подложка 305) выполнен так, что пропускает сигнал с длиной волны ₂. Это означает, что сигналы, имеющие длину волны ₂, будут проходить через фильтр 1105 спектрального уплотнения (из порта 2 в порт 3 и из порта 4 в порт 1), в то время как сигналы других длин волн будут отражаться. Свет, идущий в порт 1 (1200) по западному волокну 103 и имеющий длину волны ₁, после того, как его сфокусируют на подложку фильтра с помощью западной линзы 310, будет отражен фильтром в порт 3 (1210) (напомним, что только свет с длиной волны ₂ пройдет через фильтр). Аналогично, свет, идущий в порт 2 (1205) по восточному волокну 103 и имеющий длину волны ₂, после того, как его сфокусируют на подложку фильтра с помощью восточной линзы 310, пройдет фильтр, будет вновь сведен с помощью западной линзы 310 и соберется в порте 3 (1210). Следовательно, порт 3 (1210) собирает свет, имеющий длину волны и ₁, и ₂. Свет, вышедший из порта 3, через волоконно-оптическую линию 1110w поступает во входной порт 401 усилителя из волокон, легированных эрбием. Таким образом, свет, идущий из узла А в узел В, и свет, идущий в противоположном направлении, из узла В в узел А, проходят через усилитель 401 из волокон, легированных эрбием, в одном направлении.

После усиления сигналы обеих длин волн ₁ и ₂ выходят из усилителя 401 и поступают в порт 4 (1215), где они с помощью восточной линзы 310 фокусируются на подложку 305 фильтра. Свет с длиной волны ₁ отражается назад через восточную линзу в порт 2 1205, где он выходит из фильтра и направляется в узел В. Свет с длиной волны ₂ проходит через подложку и фокусируется с помощью западной линзы 310 в порт 1 (1200), где он выходит из фильтра и направляется в узел А.

Четырехпортовый фильтр 1105 спектрального уплотнения является средством для правильной маршрутизации поступающих двунаправленных сигналов таким образом, чтобы они проходили через единственный усилитель в одном направлении, а затем направлялись в правильном направлении для дальнейшей передачи.

Характерной особенностью дихроичного фильтра, используемого в четырехпортовом фильтре спектрального уплотнения, является пропускание и/или отражение света определенных длин волн многослойной диэлектрической подложкой, которая обычно отражает и/или пропускает по существу весь свет, поступающий на заданный порт устройства со спектральным уплотнением. На фиг.3 схематично показаны реальные (в сравнении с идеальными) характеристики пропускания и отражения типичного дихроичного фильтра. Переход от отражения к пропусканию (и наоборот) для различных длин волн не происходит на одной дискретной длине волны, а имеет место в некоторой нерабочей зоне длин волн шириной приблизительно 3-20 нм. На кривой отражения имеется длина волны _3дБ1 (здесь, например, 1549 нм), соответствующая точке трехдецибельного перехода, в которой половина света (3 дБ) проходит, а половина отражается. Аналогично, на кривой пропускания имеется длина волны _3дБ2 (здесь, например, 1564 нм), соответствующая точке трехдецибельного перехода, в которой половина света проходит, а половина отражается. На фиг.2 свет первой переходной трехдецибельной длины волны проходит по волокну 103 в направлении сигнала ₁ к порту 1. В отличие от случая идеального отражения с помощью многослойного диэлектрического фильтра всего света с длиной волны _3дБ1 в порт 3, половина света с длиной волны _3дБ1, поданного в порт 1, отразится в порт 3, в то время как половина света с длиной волны _3дБ1 будет передана многослойным диэлектрическим фильтром в порт 4, откуда, покинув устройство, пойдет вдоль восточной волоконной линии 1110Е. Аналогично, свет со второй переходной трехдецибельной длиной волны _3дБ2 поступает в порт 2 фильтра спектрального уплотнения. Половина света с длиной волны _3дБ2, поступившего в порт 2, будет передана многослойным диэлектрическим фильтром в порт 3, в то время как половина света с длиной волны _3дБ2, поступившего в порт 2, будет отражена в порт 4, откуда, покинув устройство, пойдет вдоль восточной волоконной линии 1110_E.

