ОПТИЧЕСКАЯ ВОЛОКОННАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ Российский патент 1997 года по МПК H04B10/12 

Изобретение относится к оптической стекловолоконной линии дистанционной связи, снабженной независимым каналом для служебных сообщений.

Линии сообщений, годные для передачи сообщений на большие расстояния, в дополнение к каналам, используемым для сигналов сообщений, помещенным в расположении пользователей, обычно также снабжаются независимым каналом, годным для передачи служебных сообщений.

Такие служебные сигналы могут быть различных видов, скажем управляющие или командные сигналы для оборудования, расположенного вдоль линии, такие, как усилители или повторители или сообщения между обслуживающим персоналом, работающим в точке на линии, и промежуточной или конечной станцией самой линии.

В оптической стекловолоконной линии дистанционной связи, снабженной через регулярные интервалы повторителями дли усиления передаваемых сигналов, один или более каналов сообщений могут быть использованы для служебных сигналов, которые являются доступными, для посылки или приема служебных сигналов на каждом повторителе, где оптические сигналы детектируются и преобразуются в электрические сигналы, электронно усиливаемые и сразу снова посылаемые в станции назначения в оптической форме.

В таких повторителях служебный сигнал, преобразованный в электрическую форму, может быть легко принят и использован в желаемых целях, и подобным образом сигнал в электрической форме может быть введен в повторитель и затем преобразован в оптический сигнал вместе с другими сигналами, подвергаемыми усилению и посылаемыми по линии.

Однако оптические стекловолоконные линии дистанционной связи повсеместно доказали удобство того, чтобы вместо повторителей электронного типа использовались оптические усилители в режиме усиления сигнала без преобразования его в электрическую форму.

В таких линиях сигналы не могут быть введены или извлечены из стекловолоконной линии, по которой они передаются с помощью известного электронного оборудования, потому что сигналы используются только в оптической форме, даже в усилителях.

Следовательно, возникает проблема ввода или извлечения из оптической стекловолоконной линии сигналов, имеющих длину волны, отличную от длины волны других сигналов, которые проходят неизменяемыми, но для того, чтобы такие соединительные устройства работали правильно, с полным разделением между извлеченными сигналами и неизменяемыми сигналами, и с уменьшенным затуханием самих сигналов они должны работать между длинами волн, которые являются существенно различными, тогда как оптические сообщения выполняются в достаточно узком диапазоне длин волн, где характеристики передачи стекловолокна лучше.

Таким образом, целью изобретения является разработка оптической стекловолоконной линии связи, в которую возможен ввод и извлечение служебных оптических сигналов без преобразования передаваемых сигналов в электрическую форму.

Целью изобретения является оптическая стекловолоконная линия связи, включающая по крайней мере одну станцию испускания и одну станцию приема сигналов дистанционной передачи и по крайней мере единый оптический усилитель, отличающийся тем, что она включает средства для ввода и средства для извлечения оптических служебных сигналов из оптического стекловолокна линии, где указанные средства включают по крайней мере один блок испускания и/или блок приема оптических служебных сигналов, годных для приема из оптической линии и/или испускания по отношению к тем же самым служебным сигналам, образованным сигналами в канале связи или управляющими сигналами, электрически поданными или полученными от самого блока в форме оптических сигналов, имеющих длину волны, которая существенно отличается от длины волны сигналов дистанционной связи, где указанный блок соединен с соответствующим оптическим соединительным устройством, включенным в линию, годным для соединения со стекловолокном линии и/или для извлечения из него оптических служебных сигналов, с оптическим усилителем или с каждым оптическим усилителем соединяется по крайней мере одно средство для испускания или извлечения оптических служебных сигналов.

Предпочтительно оптический усилитель или каждый оптический усилитель соединяется со средствами для испускания и со средствами для извлечения служебных оптических сигналов, годных для переключения самих служебных сигналов вдоль пути, внешнем по отношению к усилителю.

Длина волны служебных сигналов по существу равна или только слегка отличается от длины волны, соответствующей минимуму кривой затухания света в оптическом стекловолокне относительно длины волны.

Удобно, чтобы длина волны сигналов дистанционной связи варьировалась в основном от 1500 до 1600 нм и длина волны служебных сигналов варьировалась от 1200 до 1400 нм, указанные служебные сигналы передавались на уровне существенно ниже, чем 300 Кбит/с.

Предпочтительно оптические соединительные устройства образованы дихроичными волоконнооптическими соединительными устройствами.

