волоконно-оптический усилитель

Формула изобретения

Волоконно-оптический усилитель, содержащий входной волоконный световод, оптически связанный с входом первого легированного волоконного световода, выход которого соединен с первым входом первого ответвителя, источник накачки, первый выход которого соединен со вторым входом первого ответвителя, выход первого ответвителя соединен с входом первого оптического вентиля, второй легированный волоконный световод, выход которого соединен с входом второго ответвителя, первый выход которого соединен с входом второго оптического вентиля и далее с выходным волоконным световодом, третий оптический вентиль, отличающийся тем, что в него дополнительно введены смеситель, блок управления электрическим напряжением смещения торцов, электрически связанный со смесителем, фотоприемное устройство, блок контроля интенсивности излучения в каналах плотно мультиплексного сигнала, разделенного по длинам волн (ПМРДВ-каналах), блок отображения, электрически связанный с блоком контроля интенсивности излучения в ПМРДВ-каналах, причем выход первого оптического вентиля соединен с первым входом смесителя, второй вход смесителя соединен со вторым выходом источника накачки, выход смесителя соединен с входом второго легированного волоконного световода, а второй выход второго оптического ответвителя соединен с входом фотоприемного устройства, выход которого электрически соединен с входом блока контроля интенсивности излучения в ПМРДВ-каналах, выход которого соединен с входом блока управления электрическим напряжением смещения торцов смесителя, третий оптический вентиль расположен между входным волоконным световодом и входом первого легированного волоконного световода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к волоконно-оптическим линиям связи и может быть использовано для усиления оптического сигнала.

Известен волоконно-оптический усилитель [Заявка ЕР 0637109 А1, Н 01 S 3/06, 1997], содержащий первый входной волоконный световод, оптически связанный с первым входом оптического смесителя, источник накачки, выход которого соединен с вторым входным волоконным световодом и далее со вторым входом смесителя, выход смесителя соединен с входом волоконного световода, сердцевина которого легирована ионами редкоземельных элементов, выход легированного волоконного световода связан с выходным волоконным световодом. Усиление информационного оптического сигнала производится посредством квантовомеханических эффектов, происходящих внутри сердцевины легированного волоконного световода.

Недостатками волоконно-оптического усилителя является неровное "плато" его передаточной характеристики - переменный коэффициент усиления для разных значений длин волн поступающего информационного сигнала, а также отсутствие возможности управления коэффициентом усиления.

Известен волоконно-оптический усилитель на примесном волокне [Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети. - М.: Изд-во ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000. - 267 с., с. 88]. Такой усилитель обеспечивают внутреннее усиление подводимого оптического сигнала без его преобразования в электрическую форму, используя принцип индуцированного излучения внутри диэлектрика, аналогично лазерам, получил наиболее широкое распространение среди прочих типов оптических усилителей и является ключевым элементом в технологии полностью оптических сетей. Активной средой является одномодовое волокно, сердцевина которого легирована примесями редкоземельных элементов с целью создания двух или трехуровневой атомной системы в зависимости от длины волны используемого источника накачки. Широко распространены усилители, в которых используется кремниевое волокно, легированное эрбием (EDFA - Erbium Doped Fiber Amplifier, или волоконный усилитель, легированный эрбием - ВУЛЭ (подробное описание принципов работы и схемотехнических вариантов построения волоконных усилителей приводится в кн.: Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети. - М.: Изд-во ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000. - 267 с., с. 88-94, с. 205-212)). Для обеспечения в ВУЛЭ широкой зоны усиления в диапазоне значений длин волн 1530...1555 нм оптимальным по ряду факторов является использование источника накачки с длиной волны 980 нм. Однако в силу определенных квантовомеханических свойств оптической усиливающей среды усилители ВУЛЭ имеют провал передаточной характеристики (коэффициента усиления) минимум вблизи длин волн 1540...1545 нм. Если усилению подлежит DWDM-сигнал (Dense Wavelength Division Multiplexing, или плотно мультиплексный сигнал, разделенный по длинам волн - ПМРДВ-сигнал (подробное описание основ технологий передачи мультиплексного сигнала, разделенного по длинам волн, приводится в кн.: Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы. / Сборник статей под ред. Дмитриева С.А., Слепова Н.Н. - М.: Издательство "Connect", 2000. 376 с., с. 185-199; а также в кн.: Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети. - М.: Изд-во ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000. - 267 с., с. 200-204)), представляющий множество узких линий интенсивности (каналов) шириной (при утвержденной частотной сетке с расстояниями между ПМРДВ-каналами 100 ГГц, что соответствует 0,8 нм [ITU-T Rec. G. 692. Optical interfaces for multi-channel systems with optical amplifiers]), в диапазоне 1530...1555 нм, то из-за этого провала интенсивность излучения в различных ПМРДВ-каналах окажется неодинаково усиленной на выходе легированного волоконного световода. С учетом того что на протяженном участке линии связи таких усилителей может быть довольно много, некоторые ПМРДВ-каналы подвергнутся сильной деградации, что приведет к ухудшению качества связи.

