ITMI940712A1

ITMI940712A1 - Sistema di telecomunicazione amplificata a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda

Info

Publication number: ITMI940712A1
Application number: IT000712A
Authority: IT
Inventors: Fausto Meli; Giacomo Stefano Roba
Original assignee: Pirelli Cavi Spa
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1994-04-14
Publication date: 1995-10-14
Also published as: MY130572A; CZ93995A3; KR950035162A; HU216228B; RU95105451A; CN1113622A; DE69527325D1; EP0677902A1; BR9501362A; PL177566B1; ATE220482T1; FI951813A7; NZ270854A; RU2146853C1; AU691570B2; US5808787A; TW301087B; PE26096A1; CN1084098C; AU1620095A

Description

Descrizione dell'invenzione dal titolo:

"Sistema di telecomunicazione amplificata a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda

DESCRIZIONE

Forma oggetto della presente invenzione un sistema di telecomunicazione includente amplificatori ottici, particolarmente adatto per la trasmissione a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda, o WDM.

Per la trasmissione a multiplazione a divisione di lunghezza d’onda, o WDM, si richiede di inviare più canali, ovvero più segnali di trasmissione indipendenti tra loro, nella stessa linea, costituita da una fibra ottica, mediante multiplazione nel dominio delle frequenze ottiche; i canali trasmessi possono essere sia digitali sia analogici e si distinguono tra loro perchè ciascuno di essi è associato ad una frequenza specifica.

In tale tipo di trasmissione i vari canali devono risultare sostanzialmente equivalenti tra loro, cioè nessuno di essi deve risultare più o meno privilegiato, in termini di livello o qualità di segnale rispetto agli altri.

In presenza di amplificatori, in particolare di amplificatori ottici, occorre che questi presentino una risposta sostanzialmente uguale per tutti i canali trasmessi; inoltre, allo scopo di trasmettere un elevato numero di canali, si richiede che la banda in cui l'amplificatore può operare sia ampia.

Gli amplificatori ottici si basano sulle proprietà di un drogante fluorescente, ed in particolare Erbio, introdotto come drogante nel nucleo di una fibra ottica; l'Erbio, infatti, eccitato mediante somministrazione di energia luminosa di pompaggio, presenta una elevata emissione nel campo di lunghezze d'onda corrispondente al campo di minima attenuazione della luce nelle fibre ottiche a base di silice.

Quando una fibra drogata con Erbio, mantenuto allo stato eccitato, è attraversata da un segnale luminoso avente la lunghezza d'onda corrispondente a tale elevata emissione, il segnale causa la transizione degli atomi di Erbio eccitati ad un livello inferiore, con emissione luminosa stimolata alla lunghezza d'onda del segnale stesso, generando una amplificazione del segnale.

A partire dallo stato eccitato il decadimento degli atomi di Erbio avviene anche spontaneamente e ciò genera una emissione casuale che costituisce un "rumore di fondo" che si sovrappone all'emissione stimolata corrispondente al segnale amplificato.

L'emissione luminosa generata dall'immissione nella fibra "drogata", o attiva, di energia luminosa di pompaggio può avvenire a più lunghezze d’onda, tipiche della sostanza drogante, dando così origine ad uno spettro di fluorescenza della fibra.

Allo scopo di ottenere la massima amplificazione di un segnale per mezzo di una fibra del tipo suddetto, in unione con un elevato rapporto segnale/rumore, adatto ad una corretta ricezione del segnale stesso, per le telecomunicazioni ottiche viene solitamente usato un segnale, generato da un emettitore laser, con lunghezza d'onda corrispondente al massimo, nella banda prevista, della curva dello spettro di fluorescenza della fibra incorporante la sostanza drogante impiegata, o picco di emissione.

