ОПТИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ С РЕГУЛИРУЕМЫМ УСИЛЕНИЕМ Российский патент 2002 года по МПК H04B10/16 

Изобретение относится к оптическому усилителю, как определено родовыми признаками в пункте 1 формулы изобретения.

Передача цифровых сигналов в современных оптических системах передачи осуществляется в режиме уплотнения длин волн. Этот способ обеспечивает возможность повысить пропускную способность без повышения скорости передачи битов в отдельных каналах передачи. Это обеспечивает значительные преимущества по отношению к возникающим искажениям, обусловленным различным временем распространения (дисперсией), и позволяет применять более экономичные схемы передатчиков.

Переналадки системы передачи или ошибки приводят к тому, что каналы должны подключаться и отключаться. Так как оптические усилители линии передачи обычно работают в режиме насыщения, то без принятия дополнительных мер отключение или подключение каналов приводило бы к изменению выходного уровня сигнала, передаваемого в активном канале
Известна схема регулирования (см. "Conference on Optical Amplifiers and their Applications, Technical Digest, July 11-13, 1996, Monterey, California, USA; PDP4-l. . . 4-5), противодействующая вышеописанному эффекту. Детектор определяет выходной уровень и управляет мощностью накачки.

Другая возможность регулировки усиления описана в том же источнике на стр. FB 2-1. . . FB 2-4. В данном случае производится ограничение инверсии (усиление) посредством лазерных колебаний. С помощью фазовых решеток, размещенных перед усилителем и после усилителя и служащих в качестве отражателей, формируется продольный резонатор для длины волны в пределах передаваемого спектра длин волн. За счет раскачки лазерной линии при достаточно высокой мощности накачки поддерживается постоянный выигрыш.

Недостаток данного решения связан с тем, что усилитель для лазерной длины волны должен обеспечивать пропускание в обоих направлениях. Это условие проблематично выполнить, если усилитель содержит оптические изоляторы.

Известен усилитель (см. OFC'97 Technical, S. 130-131), выходной сигнал которого подается по цепи обратной связи через демультиплексор длин волн, в которую включены полосовой фильтр и звено ослабления. Сигнал, поданный по цепи обратной связи, вновь подается через мультиплексор длин волн на усилительный элемент совместно с входным сигналом.

Данная схема требует применения ряда конструктивных элементов, зависящих от длины волны.

В связи с этим предложено применять кольцевой резонатор, как описано в "Electronics Letters", 28^th March 1991, vol.27, No.7, pp.560-561. Волоконный элемент связи ответвляет часть выходной мощности усилителя. С помощью оптического полосового фильтра селектируется узкая спектральная составляющая, ослабляемая в звене ослабления и подаваемая через другой волоконный элемент связи на вход усилителя.

Недостаток этого усилителя состоит в появлении в выходном сигнале длины волны, используемой для регулирования, т.е. так называемой лазерной линии.

Задачей изобретения является создание усилителя с постоянным усилением, в выходном сигнале которого лазерная линия проявляется лишь незначительно.

Эта задача решается с помощью оптического усилителя, соответствующего пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение позволяет в значительной степени исключить помеховые эффекты, обусловленные нелинейностями передающего волокна. Усиление поддерживается постоянным для всех применяемых каналов различных длин волн. Усилитель может, естественно, применяться и для усиления только одного сигнала.

В случае многокаскадного усилителя предпочтительным является то, что для оптимизации шумовых характеристик между первым усилительным каскадом и стабилизируемыми усилительными каскадами введен элемент связи для подачи лазерного сигнала, ответвленного с циркулятора.

Если необходимо обрабатывать различные сигнальные полосы, то целесообразно последовательно с циркулятором включить две или более фазовые решетки. Длины волн отражения решеток необходимо выбрать таким образом, чтобы каждая из них попадала в полосу пропускания соответствующего фильтра сигнальной полосы. Тем самым обеспечивается раскачка лазерной линии, отраженной от соответствующей фазовой решетки. При переключении на другой фильтр сигнальной полосы происходит автоматическая раскачка лазерной линии, отраженной от другой фазовой решетки.

Изобретение поясняется ниже на двух примерах осуществления, иллюстрируемых чертежами, на которых показано следующее:
фиг.1 - принципиальная схема усилителя, соответствующего изобретению, и
фиг.2 - многокаскадный усилитель для различных длин волн.

На фиг. 1 показана принципиальная схема регулируемого усилителя, содержащего в качестве усилительного элемента УЭ волоконный усилитель или усилитель на полупроводниковом волокне. На его выходе включен оптический циркулятор ОЦ. Циркулятор выдает сигнал, приложенный на его первый вход, на его выход, а сигнал, введенный на этот выход, - на второй выход. Эти конструктивные элементы известны и выпускаются, например, фирмой Е-ТЕК DYNAMIKS, INC.

В качестве конкретного примера выполнения циркулятора можно рассматривать оптический элемент связи (ответвитель), который, однако, обуславливает более высокое ослабление.

Выходной сигнал усилителя проходит от циркулятора на выход Вых усилителя. Между выходом оптического циркулятора для выходного сигнала усилительного элемента и выходом Вых усилителя введен отражатель ФР очень узкого диапазона длин волн, который реализован в виде фазовой решетки или в виде диэлектрического фильтра.