Известен волоконно-оптический разветвитель [А.с. СССР 1760494, МКИ⁵ G 02 В 6/28, 07.09.1992, Бюл. 33], содержащий входные волоконные световоды, соединенные с входным торцом оптического смесителя, дополнительные волоконные световоды, выходы которых соединены с входным торцом смесителя, выходные волоконные световоды, входы которых соединены с выходным торцом смесителя, входы дополнительных световодов соединены с выходным торцом смесителя. Смеситель представляет собой оптически прозрачное тело специальной формы с отполированными входным и выходным торцами, расположенными в параллельных плоскостях. Смеситель выполнен с возможностью регулировки расстояния между его торцами.

К недостатку волоконно-оптического разветвителя относится невозможность усиления информационного оптического сигнала посредством квантовомеханических эффектов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности является волоконно-оптический усилитель [Патент GB 2290904 А1, Н 01 S 3/06, 1997]. Этот волоконно-оптический усилитель, выбранный в качестве прототипа, содержит входной волоконный световод, оптически связанный с входом первого легированного волоконного световода, выход которого соединен с первым входом первого ответвителя, источник накачки, первый выход которого соединен со вторым входом первого ответвителя; выход первого ответвителя соединен с входом первого оптического вентиля, выход которого соединен с входом фильтра Фабри-Перо, расположенного в свободном пространстве смесителя, выход фильтра Фабри-Перо соединен со входом второго оптического вентиля и далее со входом второго легированного волоконного световода, выход которого соединен с первым входом второго ответвителя, выход которого соединен с входом третьего оптического вентиля и далее с выходным волоконным световодом, второй вход второго ответвителя соединен со вторым выходом источника накачки.

В легированных волоконных световодах организовано противонаправленное распространение излучения накачки по отношению к направлению распространения информационного оптического сигнала, что позволяет примерно на 2 Дбм увеличить усиление, хотя при этом примерно на 1 Дбм увеличивается шум. Оптические вентили установлены для устранения рассеянного, отраженного обратно излучения на длине волны сигнала и фонового излучения на длине волны накачки, которые могут стать источниками шума в волоконно-оптической линии связи. Фильтр Фабри-Перо предназначен для создания многих разнесенных по длинам волн ПМРДВ-каналов внутри рабочего диапазона длин волн информационного оптического сигнала, причем ширина создаваемых ПМРДВ-каналов может регулироваться путем вращения фильтра.

К недостаткам волоконно-оптического усилителя, выбранного в качестве прототипа, можно также отнести отсутствие ровного "плато" усилительной характеристики и отсутствие возможности быстрого управления коэффициентом усиления. В данном случае фильтр Фабри-Перо не может "сглаживать" характеристику усилителя, так как коэффициенты отражения его зеркал и расстояние между зеркалами выбраны произвольно. Кроме того, наличие механических элементов, обеспечивающих вращение фильтра, снижают надежность устройства.

Задачей изобретения является улучшение качества связи посредством обеспечения эффекта "сглаживания" зависимости коэффициента усиления от длины волны подаваемого информационного оптического сигнала.