Более подробно в таком предпочтительном варианте осуществления оптический усилитель или усилители линии образованы секциями активного стекловолокна, легированного флуоресцентными веществами, и посредством инжектирования в секции активного стекловолокна световой энергии накачки, имеющей длину волны, отличную от длины волны сигналов дистанционной связи, генерируемой соответствующими лазерами накачки, представляется по крайней мере один усилитель, блок приема и блок испускания служебных оптических сигналов и соответствующие оптические соединительные устройства, включенные вдоль стекловолокна линии вверх по ходу и вниз по ходу от оптического усилителя, соответственно в направлении, в котором служебные сигналы должны быть посланы.

Удобно, чтобы блоки приема и испускания были соединены вместе электрически, с возможным посредничеством электронных средств усиления, и указанные блоки были годны для приема оптических служебных сигналов из линии, для преобразования их в электрические сигналы, для электронного усиления их и соответственно для приема усиленных электрических сигналов, для преобразования их в оптические сигналы на служебной длине волны и для посылки их на линию, блоки приема и испускания служебных сигналов включают средство для управления их командования лазера или лазеров накачки усилителя, запускаемых служебными сигналами.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения средства для инжектирования световой энергии накачки в активные волоконнооптические секции по крайней мере одного оптического усилителя и одного оптического соединительного устройства служебных сигналов на самом усилителе, образованы единственным оптическим соединительным устройством с тремя длинами волн.

На фиг. 1 показана схема оптической стекловолоконной линии дистанционной связи с усилителями линии; на фиг. 2 схема оптической стекловолоконной линии дистанционной связи с усилителями линии, снабженной входами и выходами для служебных сообщений; на фиг. 3 схема оптического усилителя для линии дистанционной связи, снабженной входами и выходами для служебных каналов в соответствии с изобретением; на фиг. 4 схема оптического усилителя для линии дистанционной связи, снабженной входами и выходами для служебных каналов в соответствии с изобретением в отдельном варианте осуществления; на фиг. 5 - чертеж кривой затухания света в кварцевом оптическом стекловолокне относительно длины волны инжектированного света.

Как показано на фиг. 1, линия оптическая волоконная содержит вообще излучающую станцию 1 для испускания оптических сигналов, в которой сигналы должны передаваться и приниматься, обычно в форме электрических сигналов, испускаться в оптической форме, инжектируясь в оптический световод 2 (стекловолокно), составляющей линию.

Напротив конца световода 2 на большом расстоянии от излучающей станции 1, даже порядка сотен километров, имеется приемная станция 3, годная для приема оптических сигналов, передаваемых по световоду 2 для преобразования их в сигналы другой природы, скажем электрические сигналы, и для посылки таких сигналов в аппаратуру приема (не показана).

Излучающая станция 1 и приемная станция 3 известны и далее не будут описываться.

Вдоль световода 2 вследствие затухания, которому оптический сигнал неизбежно подвергается на пути по световоду 2, имеются усилители 4 линии, годные для приема оптических сигналов, затухающих после определенной длины световода 2 и для испускания их после восстановления до первоначального уровня, чтобы они имели возможность пройти по следующей секции световода 2 до нового усилителя 4 или до приемной станции 3, поддерживаясь до места назначения на уровне, который позволяет им быть принятым правильно.

Линия связи, работающая на большие расстояния, включает определенное число усилителей 4 в зависимости от общего покрываемого расстояния, от затухания в световоде 2, от усиления усилителей 4 и от минимального уровня, приемлемого для сигнала на приеме.

Усилители 4, которые могут быть любого типа, предусмотрены в общем для приема и/или испускания управляющих сигналов, скажем для активизации или контроля работы некоторых из их компонент и, кроме того, предназначены для поддержания функций, с помощью которых оператор может связаться с станциями 1, 3 излучения или приема или с другими усилителями линии.

Таким образом, во всех этих случаях требуется вводить в линию связи дополнительные сигналы, которые могут быть приняты и инжектированы любым усилителем 4 линии или станциями 1, 3.

В случае когда усилители 4 линии являются повторителями, которые, следовательно, принимают оптические сигналы, проходящие по линии, преобразуют их в электрическую форму, электронно усиливают их и ретранслируют в оптической форме в следующую секцию линии, служебные сигналы могут быть того же типа, что и сигналы сообщений, распознаваться и отделяться от них, или они могут быть введены в линию, когда все сигналы преобразованы в электрическую форму, в усилителях 4 или на терминальных станциях, чтобы использовать, когда требуется.