Как показано на фиг.4, усилительный модуль 1100 обычно соединен с передающими волокнами 103 с помощью соединителей 20Е и 20W с гибкими выводами, отходящих от волокон из портов 1 и 2 соответственно. Стандартный соединитель с гибкими волоконными выводами в разъединенном состоянии имеет отражательную способность приблизительно 14 дБ. Даже в отсутствии сигнала передачи усилитель из волокон, легированных эрбием, при наличии сигнала накачки будет генерировать широкий спектр сигналов усиленного спонтанного излучения. Так как спектр усиленного спонтанного излучения содержит свет длин волн то свет, например, длины волны _3дБ1 пройдет вдоль восточной волоконной линии связи 1110_E и войдет в порт 4 фильтра спектрального уплотнения. Поскольку для света переходной трехдецибельной длины волны, равной 1549 нм, многослойная диэлектрическая подложка 305 действует как трехдецибельный ответвитель, то вместо того, чтобы отразить по существу весь свет с длиной волны _3дБ1 в порт 2, она отражает в порт 2 только половину света с длиной волны _3дБ1, вследствие чего свет проходит в восточный соединитель 20Е с гибкими выводами. Соединитель 20Е отражает свет с длиной волны _3дБ1 назад в порт 2, где половина света проходит через многослойную диэлектрическую подложку и через усилитель 401 из волокон, легированных эрбием, в порт 3 и, в конечном счете, поступает в порт 1, в результате чего свет идет по западному волоконному выводу 103 к западному волоконному соединителю 20W. От западного волоконного соединителя 20W свет отражается назад в порт 1, после чего он отражается многослойной диэлектрической подложкой в порт 3, идет в усилитель из волокон, легированных эрбием, где он усиливается, и вновь идет по восточной волоконной линии 1110_E, как только что описано. Кроме того, первоначально генерированный сигнал усиленного спонтанного излучения с частотой 1549 нм, который поступил в порт 4, наполовину отражается многослойной диэлектрической подложкой, как только что описано, в то время как половина света проходит через диэлектрическую подложку и поступает в порт 1, где вновь отражается от западного волоконного соединителя 20W и возвращается назад в устройство. Аналогично, сигнал усиленного спонтанного излучения на частоте 1564 нм, произведенный усилителем из волокон, легированных эрбием, может поступить в порт 4. Половина света с частотой _3дБ2 отразится многослойной диэлектрической подложкой в порт 2, затем поступит по восточному волоконному выводу 103 в восточный волоконный соединитель 20Е с гибкими выводами, который отражает свет назад в порт 2, затем свет через диэлектрическую подложку фильтра поступит в порт 3, обратно в усилитель из волокон, легированных эрбием, откуда после усиления он поступит в порт 4, а затем направится в порт 1 и порт 2 к волоконным выводам 103. Таким образом, один или оба соединителя с гибкими выводами действуют как точки отражения и образуют резонатор с усиливающей средой, в которой происходит формирование усиленных импульсов. Когда передающее волокно соединяют с соединителями 20Е и 20W или отсоединяют от них, вырабатывается мощный импульс модуляции добротности, который вызывает повреждение компонентов оптического тракта. На фиг.5 схематично показана последовательность путей, которые проходят сигналы с длинами волн _3дБ1 и _3дБ2..

