УСИЛИТЕЛЬ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ РАВНОМЕРНОСТИ УСИЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК H04B10/17 

Настоящее изобретение относится к оптико-волоконному усилителю для регулировки равномерности усиления и, более конкретно, к оптико-волоконному усилителю для регулировки усиления путем измерения равномерности усиления.

Традиционные оптико-волоконные усилители оптимизируются для получения наиболее высокого уровня равномерности усиления перед установкой в канале передачи. В оптико-волоконном усилителе автоматический контроль усиления или автоматический контроль уровня достигается за счет контроля уровней мощности всех входных сигналов и уровней мощности всех выходных сигналов.

Из-за изменения уровня мощности сигнала для каждого канала, который добавляется или вычитается в ходе мультиплексной передачи с добавлением или вычитанием (ADM), так же как и из-за изменения потерь на каждой длине волны, которое зависит от свойств оптического волокна, используемого как канал передачи, проявляется значительная разница в качестве сигналов соответствующих каналов, принимаемых приемным терминалом.

Вообще, оптическое волокно, используемое как канал передачи, проявляет значительную разницу в потерях для разных каналов. Если световой сигнал в диапазоне длин волн от 1545,32 нм до 1557,36 нм, которая обычно используется в системе передачи, имеющей 16 каналов с интервалами 100 ГГц, передается, например, на расстояние 100 км, потери, которые испытывает световой сигнал в канале, соответствующем длине волны 1545,32 нм, оказываются на 0,3 дБ больше, чем потери, которые испытывает световой сигнал в канале, соответствующем длине волны 1557,36 нм.

Также в сетевой системе, где используется ADM, из-за того, что уровни выходной мощности типичного лазерного диода не являются однородными, довольно трудно достичь совпадения уровней мощности между сигналом канала, передаваемым через узел ADM, и сигналом канала, полученным путем добавления при мультиплексной передаче после вычитания при мультиплексной передаче.

Таким образом, так как уровень мощности и отношение сигнал - шум значительно изменяются между каналами светового сигнала, принимаемого приемным терминалом, качество сигнала канала по сравнению с тем, которое предусматривается, может значительно ухудшаться. Если это явление часто повторяется, проблема становится сложной.

Для решения перечисленных выше проблем целью настоящего изобретения является создание оптико-волоконного усилителя для использования в системе передачи на большие расстояния или в мультиплексной системе с добавлением/вычитанием (ADM), для регулировки равномерности усиления путем измерения равномерности усиления выходного сигнала усилителя оптического волокна и регулировки усиления.

Соответственно для достижения упомянутой выше цели создается оптико-волоконный усилитель для регулировки равномерности усиления, содержащий:
первый измерительный блок для измерения уровня мощности входного светового сигнала,
волоконно-оптический блок усиления для формирования светового пучка накачки и усиления входного светового сигнала, выходящего из первого измерительного блока, при использовании светового пучка накачки в соответствии с заданным контрольным значением усиления,
второй измерительный блок для измерения уровня мощности усиленного спонтанного излучения, в двух предварительно заданных диапазонах длин волн; выходящего из волоконно-оптического блока усиления, при этом два предварительно заданных диапазона длин волн содержат коротковолновую полосу длин волн, вне области длин волн, в которой существует канал сигнала, и длинноволновую полосу длин волн, вне области длин волн, в которой существует канал сигнала, и
регулятор усиления для получения характеристик усиления выходного сигнала волоконно-оптического блока усиления в соответствии с измеренным уровнем мощности входного светового сигнала, и для регулировки контрольного значения усиления волоконно-оптического блока усиления в соответствии с измеренным уровнем мощности спонтанного излучения для выравнивания усиления волоконно-оптического блока усиления.