Le fibre drogate con Erbio presentano peraltro uno spettro di emissione con un picco di limitata larghezza, le cui caratteristiche variano in relazione al sistema vetroso in cui l'Erbio è introdotto come drogante, ed una zona dello spettro stesso di intensità elevata in un campo di lunghezze d'onda contiguo al picco sopra detto, nel campo delle lunghezze d'onda di interesse, tale da far ritenere possibile l'impiego di amplificatori ottici per l'amplificazione di segnali in una larga banda. Le fibre note drogate con Erbio presentano tuttavia un andamento irregolare dello spettro di emissione; tale andamento irregolare condiziona la possibilità di ottenere una amplificazione uniforme in tutta la banda prescelta.

Per ottenere una curva di guadagno sostanzialmente "piatta", cioè un guadagno il più possibile costante alle varie lunghezze d'onda, eliminando fonti di rumore dovute ad emissione spontanea, possono essere usati elementi filtranti, come ad esempio descritti nei brevetti EP 426.222, EP 441.211, EP 417.441 della stessa Richiedente.

In tali brevetti, tuttavia, non è descritto il comportamento di amplificatori in presenza di multiplazione a divisione di lunghezza d'onda, ed inoltre non è preso in esame il comportamento in presenza di più amplificatori collegati tra loro in cascata.

Il profilo dello spettro di emissione è fortemente dipendente dai droganti presenti nel nucleo della fibra per accrescerne l’indice di rifrazione, come illustrato, ad esempio, nel brevetto US 5-282.079. in cui si mostra che lo spettro di fluorescenza di una fibra drogata con Allumina/Erbio presenta un picco meno marcato di quello di una fibra drogata con Germanio/Erbio e spostato a lunghezze d'onda minori (il massimo è a circa 1532 ni); tale Fibra presentava una apertura numerica di 0,15-In ECOC '93. ThC 12.1, pagg. 1-4, è descritta una fibra per amplificatore ottico, drogata con Al e La, con bassissima sensibilità all'idrogeno; è descritta una fibra drogata con Al avente una apertura numerica di 0,16 ed una fibra drogata con Ai-La con apertura numerica NA = 0,30.

In ECOC '93. Tu 4, pagg. 181-184, sono descritti amplificatori ottici a fibra drogati con Erbio; sono descritti esperimenti con fibre con nuclei drogati con alluminio, alluminio/germanio e lantanio/alluminio ed i migliori risultati sono stati ottenuti con fibre codrogate con Al/La. In Electronics Lettere, 6 Giugno 1991. voi. 27, No. 12, pp. 1065-1067, è indicato che in amplificatori ottici a fibra drogata con erbio, il co-drogaggio con Allumina consente di ottenere un profilo di guadagno più largo e più piatto; l'articolo descrive amplificatori a fibra drogata con Allumina, Germanio e Erbio in confronto con amplificatori a fibra drogata con Lantanio, Germanio e Erbio e indica che il maggiore appiattimento del guadagno si ottiene con i primi.

In ECOC '91. TuPSl-3. pagg.285-288 è descritta una fibra di tipo Al203-Si02 drogata con Er e La, allo scopo di ottenere un elevato indice di rifrazione e di ridurre la formazione di agglomerati ("clusters") contenenti ioni di Erbio. Gli spettri di fluorescenza ed assorbimento della fibra drogata con Er/La si sono rivelati assai simili a quelli di una fibra Al203-Si02 drogata con Erbio; è stata ottenuta una apertura numerica NA = 0,31 e una concentrazione di Erbio di 23-10<18 >cm <3 >.

In ECOC '89. Post-Deadline Papere, PDA-8, pagg.33_36, 10-14 Settembre 1989. è descritto un esperimento realizzato con 12 amplificatori ottici collegati in cascata, facenti uso di fibra drogata con Erbio; è stata usata una singola lunghezza d'onda di segnale di 1,536 pm ed è indicato che un controllo di lunghezza d'onda di segnale nell'ordine di 0,01 nm è richiesto per un funzionamento stabile, in vista del fatto che le caratteristiche di BER si degradano rapidamente al cambiare della lunghezza d'onda di segnale.

Il brevetto US 5.H7.303 descrive un sistema dì trasmissione ottico comprendente amplificatori ottici concatenati che, in base ai calcoli indicati, quando operanti in modo saturato forniscono un elevato rapporto segnale/rumore.