В оптических стекловолоконных линиях связи имеется устройство 5 ввода и вывода оптических усилителей сигналов, в которых сигналы усиливаются, оставаясь в оптической форме, в этих случаях, следовательно, невозможно электронными средствами отделить служебные сигналы от сигналов сообщений, проходящих по такому же световоду без разрыва самого световода.

Для такой цели в соответствии с изобретением (фиг. 2) в каждом усилителе 4, в общем представленном на чертеже, имеется по ходу и против хода от него два дихроичных соединительных элемента 6, годных для приема на общий вход сигналов связи и служебных сигналов, имеющих длину волн, которые различны и мультиплексируются на одном и том же световоде 2 и для разделения на выходе на двух выходящих световодах 7 и 8 сигналов связи с одной длиной волны и служебных сигналов с другой длиной волны соответственно, и также годных для посылки в единственный выходящий световод 2 сигналов связи и служебных сигналов, отдельно инжектированных в световоды 7 и 8.

Подобные дихроичные соединительные элементы 6 представлены на станциях 1, 3 испускания и приема.

Чтобы выполнить разделение между сигналами посредством дихроичных соединительных элементов, длина волны служебных сигналов селектируется, чтобы быть заметно отличной от длины волны сообщения.

Длина волны сообщения обычно колеблется от 1500 до 1600 нм в области, называемой третьим окном, так, чтобы работать на минимуме затухания света в световоде кварцевого стекла, как требуется для дистанционной связи, это позволяет передавать данные на высокой скорости порядка нескольких сотен Мбит/с на расстояние десятков и сотен километров до усиления, поддерживая сигналы на уровнях, достаточных для правильного конечного приема.

Служебные сигналы, с другой стороны, ввиду их характеристик могут передаваться на низкой скорости, порядка сотен Кбит/с, в частности ниже 300 Кбит/с, в соответствии с изобретением также служебные сигналы затем испускаются на длине волны около 1300 нм, на втором минимуме кривой затухания света в кварцевом стекле, называемой вторым окном.

В последующем тексте слова "около 1300 нм" будут означать длину волны в диапазоне волн, типичном для вышеупомянутого второго окна, где имеется относительно низкое затухание, амплитуда такого диапазона зависит от определенных характеристик используемого световода линии, предпочтительный диапазон для обычно производимых световодов линии может быть 1200 1400 нм.

Затухание света на такой длине волны заметно выше, чем на 1500-1600 нм, и не позволяет покрывать расстояние между двумя последовательными усилителями 4 с уровнем поступления, приемлемым для аппаратуры приема, годной для работы на скорости передачи, используемой для сигналов связи, указанных выше, но служебные сигналы, с другой стороны передающиеся на низкой скорости (типично 128 Кбит/с), могут быть приняты очень чувствительными приемниками, и, следовательно, длина волны около 1300 нм приемлема для них.

Это делает возможным использование коммерчески производимых дихроичных соединительных элементов 6, таких, как световоды, которые выплавляются в микрооптике, имеющие превосходные качества в отношении затухания и ограниченной стоимости.

Каждый соединительный элемент 6 соединен вместе с соответствующим выходящим световодом 7, передающим служебные сигналы, с соответствующим усилителем 9, через который служебные сигналы, покидающие соединительный элемент 6, принимаются и преобразуются в соответствующие выходные электрические сигналы, а входные электрические сигналы преобразуются в оптические сигналы на служебной длине волны и испускаются на входе в световод 8, чтобы мультиплексироваться на линии.

При этом способе оптический сигнал на 1300 нм извлекается из линии дихроичным соединительным элементом 6, преобразуется в соответствующий электрический сигнал, который может быть использован для предусмотренных целей, таких, как служебные телефонные сообщения обслуживающего или управляющего персонала оптического усилителя 4, как показано штриховыми линиями на фиг. 2, или для дополнительных команд или управления подобным образом, электрические управляющие сигналы или служебные телефонные сообщения могут быть посланы по световоду 2 линии, чтобы достичь других мест назначения.

