устройство для усиления световых сигналов в линиях передачи из оптического волокна

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ В ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ ИЗ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА, содержащее оптический усилитель, выполненный с входным портом, соединенным по крайней мере с одной входной оптической волоконной линией для передачи световых сигналов на усилитель, и выходным портом, соединенным по крайней мере с одной выходной оптической волоконной линией для световых сигналов, отличающееся тем, что оптический усилитель выполнен волоконным, устройство содержит первый оптический изолятор расположенный между усилителем и выходной оптической волоконной линией, второй оптический изолятор расположенный между усилителем и входной оптической волоконной линией, причем каждый из оптических изоляторов имеет отражательную способность ниже по меньшей мере на 10 дБ, чем рассеивание Рейли оптических волокон, образующих входные и выходные линии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству для усиления световых сигналов в линиях передачи из оптического волокна, состоящего из усилителя из оптического волокна, приспособленного быть связанным при использовании с по крайней мере одной входной линией из оптического волокна, через которую световые сигналы передаются на усилитель, и по крайней мере с одной выходной линией из оптического волокна, в которую входят эти световые сигналы, усиленные вышеупомянутым усилителем из оптического волокна.

Как известно, в телекоммуникациях из оптического волокна вследствие неизбежных потерь света внутри оптического волокна имеет место постепенное ослабление сигнала по всей линии оптического волокна.

Вследствие этого, когда необходимо передать сигнал на большое расстояние, необходимо использовать одно или более усилительных устройств, которые вставляются в линию оптического волокна на интервалах заранее фиксированной длины.

Тип усиливающего устройства предусматривает, в основном, использование усилителя из оптического волокна, который при работе связан с оптическими волокнами, так чтобы определить вдоль линии вышеупомянутых входную линию, через которую усиленные сигналы света передаются в направлении оптического приемника.

На современном уровне развития техники при использовании этих усилителей из оптического волокна возникает ряд сложностей из-за того, что при использовании усилителя достигается увеличение не только полезного сигнала, но и различных шумовых сигналов, которые в результате усиливаются и снова вводятся в выходную линию.

Известно, что определенное количество шумовых сигналов исходит из выходной линии и вызвано явлением рассеяния света, неизбежно возникающего внутри волокон.

Часть обратно рассеянного света возвращается на усилители и, следовательно, усиливается снова и вводится в выходную линию.

Более того, считается, что усилитель благодаря своей внутренней природе вырабатывает определенное количество шумовых сигналов, которые попадают в выходную или входную линии.

Благодаря вышеупомянутому явлению рассеяния шумовые сигналы частично возвращаются, смешиваясь с полезными сигналами, которые действительно требуется передать.

Вход шумовых сигналов в усилитель и их результирующее усиление определяют явления интерференции и ударов, которые для достаточно больших значений (>15 дБ) усиления усилителя создают "интерферометрические шумы" амплитудой больше, чем известные шумы, производимые усилителем.

Вышеизложенное приводит к незапрограммированному снижению отношения между полезным сигналом и шумом вдоль линии самого усилителя. Сокращение отношения сигнал/шум начинает уменьшаться вследствие увеличения коэффициента усиления усилителя из оптического волокна, так же как и вследствие увеличения числа усилителей, помещенных вдоль линии волокна.

В такой ситуации возникают большие трудности с получением достаточно чистого полезного сигнала, когда он достигает приемника, расположенного на большом расстоянии от источника сигнала.

Из [1] и [2] известно, что в лазере или в оптическом полупроводниковом усилителе существует риск нестабильности и возникновения осцилляций из-за отражений на концах усилителя.

В вышеупомянутых патентах и статьях в общем случае говорится, чтобы уменьшить эти отражения, о паре оптических изоляторов для полупроводникового лазера, которые не пропускают свет, отраженный парными поверхностями между линиями волокон, и тем самым предотвращают его от попадания на лазер.

В усилителе из активного волокна между линией волокна и усилителем нет промежуточных поверхностей, так как линии волокна прямо приварены к активному волокну усилителя, поэтому в общем случае явления отражения не ожидается.

Тем самым было открыто, что в усилителе из активного волокна в отсутствие средств уменьшения отражения в направлении активного волокна невозможно получить высокий коэффициент усиления из-за возникновения шума интерферометрического характера как результата столкновения прямого сигнала и отраженных сигналов в самих линиях волокна и во всех элементах, относящихся к активному волокну.

Наличие интерферометрических шумов в полупроводниковом усилителе не очень важно из-за его низкого коэффициента усиления и малых конструкционных размеров, тогда как наличие этих шумов становится исключительно важным в усилителе из активного волокна, способного получить очень высокие коэффициенты усиления и имеющего активное волокно значительной длины обычно в пределах десятков метров, гораздо больше, чем расстояние когерентности сигнала, генерируемого лазером.