Gli amplificatori descritti hanno fibra drogata con Erbio, con nucleo Al203-Si02 ed è previsto l'impiego di filtri; le prestazioni calcolate sono ottenute ad una singola lunghezza d'onda e l'alimentazione di segnali in una larga banda di lunghezze d'onda, con uguali prestazioni, non è prevista.

Secondo la presente invenzione, si è trovato che una particolare combinazione di droganti del nucleo di una fibra ottica attiva consente di ottenere una fibra con elevata apertura numerica, unitamente ad uno spettro di emissione con caratteristiche tali da realizzare, particolarmente in un sistema a multiplazione di lunghezza d'onda, amplificatori ottici con risposta uniforme alle varie lunghezze d'onda nel campo di lunghezze d'onda previsto, sia nel caso di amplificatore singolo, sia nel caso di più amplificatori collegati in cascata.

In particolare, in un primo aspetto, la presente invenzione riguarda un metodo per ottenere il controllo del rapporto segnaie/rumore ottico alla ricezione, in una banda di lunghezze d'onda predeterminata, in un sistema di telecomunicazione ottica che comprende

un trasmettitore ottico,

un ricevitore ottico,

una linea a fibra ottica collegante detti trasmettitore e ricevitore ed

almeno un amplificatore ottico a fibra attiva interposti lungo detta linea,

in cui detta fibra attiva presenta una curva di emissione avente una zona di elevata emissione in un campo di lunghezze d'onda includente detta banda predeterminata di lunghezze d'onda, al cui interno è presente una depressione di emissione rispetto alle zone adiacenti, col miglioramento che consiste nell’eliminare o ridurre detta depressione della curva di emissione attraverso la scelta ed il dosaggio di droganti nella fibra attiva.

In particolare, detta banda di lunghezze d'onda predeterminata è compresa tra 1530 e 1560 nm e preferibilmente tra 1525 e 1560 nm.

Preferibilmente detto rapporto segnale/rumore ottico, misurato con ampiezza di filtro 0,5 nm, è maggiore di 15 dB.

In una forma preferita, detto sistema comprende almeno due amplificatori ottici a fibra attiva serialmente interposti lungo detta linea a fibra ottica.

In una forma preferita di realizzazione del metodo secondo l'invenzione, la scelta dei droganti nella fibra comprende l'impiego di un drogante principale fluorescente e di almeno un drogante secondario interagente con detto drogante principale nella matrice vetrosa della fibra attiva, per ridurre detta depressione ad un valore inferiore a 1 dB rispetto al valore di emissione in almeno una delle zone adiacenti in detta banda; preferibilmente l'Erbio (in forma di ossido) come drogante principale e Germanio, Alluminio e Lantanio, (in forma di rispettivi ossidi) come droganti secondari.

In un secondo aspetto, la presente invenzione riguarda un metodo di telecomunicazione ottica comprendente le fasi di:

generare almeno un segnale ottico ad una lunghezza d'onda prefissata in una banda di lunghezze d'onda,

alimentare detto segnale in una fibra ottica di una linea ottica di telecomunicazione,

amplificare almeno una volta detto segnale ottico mediante almeno un amplificatore ottico a fibra attiva, e

ricevere detto segnale attraverso un ricevitore,

caratterizzato dal fatto che la fibra attiva di almeno uno di detti amplificatori comprende un drogante principale fluorescente ed almeno un drogante secondario interagente con detto drogante principale nella matrice vetrosa della fibra attiva, generando un guadagno di amplificazione di detto segnale ottico a detta lunghezza d'onda prefissata in detto amplificatore ottico a fibra attiva, misurato con potenza di ingresso ≤ -20 dBm, che differisce di meno di 1,6 dB dal corrispondente guadagno di un segnale ad una diversa lunghezza d'onda in detta banda, in assenza di mezzi filtranti.

Secondo un terzo aspetto, il metodo della presente invenzione è caratterizzato dal fatto che il rapporto segnale/rumore ottico al ricevitore, misurato con ampiezza di filtro 0,5 nm, è non inferiore a 15 dB, sia per un singolo segnale in detta banda, sia in presenza di due o più segnali a diverse lunghezze d'onda, comprese in detta banda, contemporaneamente alimentati a detto amplificatore, per ciascuno di detti segnali ottici.