На фиг.8 схематично показан один вариант выполнения изобретения. В этом варианте в известный фильтр спектрального уплотнения устройства, изображенного на фиг.1 и 2, введен один дополнительный фильтр F1, соответствующий одному из двух фильтров, показанных, например, на фиг.6. Должно быть понятно, что известное устройство уже содержит фильтр F, имеющий характеристику, подобную одному из фильтров, показанных на фиг.6, но с другими трехдецибельными точками. Дополнительный фильтр F1 (или F2) подавляет те сигналы с трехдецибельной длиной волны, которые не подавлены существующим фильтром. В этом варианте выполнения изобретения кривая пропускания будет иметь более широкий спектр пропускания чем тот, который показан на фиг.6, где показан спектр пропускания для варианта выполнения изобретения с использованием двух дополнительных фильтров, описанных ниже. Далее, должно быть понятно, что хотя в этом и других вариантах выполнения изобретения описаны дополнительные фильтры, расположенные в самом фильтре со спектральным уплотнением, любой из них или все дополнительные фильтры могут быть помещены по существу куда угодно между устройством спектрального уплотнения и усилителем из волокон, легированных эрбием.

На фиг.9 схематично показан другой вариант выполнения изобретения, в котором два дополнительных фильтра (2)F1 или (2)F2 используются вместе с существующим фильтром F в устройстве спектрального уплотнения. Эта конфигурация является более предпочтительной по сравнению с показанной на фиг.8, потому что она обеспечивает возрастание вносимых потерь для тех трехдецибельных длин волн, которые должны быть подавлены.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения, показанном на фиг. 10, изобретение использует два четырехпортовых устройства А и В спектрального уплотнения. Каждое устройство спектрального уплотнения содержит два фильтра F1 и F2, имеющих такие же характеристики, как показанные на фиг.6. В этом варианте выполнения изобретения сигнал с длиной волны ₁ (например, красный) подается со стороны запада в порт A₂ устройства спектрального уплотнения. Этот сигнал подается в порт А₄ и проходит через усилитель 401 из волокон, легированных эрбием, после чего поступает в порт B₁. Из B₁ сигнал ₁ через диэлектрические фильтры F₁ и F₂ устройства В спектрального уплотнения подается в порт В₂ и выходит в восточном направлении. Это показано на графике пропускания фиг.6, который указывает на высокие вносимые потери передачи в области частот от приблизительно 1520 нм до приблизительно 1545 нм (синяя часть спектра), высокое пропускание между трехдецибельными длинами волн 1549 нм и 1564 нм (красная часть спектра) и снова высокие потери при передаче выше приблизительно 1565 нм. Сигнал с длиной волны ₂ (например, синий), идущий с востока на запад, поступает в порт В₂ устройства спектрального уплотнения. Он отражается в порт В₂ и проходит в порт А₁. Из порта A₁ он отражается в порт А₄ и через усилитель из волокон, легированных эрбием, проходит в порт B₁. Из В₁ он отражается в В₄, направляется в А₂ и отражается в A₂, после чего передается в западном направлении. Это иллюстрируется кривой отражения на фиг. 6, которая показывает низкие вносимые потери на отражение (высокое пропускание) для синей части спектра. Таким образом, согласно этому варианту выполнения изобретения, аномальное пропускание и отражение фильтра спектрального уплотнения на трехдецибельной длине волны подавляется с помощью дополнительного фильтра, в результате чего предупреждается генерация в резонаторе устройства когерентного излучения на трехдецибельной длине волны.

В другом варианте выполнения изобретения, в котором усовершенствуется известный фильтр спектрального уплотнения, как показано на фиг.11, полосовой режекторный фильтр N₁, настроенный на первую трехдецибельную длину волны, используется аналогично тому, как фильтры F₁ и F₂, описанные выше. Усовершенствование заключается в подавлении одной из двух трехдецибельных длин волн. В предпочтительном аспекте этого варианта выполнения изобретения используется второй узкополосный режекторный фильтр N₂, соответствующий длине волны _3дБ2, так что происходит подавление обеих трехдецибельных длин волн.

В каждом из описанных вариантов выполнения изобретения средства фильтрации обеспечивают вносимые потери для сигналов каждой из переходных трехдецибельных длин волн (1549 нм и 1564 нм), которые превышают величину усиления для конкретной трехдецибельной длины волны в резонаторе, образованном точкой отражения в оптическом тракте. Фильтры описанного здесь типа и конструкции доступны и производятся, например, корпорацией Е-ТЕК.