В усилителе из оптического волокна возникает проблема защиты волокна усилителя от таких источников шума и сокращения отражения в направлении активного волокна до уровня ниже критических значений, так чтобы не подвергать риску качество передачи, устанавливая при этом высокие значения коэффициента усиления усилителя.

Целью изобретения является создание усилительного устройства, изготовленного таким образом, чтобы в значительной степени предотвратить попадание шумовых сигналов в усилитель из оптического волокна.

Цель достигается посредством устройства для усиления световых сигналов в линиях передачи из оптического волокна, характеризующегося тем, что состоит из первых средств однонаправленной селекции, помещенных между усилителем и выходной линией из оптического волокна, чтобы предотвратить передачу оптических шумовых сигналов от вышеупомянутой выходной линии к усилителю, и из вторых средств однонаправленной селекции между усилителем и входной линией для предотвращения передачи шумовых сигналов от усилителя к входной линии.

Дальнейшие характеристики и преимущества будут лучше видны из подробного описания предпочтительной, но не исключительной конструкции устройства для усиления световых сигналов в линии передачи из оптического волокна.

На чертеже показана блок-диаграмма усиливающего устройства.

Усиливающее устройство 1 состоит из усилителей 2 из оптического волокна, связанных при использовании с по крайней мере одной входной линией 3 из оптического волокна, через которую передается световой сигнал, излучаемый, например, оптическим передатчиком 4 или исходящий из усилительного устройства, сводного с описанным и помещенным на эту же линию.

Усилитель 2 также связан с выходной линией из оптического волокна 5, в которую должен входить усиленный световой сигнал, который через выходную линию будет передан на оптический приемник 6 или на другое усилительное устройство, сходное с описанным.

Усиливающее устройство 1 состоит также из первых средств 7 для однонаправленной селекции, вставленных между усилителем из оптического волокна 2 и выходной линией 5 из оптического волокна для предотвращения передачи оптических шумовых сигналов из выходной линии на усилитель. Кроме того, вторые средства 8 однонаправленной селекции вставлены между усилителем 2 из оптического волокна и входом 3 для предотвращения передачи шумовых сигналов от усилителя во входную линию.

Средства 7, 8 для однонаправленной селекции состоят по крайней мере из первого оптического изолятора и по крайней мере из второго оптического изолятора, причем оба изолятора имеют низкую отражательную способность. Отражательная способность этих оптических изоляторов 7, 8 ниже по крайней мере на 10 дБ отражения вследствие релеевского рассеяния оптическими волокнами, образующими входную 3 и выходную 5 линии.

Усилительное устройство работает следующим образом.

Усилитель 2 получает световые сигналы, приходящие из входной линии 3, и передает усиленные сигналы в направлении выходной линии 5.

Кроме вышеупомянутых оптических сигналов, усилитель передает свои шумовые сигналы, которые передаются во входную линию 3 и в выходную линию 5.

Присутствие второго оптического изолятора 8 непосредственно на линии усилителя 2 не дает проходить шумовым сигналам во входную линию 3.

При отсутствии оптического изолятора вход усиленных шумовых сигналов во входную линию 3 должен создаваться вследствие диффузии, возникающей в оптических волокнах, дальнейших шумовых сигналов, часть которых должна снова достичь усилителя 2, создавая интерференцию ударов с полезными оптическими сигналами и передаваясь оптическим передатчиком 4.

Присутствие первого оптического изолятора 7 непосредственно внизу линии усилителя 2, кроме того, позволяет избежать попадания на усилитель шумовых сигналов, возникающих вдоль выходной линии 5 в связи с явлениями диффузии света внутри оптического волокна. При отсутствии первого оптического изолятора 7 шумовые сигналы должны усиливаться и снова вводиться в выходную линию 5 вместе с усиленным полезным сигналом, образуя таки образом незапрограммированную интерференцию и/или ударные явления.

Единственные сигналы, которые достигнут выходной линии 5, - это усиленные полезные сигналы с небольшими шумовыми сигналами, пренебрежимо малыми по сравнению с другими сигналами, производимыми усилителем 2.

Благодаря присутствию оптического изолятора непосредственно наверху и внизу линии усилителя усиливающее устройство позволяет значительно уменьшить вход шумовых сигналов в выходную линию усилителя.

Это позволяет увеличить полезное усиление усилителя, а также улучшить передачу оптического сигнала от передатчика к приемнику, расположенных на больших расстояниях друг от друга.