Поставленная задача достигается тем, что в известный волоконно-оптический усилитель, содержащий входной волоконный световод, оптически связанный с входом первого легированного волоконного световода, выход которого соединен с первым входом первого ответвителя, источник накачки, первый выход которого соединен со вторым входом первого ответвителя; выход первого ответвителя соединен с входом первого оптического вентиля, второй легированный волоконный световод, выход которого соединен с входом второго ответвителя, первый выход которого соединен с входом второго оптического вентиля и далее с выходным волоконным световодом, третий оптический вентиль, дополнительно введены смеситель, блок управления электрическим напряжением смещения торцов, электрически связанный со смесителем, фотоприемное устройство, блок контроля интенсивности излучения в ПМРДВ-каналах, блок отображения, электрически связанный с блоком контроля интенсивности излучения в ПМРДВ-каналах, причем выход первого оптического вентиля соединен с первым входом смесителя, второй вход смесителя соединен со вторым выходом источника накачки, выход смесителя соединен с входом второго легированного волоконного световода, а второй выход второго оптического ответвителя соединен с входом фотоприемного устройства, выход которого электрически срединен с входом блока контроля интенсивности излучения в ПМРДР-каналах, выход которого соединен с входом блока управления электрическим напряжением смещения торцов смесителя, третий оптический вентиль расположен между входным волоконным световодом и входом первого легированного волоконного световода.

Известен ответвитель [Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети. - М.: Изд-во ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000. - 267 с., с. 49], который фактически представляет собой Y-образный разветвитель, где в основном обеспечивается сквозной проход сигнала с небольшой частью отвода или подвода излучения в зависимости от способа использования ответвителя. Поэтому в зависимости от включения ответвитель может иметь два входа и один выход или наоборот - один вход и два выхода.

Смеситель, содержащий отполированные торцы, на которые нанесено отражающее покрытие с соответствующим коэффициентом отражения , расположенные в параллельных плоскостях, выполнен на основе интерферометра Фабри-Перо (ИФП) [Матвеев А. Н. Оптика: Учеб. пособие для физ. спец. вузов. - М.: Высшая школа, 1985. - 351 с., с. 171]. Передаточная характеристика ИФП представляет периодические линии интенсивности - резонансные пики. Расстояние между этими пиками зависит от длины волны излучения , относительного показателя преломления среды ИФП n и расстояния между зеркалами ИФП h. Крутизна пиков, т.е. фактически их форма, зависит от коэффициента отражения зеркал ИФП . Для обеспечения эффекта ровного "плато" передаточной характеристики усилителя необходимо выбирать коэффициенты отражения зеркал ИФП так, чтобы форма резонансного пика ИФП наиболее приближалась к форме "перевернутой" передаточной характеристики легированного волоконного световода. Причем максимум резонансного пика ИФП должен совпадать с минимумом передаточной характеристики легированного световода, т.е. в данном случае наступать в диапазоне длин волн 1540...1545 нм. Этот выбор обеспечит следующее: интенсивность излучения в ПМРДВ-каналах, длина волны которых попадает в минимум передаточной характеристики легированного световода, не изменится, проходя через ИФП, и далее будет усилена в сердцевине второго легированного световода. Интенсивность излучения в других к ПМРДВ-каналах, длина волны которых попадает в зону более высокого усиления, напротив, предварительно будет уменьшена в ИФП. Дальнейшее усиление интенсивности излучения в таких ПМРДВ-каналах позволит приблизительно выровнять значения их интенсивностей по отношению к ПМРДВ-каналам, длина волны которых попадает в диапазон значений 1540...1545 нм. Регулировка расстояния между торцами смесителя, т.е. зеркалами ИФП, необходима для настройки на максимум пропускания передаточной характеристики ИФП, так как последняя зависит также от h. Кроме того, специальная форма смесителя [А. с. СССР 1296981, МКИ⁵ G 02 В 6/28, Бюл. 10] позволяет обеспечить высокое качество смешивания поступающего излучения.

Первый легированный волоконный световод имеет такую же передаточную характеристику, как и второй. Поэтому слабый информационный сигнал, поступающий из входного волоконного световода, пройдя первый легированный волоконный световод, будет усилен неравномерно. Однако наличие первого легированного волоконного световода желательно для того, чтобы работать не со слабым входным сигналом, а уже с более мощным. Вообще говоря, первый легированный световод, а соответственно, и первый ответвитель и первый оптический вентиль являются необязательными компонентами в тех случаях, когда информационный входной оптический сигнал поступает непосредственно от передатчика.