In particolare, il metodo comprende amplificare almeno due volte detto segnale ottico mediante rispettivi amplificatori ottici a fibra attiva serialmente interposti lungo detta linea a fibra ottica.

In tale metodo di telecomunicazione, detto amplificatore ottico a fibra attiva comprende una fibra attiva con nucleo drogato con Erbio come drogante principale fluorescente ed ulteriormente drogato con almeno due droganti secondari interagenti con detto drogante principale, preferibilmente costituiti da Alluminio, Germanio, e Lantanio, sotto forma dei rispettivi ossidi.

In un quarto aspetto, la presente invenzione riguarda un sistema di telecomunicazione comprendente

una stazione di trasmissione generante segnali ottici in una banda di lunghezze d'onda prefissata,

una stazione di ricezione,

una linea a fibre ottiche di collegamento tra detta stazione di trasmissione e detta stazione di ricezione, ed

almeno due amplificatori ottici a fibra attiva collegati serialmente lungo detta linea,

operativamente collegati tra loro per trasmettere detti segnali ottici da detta stazione di trasmissione a detta stazione di ricezione, caratterizzato dal fatto che almeno uno di detti amplificatori ottici comprende una fibra ottica attiva a base di silice, con nucleo drogato con almeno un drogante principale fluorescente ed almeno un drogante secondario, in relazione funzionale tra loro tale da fornire un rapporto segnale/rumore ottico alla stazione ricevente, misurato con ampiezza di filtro 0,5 nm, non inferiore a 15 dB per segnali a lunghezza d'onda compresa in detta banda, sia per un singolo segnale in detta banda, sia in presenza di almeno due segnali a diverse lunghezze d'onda, comprese in detta banda, contemporaneamente alimentati a detto amplificatore, per ciascuno di detti segnali.

Preferibilmente detto drogante principale fluorescente è Erbio, sotto forma di ossido e detti droganti secondari sono Alluminio, Germanio, Lantanio, sotto forma dei rispettivi ossidi.

La banda di trasmissione prefissata è preferibilmente compresa tra 1530 e 1560 nm.

Preferibilmente la linea secondo l'invenzione comprende almeno tre amplificatori ottici serialmente collegati lungo la linea, almeno uno dei quali possiede una fibra attiva con nucleo drogato con Alluminio, Germanio, Lantanio ed Erbio, sotto forma dei rispettivi ossidi.

Secondo un quinto aspetto, la presente invenzione riguarda un amplificatore ottico a fibra attiva, comprendente

almeno una lunghezza di fibra attiva a base di silice,

mezzi di pompaggio di detta fibra attiva, atti a fornire potenza ottica di pompaggio ad una lunghezza d'onda di pompaggio,

mezzi di accoppiamento entro detta fibra attiva di detta potenza ottica di pompaggio e di uno o più segnali di trasmissione, a lunghezze d'onda di trasmissione comprese in una banda di trasmissione prefissata,

caratterizzato dal fatto che detta fibra ottica attiva possiede nucleo drogato con almeno un drogante principale fluorescente ed almeno un drogante secondario, in relazione funzionale tra loro tale che la variazione massima di guadagno tra due segnali a diverse lunghezze d'onda di trasmissione in detta banda, misurato con potenza di ingresso ≥ -20 dBm, è inferiore a 2,5 dB, in assenza di mezzi filtranti interposti lungo detta fibra attiva.

In detto amplificatore, preferibilmente detto drogante principale fluorescente è Erbio, sotto forma di ossido e, preferibilmentedetti droganti secondari sono Alluminio, Germanio, Lantanio, sotto forma dei rispettivi ossidi.

In particolare, detto amplificatore ottico a fibra attiva presenta una curva di emissione in detta banda prefissata di lunghezze d'onda priva di depressioni di valore superiore a 1 dB rispetto al valore di emissione in almeno una delle zone adiacenti in detta banda e preferibilmente non superiore a 0,5 dB.