Чтобы позволить служебным сигналам достичь усилителей 4 или оконечных станций 1, 3, расположенных на большом расстоянии от места, в котором испущен сигнал, по световоду 2, имеющему несколько оптических усилителей 4, электрический сигнал на выходе из блока 11, соединенного с дихроичным соединительным элементом 6, расположенным вверх по ходу от электрического усилителя 10 оптической линии, электронно усиливается известным способом соответствующим служебным электрическим усилителем 10 и затем посылается на вход блока 11, соединенного со вторым дихроичным соединительным элементом 6 вниз по ходу от оптического усилителя 4, годным для посылки соответствующим образом усиленного служебного сигнала по следующей секции оптического световода до станции назначения или до нового оптического усилителя.

Этим способом служебный сигнал усиливается автономно, на каждом оптическом усилителе 4 линии, и поэтому может передаваться по всей требуемой длине и поступать в место назначения с уровнем, достаточным для предназначенных для него целей.

На фиг. 3 изображен более подробно вариант осуществления изобретения, который показывает оптический усилитель 4, включающий активный оптический световод 12, имеющий необходимую длину, с введенным в него флуоресцентным веществом, лазер 13 накачки, соединенный с соответствующим дихроичным соединительным элементом 14, годным для посылки внутрь активного световода 12 световой энергии, необходимой для производства стимулированного излучения внутри самого световода 2, которые генерируют запрашиваемое усиление.

Предпочтительно, но необязательно могут иметься также второй лазер 13' накачки и соответствующий дихроичный соединительный элемент 14', расположенные напротив конца активного световода 12 относительно соединительного элемента 14 и ориентированные зеркально, с целью усиления мощности накачки внутри активного световода и/или образования средств накачки активного световода 12, сохраняемых в резерве для случая неисправности первого лазера 13 накачки.

В любом случае необходимо заметить, что возможное присутствие второго лазера 13' накачки и соединительного элемента 14' существенно не влияет в этом варианте осуществления на цель передачи служебных сигналов по оптической линии в соответствии с изобретением.

Как уже сообщалось со ссылкой на фиг. 2, усилителю 9 предшествует и после него следуют дихроичные соединительные элементы 6, соединенные с соответствующими блоками 11 приема и передачи служебных сигналов. Лазеры 13 и 13' соединены, как показано штриховыми линиями, с блоками 11 и могут поэтому принимать или посылать управляющие или подобные сигналы в световод 2, после активного световода 12.

Более подробно, как схематически показано на фиг. 4 стрелками, обозначенным S_l, S_s, S_p, соответственно, каждый дихроичный соединительный элемент 15 находится в положении, позволяющем сигналу S_l сообщения, при длине волны (1500 1600 нм) передаваемому по световоду 2 линии на входной соединительный узел 16, без изменения выдаваться на выходной соединительный узел 17, с которым соединен активный световод 12 усилителя, служебный сигнал S_s, на служебной длине волны (1300 нм), представленный на входном соединительном узле 16, направляется на выходной соединительный узел 18 соединительного устройства, с которым соединен блок 11 (и, наоборот, сигнал, выданный блоком 11, подаваемый в качестве входа на соединительный узел 18, посылается по тому же самому оптическому пути в качестве выхода на соединительный узел 16), сигнал S_p накачки, на длине волны накачки, посылается лазером 13 или 13' накачки в качестве входа на соединительный узел 19 и в качестве выхода на соединительный узел 17.

Оптические соединительные устройства с тремя длинами волн, имеющие указанные характеристики, образованные единственным монолитным элементом, скажем, типа плавленого стекловолокна, известны, а их получение является легким и достаточно недорогим, когда длины волн, которые надо соединить, заметно отделены друг от друга; например, в соединении с длиной волны сигнала сообщения около 1550 нм используется длина волны служебного сигнала около 1300 нм, как описано выше, и в случае световода активного усиления с введенным в него эрбием длине волны накачки 980 или 530 нм.

Такое получение дает значительное преимущество выполнения того же самого компонента как при посылке энергии накачки в светодиоде усиления, так и при извлечении или посылке служебных сигналов в световод линии, упрощения структуры усилителя и особенно уменьшения числа соединений между светодиодами и соединительными устройствами, каждое из которых является причиной затухания передаваемого сигнала.

Когда использование второго лазера 13' накачки нежелательно, в месте расположения одного из соединительных элементов 15 с тремя длинами волн, с которым этот лазер был бы соединен, возможно использование дихроичного соединительного элемента 6, как ранее описано, единственно для соединения служебных блоков 11 приема и передачи.

Хотя передача и прием из оптической линии служебных сигналов удобно выполняется на концевых станциях линии и на усилителях линии, как ранее описано, можно вводить дихроичные соединительные элементы из станций приема и передачи служебных сигналов на любую другую позицию оптической стекловолоконной линии, где чувствуется их необходимость.