Через другой выход оптического циркулятора выдается отраженный узкополосный сигнал, имеющий определенную длину волны, так называемая лазерная линия ЛЛ, и подается через регулируемое звено ослабления 30 и элемент связи, реализованный в данном случае в виде фазовой решетки ФР, на вход усилительного элемента УЭ вместе с входным сигналом ВхС, приложенным к входу Вх усилителя. Сигнальная составляющая, обозначенная как лазерная линия ЛЛ, не относящаяся к входному сигналу, вырабатывается в кольцевом резонаторе и служит только для регулирования усиления и определяет тем самым усиление в пределах обрабатываемого диапазона длин волн, который определен для входного сигнала ВхС. Усиление устанавливается посредством регулируемого звена ослабления. В выходном сигнале ВыхС лазерная линия практически не присутствует.

В качестве усилительного элемента может применяться волоконный усилитель, к которому должна подаваться через другой элемент связи соответствующая мощность накачки, как это известно из описанного уровня техники. Также может использоваться полупроводниковый лазер.

На фиг.2 показан двухкаскадный усилитель. Если первый усилительный каскад УК1 работает в режиме малого сигнала, то стабилизация его усиления не требуется. Чтобы получить усилитель, в максимальной степени свободный от шумов, предпочтительно ввести элемент связи ЭС между первым усилительным каскадом и стабилизируемым усилительным каскадом УК2 для введения сигнала обратной связи.

Часто используются оптические полосовые фильтры, которые подавляют передачу ненужных диапазонов длин волн, например составляющих усиленного спонтанного излучения УСИ, и пропускают только сигналы в требуемом диапазоне длин волн. Если усилитель должен обрабатывать несколько сигнальных полос, то необходимо осуществить переключение между различными фильтрами Ф1, Ф2. Как правило, это касается и лазерных линий, используемых для регулировки, лежащих в пределах сигнальных полос или на их краях. Показанный на фиг.2 усилитель имеет поэтому несколько включенных последовательно отражателей, т.е. фазовых решеток ФР1 и ФР2. От фазовых решеток отражается только по одной соответствующей длине волны. При работе с использованием первого фильтра Ф1 сигнальной полосы происходит раскачка лазерной линии ЛЛ1, отраженной от первой фазовой решетки ФР1, а при переключении на второй фильтр Ф2 сигнальной полосы автоматически - лазерной линии ЛЛ2, отраженной от второй фазовой решетки ФР2. Фильтры могут включаться на входе и/или выходе или в области усилителя.

Усилитель был реализован для двух сигнальных полос в диапазоне от 1536 нм до 1546 нм и от 1548 нм до 1558 нм. Фильтры сигнальных полос имеют полосы пропускания от 1534 нм до 1547 нм и от 1547 нм до 1560 нм. Отраженные от обеих фазовых решеток длины волн лежат в диапазоне от 1535 нм до 1559 нм. Усилитель реализован с двумя усилительными каскадами для обеспечения усиления 25 дБ.

Могут также использоваться несколько регулируемых независимо друг от друга усилительных каскадов, включенных последовательно.

Усилитель, предназначенный для использования в режиме мультиплексирования длин волн, выполнен в виде кольцевого резонатора, в котором выход усилительного элемента связан с последовательно соединенными оптическим циркулятором и фазовой решеткой. Посредством циркулятора по цепи обратной связи узкополосный сигнал, отраженный от фазовой решетки, подается через звено ослабления на вход усилительного элемента. Техническим результатом является исключение помеховых эффектов, обусловленных нелинейностями передающего волокна. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Оптический усилитель с регулируемым усилением, выполненный в виде кольцевого резонатора, в котором для регулировки усиления узкополосный сигнал подается по цепи обратной связи с выхода усилителя через звено ослабления и элемент связи на вход усилительного элемента, отличающийся тем, что содержит включенные последовательно с регулируемым усилительным элементом оптический циркулятор и по меньшей мере один узкополосный отражатель, который отражает узкополосный сигнал, при этом оптический циркулятор имеет второй выход, связанный со звеном ослабления, для узкополосного сигнала, который подается на вход усилительного элемента, на который подается также входной сигнал. 2. Оптический усилитель по п.1, отличающийся тем, что оптический циркулятор выполнен в виде оптического элемента связи. 3. Оптический усилитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержит несколько усилительных элементов. 4. Оптический усилитель по п.3, отличающийся тем, что узкополосный сигнал обратной связи ответвляется между первым усилительным элементом и регулируемым усилительным элементом. 5. Оптический усилитель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в сигнальный тракт включены оптические фильтры. 6. Оптический усилитель по п.5, отличающийся тем, что после циркулятора включено несколько узкополосных отражателей. 7. Оптический усилитель по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что в качестве оптического отражателя использована фазовая решетка. 8. Оптический усилитель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что в качестве усилительного элемента использован волоконный усилитель или полупроводниковый усилитель. 9. Оптический усилитель по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что звено ослабления выполнено регулируемым для изменения усиления. 10. Оптический усилитель по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что он предназначен для сигналов, мультиплексированных по длинам волн.