Detta banda di trasmissione prefissata è compresa tra 1530 e 1560 nm e preferibilmente tra 1525 e 1560 nm.

Preferibilmente detta fibra attiva possiede apertura numerica maggiore di 0,15-In un ulteriore suo aspetto, la presente invenzione riguarda una fibra ottica attiva, particolarmente per amplificatori ottici per telecomunicazioni, caratterizzata dal Fatto che possiede apertura numerica maggiore di 0,15 e possiede nucleo drogato con almeno un drogante principale fluorescente ed almeno un drogante secondario, in relazione funzionale tra loro tale che la curva di emissione di detta fibra in una banda prefissata di lunghezze d’onda, in presenza di energia luminosa di pompaggio alimentata alla fibra stessa, è priva di depressioni di valore superiore a 1 dB rispetto al valore di emissione in almeno una delle zone adiacenti in detta banda, e, preferibilmente, non superiore a 0,5 dB, In detta fibra ottica attiva, preferibilmente detto drogante principale fluorescente è Erbio, sotto forma di ossido e, preferibilmente, detti droganti secondari sono Alluminio, Germanio, Lantanio, sotto forma dei rispettivi ossidi.

In una forma preferita di realizzazione, il contenuto di Lantanio nel nucleo della fibra, espresso come ossido, è superiore a 0, 1% molare e, più preferibilmente, maggiore o uguale 0,2% molare.

Il contenuto di Germanio nel nucleo della fibra, espresso come ossido, è preferibilmente superiore a 5% molare ed il rapporto molare tra il contenuto di Lantanio ed il contenuto di Germanio nel nucleo della fibra, espressi come ossidi, è compreso tra 10 e 100 e, più preferibilmente, è circa 50.

11 contenuto di Alluminio nel nucleo della fibra, espresso come ossido, è preferibilmente superiore a 1% molare e, più preferibilmente, superiore a 2% molare.

Il contenuto di Erbio nel nucleo della fibra, espresso come ossido, è preferibilmente compreso tra 20 e 5000 ppm molare e, più preferibilmente, è compreso tra 100 e 1000 ppm molare.

Preferibilmente, l'apertura numerica della fibra è superiore a 0,l8.

Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione, con riferimento ai disegni allegati in cui si mostra:

in figura 1 uno schema di un amplificatore;

in figura 2 uno schema di un amplificatore con filtro ferma-banda; in figura 3 lo schema di una configurazione sperimentale per la determinazione dei grafici di emissione spettrale per diversi tipi di fibra attiva;

in figura 4 i grafici di emissione spettrale per diversi tipi di fibra attiva rilevati con la configurazione sperimentale di figura 3:

in figura 5 le curve dì guadagno dell'amplificatore di figura 1,

per segnali a diverse lunghezze d'onda e per due diversi livelli di potenza in ingresso, con una fibra secondo l'invenzione;

in figura 6 le curve di guadagno dell'amplificatore di figura 2,

per segnali a diverse lunghezze d'onda e per tre diversi livelli di potenza in ingresso, con una fibra secondo 1’invenzione;

in figura 7 le curve di guadagno dell'amplificatore di figura 2,

per segnali a diverse lunghezze d'onda e per tre

diversi livelli di potenza in ingresso, con una fibra nota;

in figura 8 uno schema di un esperimento di trasmissione comprendente più amplificatori in cascata, in presenza di due segnali a diversa lunghezza d'onda multlplati nella stessa linea;

in figura 9 i grafici di BER rilevati nell'esperimento secondo lo schema di figura 8, con amplificatori differenti; in figura 10 lo schema di un esperimento di trasmissione comprendente più amplificatori in cascata, in presenza di quattro segnali a diversa lunghezza d'onda multiplati nella stessa linea;

in figura 11 i livelli di potenza dei segnali all'uscita del primo stadio di amplificazione nell'esperimento di figura 10, con amplificatori secondo l'invenzione;

in figura 12 i livelli di potenza dei segnali all'uscita del secondo stadio di amplificazione nell'esperimento di figura 10;

in figura 13 i livelli di potenza dei segnali all'uscita del terzo stadio di amplificazione nell’esperimento di figura 10; in figura 14 i livelli di potenza dei segnali all'uscita del quarto stadio di amplificazione nell'esperimento di figura 10;

in figura 15 i livelli di potenza dei segnali all’uscita del preamplificatore nell'esperimento di figura 10;

in figura 16 i livelli di potenza dei segnali all'uscita del preampllficatore in un esperimento secondo la configurazione di figura 10, facendo uso di amplificatori di tipo noto.