Кроме того, второй измерительный блок содержит первый светоделитель для разделения светового сигнала, выходящего из волоконно-оптического блока усиления, в предварительно заданное соотношение на первую часть светового сигнала и вторую часть светового сигнала, при этом указанная первая часть светового сигнала, разделенная первым светоделителем, является направленной в выходной порт как указанный выходной световой сигнал,
второй светоделитель для подразделения второй части светового сигнала, разделенного указанным первым светоделителем на второе заданное соотношение,
первый фильтр для фильтрации ASE первого предварительно заданного диапазона длин волн, имеющего указанную коротковолновую область из одной части выходного сигнала второго светоделителя, и
первый светоприемник для преобразования выходного сигнала первого фильтра в первый электрический сигнал и вывода первого электрического сигнала к регулятору усиления,
второй фильтр для фильтрации ASE второго предварительно заданного диапазона длин волн имеющего указанную длинноволновую область из другой части второго светового сигнала излучения, выходящего из второго светоделителя; и
второй светоприемник для преобразования выходного сигнала второго фильтра во второй электрический сигнал и вывода второго электрического сигнала к регулятору усиления.

При этом первый измерительный блок содержит:
первый светоделитель для разделения входного светового сигнала на первую и вторую части светового сигнала в предварительно заданном соотношении, при этом первая часть светового сигнала направляется в указанный волоконно-оптический блок усиления; и
первый светоприемник для преобразования второй части светового сигнала в электрический сигнал, при этом указанный электрический сигнал вводится в указанный регулятор усиления.

Упомянутые выше цели и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными за счет подробного описания предпочтительного варианта его реализации со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет собой схему усилителя оптического волокна для регулировки равномерности усиления согласно настоящему изобретению; и
фиг. 2 показывает соотношение между характеристиками усиления и длиной волны первого и второго фильтров, показанных на фиг.1.

Со ссылкой на фиг.1 оптико-волоконный усилитель для регулировки равномерности усиления в соответствии с настоящим изобретением включает входной порт 100, первый измерительный блок 110, блок 120 усиления оптического волокна, второй измерительный блок 130, регулятор 240 усиления и выходной порт 150.

Первый измерительный блок 110 включает в себя первый светоделитель 111 для разделения световых сигналов, попадающих из входного порта 100, в заданном соотношении, и первый светоприемник 112 для преобразования световых сигналов, выходящих из первого светоделителя 111, в электрические сигналы.

Блок 120 усиления оптического волокна включает в себя первый и второй источники 121 и 122 светового пучка накачки для генерации светового пучка накачки, первый и второй мультиплексоры 123 и 124 с разделением по длинам волн для разделения светового пучка накачки и светового пучка сигнала, оптическое волокно 125 с усилением для усиления светового пучка сигнала в соответствии со световым пучком накачки, и первый и второй оптические вентили 126 и 127 для предотвращения усиленного спонтанного излучения (ASE), генерируемого от оптического волокна с усилением 125 после отражения на входном порту 100 и выходном порту 150 и повторного попадания в оптическое волокно 125 с усилением.

Второй измерительный блок 130 включает второй светоделитель 134 для разделения светового пучка сигнала, усиленного блоком 120 усиления оптического волокна, третий светоделитель 131 для нового разделения светового пучка сигнала, разделенного вторым светоделителем 134 в соотношении 1:1, первый фильтр 132а, подсоединенный к первому выходному порту третьего светоделителя 131 для обеспечения прохождения через него светового сигнала заданного диапазона длин волн, первый светоприемник 133а для преобразования светового сигнала, выходящего из первого фильтра 132а в электрический сигнал и вывода преобразованного сигнала к регулятору 140 усиления, второй фильтр 132b, подсоединенный к другому выходному порту третьего светоделителя 131 для обеспечения прохождения через него светового сигнала заданного диапазона длин волн через него и второй светоприемник 133b для преобразования светового сигнала, выходящего из второго фильтра 132b, в электрический сигнал и вывода преобразованного сигнала к регулятору 140 усиления. Здесь первый и второй фильтры 132а и 132b являются узкополосными фильтрами, имеющими различные центральные частоты так, что они способны измерять коротковолновое спонтанное излучение и длинноволновое излучение от светового сигнала, выходящего из блока усиления оптического волокна 120.