Основными признаками, отличающими предлагаемый волоконно-оптический усилитель от известного, является наличие смесителя, позволяющего осуществлять регулировку расстояния между его торцами, коэффициенты отражения которых подобраны специальным образом, а также электрические блоки управления, чем определяется новизна.

Из вышеизложенного следует, что предложенный волоконно-оптический усилитель соответствует критерию "изобретательский уровень".

Это дает преимущество перед известными решениями в отношении улучшения формы передаточной характеристики усилителя за счет контроля и управления расстоянием между торцами смесителя и посредством подбора коэффициентов отражения торцов смесителя, что в конечном итоге приводит к выравниванию интенсивностей в ПМРДВ-каналах, а значит, и к улучшению качества связи.

Предлагаемый волоконно-оптический усилитель позволяет работать с ПМРДВ-сигналом как высокого, так и низкого уровня, обеспечивать высокое качество передачи на скоростях до десятков Гбит/с, чем определяется его широкая промышленная применимость.

Сущность изобретения поясняется функциональной схемой волоконно-оптического усилителя, представленной на фиг.1; на фиг.2 представлены кривые, характеризующие относительную интенсивность информационного оптического сигнала: а) сигнал, поступающий из входного волоконного световода; б) сигнал на первом входе смесителя; в) сигнал на выходе смесителя; г) сигнал, поступающий в выходной волоконный световод.

Устройство содержит входной волоконный световод 1, оптически связанный с входом первого легированного волоконного световода 2, выход которого соединен с первым входом первого ответвителя 3, второй вход которого соединен с первым выходом источника накачки 4, выход первого ответвителя 3 соединен с входом первого оптического вентиля 5, второй легированный волоконный световод 6, выход которого соединен с входом второго ответвителя 7, первый выход которого соединен с выходным волоконным световодом 8 через второй оптический вентиль 9, третий оптический вентиль 10, расположенный между входным волоконным световодом 1 и входом первого легированного волоконного световода 2, смеситель 11, блок 12 управления электрическим напряжением смещения торцов смесителя 11, электрически связанный со смесителем 11, фотоприемное устройство 13, блок 14 контроля интенсивности излучения в ПМРДВ-каналах, блок 15 отображения, выход первого оптического вентиля 5 соединен с первым входом смесителя 11, второй вход смесителя 11 соединен со вторым выходом источника накачки 4, выход смесителя 11 соединен с входом второго легированного волоконного световода 6, а второй выход второго ответвителя 7 соединен с входом фотоприемного устройства 13, выход которого электрически соединен с входом блока 14 контроля интенсивности излучения в ПМРДВ-каналах, управляющий выход которого соединен с входом блока 12 управления электрическим напряжением смещения торцов смесителя 11, выход отображения соединен с входом блока 15 отображения.