В случае особых требований к линии или структуре соединительных устройств длина волны может быть принята для служебных сигналов другой, чем длина волны около 1300 нм, указанная ранее, принимая уровень затухания сигнала, который соответствует выбранной длине волны.

Кроме того, внутри сферы действия изобретения при наличии световодов 2, имеющих особые характеристики передачи, вместо длины волны около 1300 нм, смысл которой определен ранее, могут быть приняты другая длина волны или другой диапазон длин волн, соответствующие относительному минимуму затухания, или в любом случае значительно более низкому значению затухания, по отношению к мощности и чувствительности аппаратуры передачи и приема, пока они значительно удалены от диапазона длин волн передачи, чтобы позволить выполнение соответствующих оптических соединительных устройств.

Для целей изобретения предполагается, что концевые станции 1, 3 линии являются двумя точками самой линии, между которыми ссигналы передаются по одному в оптической форме, усиливаясь, где необходимо, оптическими усилителями типа описанного выше.

Изобретение относится к оптической стекловолоконной передающей линии, которая включает устройство 5 для ввода и вывода оптических служебных сигналов из оптического стекловолокна 2 линии, где указанные средства включают в излучающий блок 1, приемный блок 3, пригодных для приема из оптической линии 2 и/или испускаемых в линию самими служебными сигналами, имеющими длину волны, которая существенно отличается от длины волны сигналов дистанционной связи, каждый из блоков 11 соединен с соответствующим оптическим соединительным элементом 6, включенным в световод 2, годным для соединения с оптическим волокном линии и/или для извлечения из нее оптических служебных сигналов. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Оптическая волоконная линия связи, содержащая по меньшей мере одну излучающую станцию для излучения сигналов связи, по меньшей мере один оптический усилитель для усиления сигналов связи и по меньшей мере одну приемную станцию для приема сигналов связи, при этом излучающая станция, оптический усилитель и приемная станция соединены посредством, по меньшей мере одного световода, отличающаяся тем, что линия связи содержит по меньшей мере одно устройство ввода и вывода оптических служебных сигналов, состоящих из сигналов служебной связи или управляющих сигналов, причем длина волны для оптических служебных сигналов отличается от длины волны для сигналов связи, при этом устройство ввода и вывода опитических служебных сигналов выполнено в виде передающего блока оптических служебных сигналов для преобразования электрических служебных сигналов в оптические служебные сигналы и приемного блока для преобразования оптических служебных сигналов в электрические служебные сигналы, причем передающий блок оптических служебных сигналов и приемный блок оптических служебных сигналов соединены с по меньшей мере одним соединительным элементом, включенным в световод. 2. Линия связи по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно оптический усилитель соединен с устройством ввода и вывода оптических служебных сигналов. 3. Линия связи по п. 1, отличающаяся тем, что длина волны оптических служебных сигналов равна или незначительно отличается от длины волны, соответствующей минимуму амплитудно-частотной характеристики затухания света в световоде. 4. Линия связи по п. 1, отличающаяся тем, что длина волны оптических служебных сигналов находится в диапазоне 1200 1400 нм, скорость передачи оптических служебных сигналов ниже 300 кбит/с, а длина волны для сигналов связи составляет 1500 1600 нм. 5. Линия связи по п. 1, отличающаяся тем, что соединительный элемент устройства ввода и вывода оптических служебных сигналов выполнен в виде дихроичного световолоконного элемента. 6. Линия связи по п. 2, отличающаяся тем, что оптический усилитель выполнен на отрезке активного световода, легированного флуоресцентным веществом, и содержит лазер накачки, генерирующий световую энергию накачки, длина волны которой отличается от длины волны для сигналов связи, и элемент ввода энергии накачки в световод, соединенный с отрезком активного световода и выходом лазера накачки, причем приемный блок и передающий блок первого и второго устройств ввода и вывода оптических служебных сигналов соединен с оптическим усилителем посредством соответствующих соединительных элементов. 7. Линия связи по п. 6, отличающаяся тем, что между выходом приемного блока и входом передающего блока включен электронный усилитель. 8. Линия связи по п. 6, отличающаяся тем, что первое и второе устройства ввода и вывода оптических служебных сигналов и лазеры накачки соединены с оптическим усилителем посредством соответствующего единого оптического соединительного элемента на три длины волны.