Оптико-волоконный усилитель, имеющий упомянутую выше конструкцию, действует следующим образом. Первый светоделитель 111 разделяет световые сигналы, попадающие из входного порта 100, в заданном соотношении. Первый светоприемник 112 преобразует часть разделенного светового сигнала от входного порта 100 в электрический сигнал и подводит преобразованный электрический сигнал к регулятору 240 усиления. Регулятор 240 усиления определяет уровень мощности входного электрического сигнала. Оставшийся световой сигнал, разделенный первым светоделителем 111, подается в оптическое волокно 125 с усилением через первый оптический вентиль 126 и первый мультиплексор 123 с разделением по длинам волн. Первый и второй источники 121 и 122 световых пучков накачки генерируют световой пучок накачки, уровень мощности которого регулируется в соответствии со контрольными значениями усиления, получаемыми на выходе регулятора 140 усиления. В оптическом волокне 125 с усилением усиливается световой сигнал, поступающий от первого мультиплексора 123 с разделением по длинам волн в соответствии со световым пучком накачки, поступающим через первый и второй оптические ответвители 123 и 124 с разделением по длинам волн.

Второй светоделитель 134 разделяет усиленный световой сигнал в заданном соотношении и выводит разделенный световой сигнал к выходному порту 150 и к третьему светоделителю 131 соответственно. Первый и второй фильтры 132а и 132b, подсоединенные к двум выходным портам третьего светоделителя 131, фильтруют световой сигнал в заданном диапазоне длин волн. Здесь, как показано на фиг.2, центральные длины волн первого и второго фильтра 132а и 132b существуют соответственно вне диапазона 202 длин волн, в котором существует канал сигнала, и существуют соответственно внутри диапазона длин волн, где существует спонтанное излучение. Также первый и второй фильтры 132а и 132b имеют центральные длины волн, которые существуют вне диапазона длин волн, в котором существуют каналы сигнала и которые существуют соответственно внутри коротковолновой области 200 или длинноволновой области 204.

Уровень мощности спонтанного излучения отражает характеристики усиления, которые зависят от длин волн блока 120 усиления оптического волокна. Таким образом, усиление блока 120 усиления оптического волокна может быть сформировано равномерным с помощью измерения уровней мощности коротковолнового и длинноволнового спонтанного излучения и регулировки уровня выходной мощности светового пучка накачки в соответствии с измеряемыми уровнями мощности.

Второй и третий светоприемники 133а и 133b преобразуют световой сигнал, отфильтрованный первым и вторым фильтрами 132а и 132b, в электрические сигналы для последующего вывода электрических сигналов к регулятору 140 усиления.

Регулятор 140 усиления проверяет уровень мощности спонтанного излучения от выходных сигналов второго и третьего светоприемников 133а и 133b и подает контрольные значения усиления на первый и второй источники 121 и 122 светового пучка накачки таким образом, чтобы подобрать выходной уровень мощности cветового пучка накачки. Например, если уровень мощности спонтанного излучения для коротких длин волн выше, чем для других длин волн спонтанного излучения, передается контрольное значение для уменьшения уровня мощности светового пучка накачки. Если уровень мощности спонтанного излучения для длинных волн выше, чем для других длин волн спонтанного излучения, передается контрольное значение для увеличения уровня мощности светового пучка накачки.

Также регулятор 140 усиления определяет уровень мощности входного светового сигнала путем измерения выходного сигнала первого светоприемника 112, тем самым давая характеристики усиления выходного светового сигнала по отношению к уровню мощности входного светового сигнала.

В соответствии с настоящим изобретением равномерность усиления усиленного светового сигнала контролируется и регулируется, тем самым получается световой сигнал с равномерным усилением, даже когда уровень мощности светового сигнала изменяется от одной длины волны к другой. Усилитель оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением может уменьшать разницу в характеристике пропускания каждого канала в оптической системе передачи на большие расстояния или в ADM сети, включающей ADM, где оптические волокна, имеющие значительные характеристики потерь для каждого канала, используются в качестве каналов передачи.