Устройство работает следующим образом. Источник накачки 4 излучает свет на длине волны 980 нм, который посредством ответвителя 3 и смесителя 11 попадает в первый 2 и второй 6 легированные волоконные световоды. В результате этого электроны в атомных структурах легирующей примеси устанавливаются на более высокие энергетические уровни по отношению к невозбужденному состоянию. Информационный оптический сигнал, поступающий из входного волоконного световода 1 (фиг.2, а)), проходит оптический вентиль 10 и попадает в первый легированный волоконный световод 2. Будучи усиленным там, информационный сигнал проходит вентиль 5 и попадает на вход смесителя 11 (фиг.2, б)). В первом легированном волоконном световоде 2 используется противонаправленная накачка. Такой вариант накачки позволяет получить более высокое усиление [Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы. / Сборник статей под ред. Дмитриева С.А., Слепова Н.Н. - М.: Издательство "Connect", 2000. - 376 с., с. 111]. Из-за того что коэффициент усиления легированного световода 2 неодинаков для излучения на разных длинах волн, на входе смесителя 11 интенсивности излучения в ПМРДВ-каналах неодинаковы (фиг.2, б)). Смеситель 11, выполненный на основе ИФП с соответствующим образом подобранными параметрами (коэффициент отражения зеркал , расстояние между зеркалами h), имеет максимум передаточной характеристики в диапазоне длин волн вблизи 1540 нм, на которой как раз наступает провал усилительной характеристики легированных световодов 2 и 6. Крутизна передаточной характеристики смесителя 11 подобрана так, чтобы компенсировать перепад усилительной характеристики легированных световодов 2 и 6. Поэтому на выходе смесителя 11 интенсивность излучения в ПМРДВ-каналах распределена в соответствии с диаграммой фиг. 2, в). Далее информационный оптический сигнал попадает в легированный волоконный световод 6, где дополнительно усиливается. Под действием вышеописанного эффекта, интенсивности в ПМРДВ-каналах после прохождения сигналом легированного волоконного световода 6 выравниваются (фиг.2, г)). Такой усиленный информационный сигнал поступает на вход ответвителя 7, с выхода которого большая часть излучения через оптический вентиль 9 поступает в выходной волоконный световод 8. Меньшая часть излучения ответвляется в сторону фотоприемного устройства 13, где преобразуется в электрический сигнал и поступает на вход блока 14 контроля интенсивности излучения в ПМРДВ-каналах. Блок 14 сравнивает мощности сигналов, соответствующие интенсивностям излучения в различных ПМРДВ-каналах и выдает информацию на блок отображения 15. Кроме того, так как передаточная характеристика смесителя 11 настроена на максимум пропускания на длине волны 1540 нм, блок 14 осуществляет регулировку длины смесителя 11 с целью действительного поддержания этого максимума. Для этого блок 14 сравнивает мощность сигнала, соответствующую интенсивности ПМРДВ-канала на длине волны 1540 нм, с аналогичным значением, пришедшим ранее. Если новое значение меньше предыдущего, то блоком 14 выдается команда управления на блок управления 12, который в небольших пределах изменяет длину смесителя 11, подстраивая передаточную характеристику ИФП на максимум.

Значение коэффициента отражения зеркал смесителя 11, содержащего ИФП, выбирается из следующих условий: крутизна передаточной характеристики ИФП должна приблизительно совпадать с крутизной зависимости коэффициента усиления от длины волны. Причем зависимость коэффициентаусиления от длины волны рассматривается для суммарной длины легированных волоконных световодов 2 и 6 с учетом противонаправленности излучений в световоде 2. Понятие приблизительного совпадения связано с тем, что передаточная характеристика ИФП симметрична относительно максимума, а зависимость коэффициента усиления от длины волны - не симметрична.

Проведем расчет коэффициента отражения зеркал смесителя 11. Воспользуемся численными и графическими данными, приведенными в кн.: Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети. - М. : Изд-во ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000. - 267 с., с. 205-211; Матвеев А. Н. Оптика: Учеб. пособие для физ. спец. вузов. - М.: Высшая школа, 1985. - 351 с., с. 171-176 и Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы. /Сборник статей под ред. Дмитриева С.А., Слепова Н.Н. - М.: Издательство "Connect", 2000. - 376 с., с. 97-116.

Пусть длина волны, на которой наступает максимум передаточной характеристики ИФП _max = 1540 нм, для нее интенсивность излучения на выходе ИФП I_mах= 1 отн. ед. При изменении длины волны на интенсивность излучения на выходе ИФП изменится на I. В данном случае =1555 нм -1540 нм = 15 нм. В соответствии с выражением для передаточной характеристики ИФП запишем



и



В (1) и (2) . Из (1) следует, что относительный показатель преломления среды n смесителя 11, содержащего ИФП, и расстояние между его зеркалами h должны выбираться из условия



где l - натуральное число, lN. Подставляя в (2) вместо 2nh выражение имеем



или относительно D



В соответствии с условием (3), зная значение _max и положив, что смеситель 11 заполнен воздухом с относительным показателем преломления n 1, запишем:

Из-за того что интерферометр Фабри-Перо, образуемый зеркалами смесителя 11, оказывает влияние также на излучение накачки с длиной волны _pump = 980 нм, выбор расстояния между зеркалами необходимо проводить также с учетом следующего соображения: ИФП должен быть настроенным на максимум пропускания как на длине волны 1540 нм, так и на длине волны 980 нм. Следовательно, в соответствии с (3) имеем



Так как параметры l и целочисленные, то их соотношение должно быть таким же, как и соотношение рассматриваемых длин волн _max и _pump. Так как числа 1540 и 980 соотносятся как 11:7, то необходимо выполнение условия

l: = 7:11. (7)

Выбор расстояния h между зеркалами ИФП следует проводить с учетом длины когерентности излучения L_coh. Для того чтобы наблюдалась интерференционная картина, т. е. ИФП оказывал существенное влияние на проходящий через него сигнал, необходимо, чтобы длина когерентности излучения хотя бы на порядок превышала величину, равную произведению h на эффективное число лучей М, прошедших ИФП. Число М согласно [Скоков И.В. Многолучевые интерферометры в измерительной технике. - М.: Машиностроение, 1989. - 256 с., с. 15] определяется как . Длина когерентности излучения L_coh зависит от излучаемой ширины линии следующим образом: , с=310⁸ м/с. С утвержденной канальной сеткой и шириной ПМРДВ-канала 100 ГГц положим, что ширина линии излучения источника составляет _pump = 50 ГГц, тогда приблизительно L_coh = 6 мм. Ширина линии излучения источника меньше ширины канала из-за системного запаса.

Следуя изложенному, запишем



Определим значение I, которое должно соответствовать в относительных единицах перепаду характеристики усиления легированного волоконного световода с длиной, равной суммарной длине легированных световодов 2 и 6 с учетом того, что в легированном световоде 2 излучение накачки распространяется в противоположную сторону по отношению к направлению распространения информационного оптического сигнала. Определяя суммарную длину легированных световодов 2 и 6, равную 20 м, и с учетом противонаправленой накачки (дополнительно + 2 Дбм), получаем, что перепад усилительной характеристики происходит примерно на + 9,5 Дбм. Принимая во внимание Дбм, получаем I 0,89I. С учетом того что I = 1, I = 0,89 отн.ед.

Решение системы уравнений:



относительно переменных l и выполнено на ЭВМ. Исходя из соображений о реальности параметров конструкции смесителя 11, а также в соответствии с условием (7) получен следующий результат: при l = 410³ (расстояние h⁰ = 1,5267 мм, 6313) коэффициент отражения ⁰ = 0,2867. Эффективное число лучей при этом составляет М = 2,358.

Итак, для того чтобы передаточная характеристика смесителя 11, содержащего ИФП, "сглаживала" характеристику усиления легированных волоконных световодов 2 и 6, коэффициент отражения зеркал следует выбирать равным значению ⁰ = 0,2867. При этом для обеспечения условия максимума пропускания ИФП как на длине волны 1540 нм, так и на 980 нм расстояние между зеркалами смесителя 11 должно приблизительно соответствовать h⁰ = 1,5 мм. Из-за того что параметры конструкции могут меняться со временем, в данном волоконно-оптическом усилителе предусмотрена регулировка расстояния h⁰ посредством выделения ответвителем 7 контрольного излучения с последующей обработкой этого сигнала блоками 14 и 12.

Оценим, насколько допустимо отклонение параметра от номинального. Иными словами, если при изготовлении зеркал смесителя 11, содержащего ИФП, коэффициент отражения выполнен с некоторой погрешностью , то форма передаточной характеристики ИФП также будет отклоняться от номинальной, т.е. появится смещение по относительной интенсивности I на краях. Для определения зависимости I() возьмем вариацию от выражения (5) и с учетом представления D() запишем



Или после преобразования



В (11) и I соответствуют приведенным выше номинальным значениям.

Так, для того чтобы соответствующее значение интенсивности отклонилось не более чем на 5% от номинального значения, т.е. I 5% от I, или I 0,0445 отн. ед., необходимо, чтобы коэффициент отражения зеркал отклонился не более 0,00717. Полученное значение соответствует приблизительно 2,5% от номинального ⁰ = 0,2867.