Усилитель оптического волокна в соответствии с настоящим изобретением может быть использован в оптической системе передачи на большие расстояния или в ADM сети, включающей ADM, где оптические волокна, имеющие значительную характеристику потерь для каждого канала, используются в качестве каналов передачи.

Изобретение используется в волоконно-оптических системах связи большой протяженности или в мультиплексных системах. Усилитель содержит первый измерительный блок для измерения уровня мощности входного светового сигнала, волоконно-оптический блок усиления для формирования пучка накачки и усиления входного светового сигнала в соответствии с заданным контрольным значением усиления, второй измерительный блок для измерения уровня мощности спонтанного излучения в двух предварительно заданных коротковолновом и длинноволновом диапазонах длин волн вне области длин волн, в которой существует канал сигнала, и регулятор усиления для получения характеристик усиления выходного сигнала в соответствии с измеренным уровнем мощности входного светового сигнала и для регулировки контрольного значения усиления блока усиления в соответствии с измеренным уровнем мощности спонтанного излучения для выравнивания усиления блока усиления. Обеспечена высокая степень равномерности усиления, в том числе когда уровень мощности сигнала изменяется от одной длины волны к другой. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Оптико-волоконный усилитель для регулировки равномерности усиления, содержащий первый измерительный блок для измерения уровня мощности входного светового сигнала, волоконно-оптический блок усиления для формирования светового пучка накачки и усиления входного светового сигнала, выходящего из первого измерительного блока, при использовании светового пучка накачки в соответствии с заданным контрольным значением усиления, второй измерительный блок для измерения уровня мощности усиленного спонтанного излучения (ASE) в двух предварительно заданных диапазонах длин волн, выходящего из волоконно-оптического блока усиления, при этом два предварительно заданных диапазона длин волн содержат коротковолновую полосу длин волн, вне области длин волн, в которой существует канал сигнала, и длинноволновую полосу длин волн вне области длин волн, в которой существует канал сигнала, и регулятор усиления для получения характеристик усиления выходного сигнала волоконно-оптического блока усиления в соответствии с измеренным уровнем мощности входного светового сигнала и для регулировки контрольного значения усиления волоконно-оптического блока усиления в соответствии с измеренным уровнем мощности спонтанного излучения для выравнивания усиления волоконно-оптического блока усиления. 2. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что второй измерительный блок содержит первый светоделитель для разделения светового сигнала, выходящего из волоконно-оптического блока усиления, в предварительно заданное соотношение на первую часть светового сигнала и вторую часть светового сигнала, при этом указанная первая часть светового сигнала, разделенная первым светоделителем, является направленной в выходной порт как указанный выходной световой сигнал, второй светоделитель для подразделения второй части светового сигнала, разделенного указанным первым светоделителем на второе заданное соотношение, первый фильтр для фильтрации ASE первого предварительно заданного диапазона длин волн, имеющего указанную коротковолновую область из одной части выходного сигнала второго светоделителя, и первый светоприемник для преобразования выходного сигнала первого фильтра в первый электрический сигнал и вывода первого электрического сигнала к регулятору усиления, второй фильтр для фильтрации ASE второго предварительно заданного диапазона длин волн, имеющего указанную длинноволновую область из другой части второго светового сигнала излучения, выходящего из второго светоделителя, и второй светоприемник для преобразования выходного сигнала второго фильтра во второй электрический сигнал и вывода второго электрического сигнала к регулятору усиления. 3. Усилитель по п. 1, отличающийся тем, что первый измерительный блок содержит первый светоделитель для разделения входного светового сигнала на первую и вторую части светового сигнала в предварительно заданном соотношении, при этом первая часть светового сигнала направляется в указанный волоконно-оптический блок усиления, и первый светоприемник для преобразования второй части светового сигнала в электрический сигнал, при этом указанный электрический сигнал вводится в указанный регулятор усиления.