Из-за того что в каждом ПМРДВ-канале информация передается посредством оптических импульсов, которые имеют фронты конечной длительности ввиду несовершенства модуляционной техники, интерферометр Фабри-Перо, образованный отражающими торцами смесителя 11, оказывает влияние на проходящий через него сигнал [Виноградова И.Л., Султанов А.X. Статистический подход к описанию интерферометров Фабри-Перо как элементов многолучевой интерференции в линиях связи. // Радиотехника. 2000. 1. - С. 45-49. ISSN 0033-8486]. Фронты импульсов искажаются - появляется интерференционная помеха. Оценим скорость передачи, при которой длительность интерференционной помехи окажется значительной по сравнению с длительностью сигнального импульса, если коэффициент отражения торцов смесителя 11 равен ⁰ = 0,2867, а расстояние между зеркалами h⁰=1,5267 мм. Задержка волны приблизительно равна с. Заметно интерференционная помеха начнет сказываться на скоростях передачи, начиная с величин порядка бит/с.

В случае когда информационный оптический сигнал поступает в усилитель непосредственно от лазера (передатчика), усилитель работает с большим уровнем сигнала, можно не использовать первый легированный волоконный световод 2, а следовательно, и третий оптический вентиль 10, и первый ответвитель 3. В этом случае входной волоконный световод 1 соединяется непосредственно через первый оптический вентиль 5 с первым входом смесителя 11. Причем в случае такого усеченного варианта конструкции коэффициент усиления (на каждой длине волны в рассматриваемое диапазоне) должен быть меньше, так как иначе усиливающая оптическая среда входит в насыщение. Соответственно, перепад усилительной характеристики тоже меньше и для такого случая можно принять I = -3 Дбм (см. выше). Осуществляя пересчет по методике, приведенной выше, получаем для прежнего значения h⁰ = 1,5267 мм: ⁰ = 0,1674 и скорость передачи = 1,210¹² бит/с (что на сегодня приблизительно в 30 раз превосходит самую высокую скорость синхронной передачи, соответствующую уровню SТМ-256, проект стандарта [ITU-T Rec. G.707. - Network node interface for the Synchronous Digital Hierarchy (SDH)]).

Компоненты 2, 3 и 10 целесообразно использовать, т.е. проводить предварительное усиление, и только затем осуществлять выравнивание интенсивностей излучения в ПМРДВ-каналах, если усилитель работает с сигналом среднего или низкого уровня.

По отношению к аналогам [Заявка ЕР 0637109 А1, Н 01 S 3/06, 1997] и [Патент GB 2290904 А1, Н 01 S 3/06, 1997] предлагаемое устройство позволяет "грубо" и "плавно" осуществлять изменение коэффициента усиления. "Грубое" изменение коэффициента усиления связано с отсутствием или наличием компонентов 2, 3 и 10, а "плавное" - с возможностью в небольших пределах изменять расстояние между торцами смесителя 11. Посредством изменения этого расстояния, базы ИФП h, изменяется коэффициент передачи ИФП, т.е. количество пропускаемой оптической мощности накачки во второй легированный волоконный световод 6. Коэффициент усиления оптической активной среды легированных волоконных световодов на единицу длины может быть описан выражением вида



В (12) g₀(P_pump) - вычисленное (измеренное) для малого входного сигнала максимальное значение коэффициента усиления, зависящее от мощности накачки Р_рumр; - разность частоты сигнала накачки и частоты электронного квантового перехода; T_d - время релаксации диполей вещества активной оптической среды, определяемое скоростью перехода диполей из одного равновесного состояния в другое (имеет порядок 0,01...1 нс в зависимости от типа диполей); P_s - оптическая мощность входного информационного оптического сигнала; P_sat - мощность насыщения.

По отношению к прототипу и аналогам предлагаемый волоконно-оптический усилитель позволяет обеспечить эффект "выравнивания" усилительной характеристики за счет специального подбора коэффициентов отражения торцов смесителя. Таким образом, предложенный волоконно-оптический усилитель позволяет улучшить характеристику усиления, тем самым обеспечить приблизительное соответствие интенсивности излучения в ПМРДВ-каналах и в конечном итоге повысить качество связи.