Come mostra la figura 1. un amplificatore, previsto per l'impiego come amplificatore di linea, comprende una prima fibra attiva 1, drogata con Erbio, ed un relativo laser di pompa 2, ad essa collegato attraverso un accoppiatore dicroico 3; un primo isolatore ottico 4 è posto a monte della fibra 1, nel senso del percorso del segnale da amplificare, mentre un secondo isolatore ottico 5 è posto a valle della fibra attiva stessa.

Convenientemente, come illustrato, (sebbene non necessariamente) l'accoppiatore dicroico 3 è posto a valle della fibra attiva 1, così da fornire ad essa energia di pompaggio in controcorrente al segnale.

L'amplificatore comprende inoltre una seconda fibra attiva 6 drogata con Erbio, associata ad un relativo laser di pompa 7 attraverso un accoppiatore dicroico 8, anch'esso collegato per pompaggio in controcorrente nell'esempio illustrato; a valle della fibra 6 è quindi presente un ulteriore isolatore ottico 9* ;I laser di pompa 2, 7 sono laser di tipo Quantum Well ;con le seguenti caratteristiche: ;;;;Laser del tipo indicato sono prodotti, ad esempio, da: ;LASERTRON INC., 37 North Avenue, Burlington, MA (USA). ;Gli accoppiatori dicroici 3· 8 sono accoppiatori a fibre fuse, formati con fibre monomodali a 980 e nella banda 1530 - 1560 nm di lunghezza d'onda, con variazione di potenza ottica in uscita in funzione della polarizzazione < 0,2 dB. ;Accoppiatori dicroici del tipo indicato sono noti e commerciali e sono prodotti, ad esempio, da GOULD ine., Fibre Optic Division, Baymeadow Drive, Glem Burnie, M.D. (USA), e da SIFAM Ltd., Fibre Optic Division, Woodland Road Torquay Devon, (GB). ;Gli isolatori ottici 4, 5. 9 sono isolatori ottici a controllo di polarizzazione, di tipo indipendente dalla polarizzazione del segnale di trasmissione, con isolamento maggiore di 35 dB e riflettività inferiore a -50 dB. ;Gli isolatori usati sono il modello MDL 1-15 PIPT-A S/N 1016 della società ISOWAVE, 64 Harding Avenue, Dover, New Jersey, USA. ;Una forma alternativa di realizzazione di un amplificatore è rappresentata nello schema di figura 2, in cui gli elementi corrispondenti sono stati indicati con gli stessi riferimenti usati in figura 1. ;In tale amplificatore, i cui componenti hanno le stesse caratteristiche sopra descritte, è presente un filtro ferma-banda ("notch") 10, costituito da una porzione di fibra ottica avente due nuclei otticamente accoppiati tra loro ad una prescelta lunghezza d'onda, uno dei quali coassiale alle fibre ottiche collegate e l'altro eccentrico e troncato agli estremi, come descritto nei brevetti EP 441.211 e EP 4l7-44l, la cui descrizione è qui incorporata per riferimento. ;Tale filtro è dimensionato in modo da accoppiare nel nucleo eccentrico un lunghezza d'onda (o una banda di lunghezze d'onda) corrispondente ad una porzione dello spettro di emissione dell'amplificatore; la troncatura del nucleo eccentrico agli estremi consente di disperdere la lunghezza d'onda in esso trasferita nel mantello della fibra, cosi che essa non viene più riaccoppiata nel nucleo principale. ;Nell'esempio illustrato, il filtro a due nuclei 10 aveva le seguenti caratteristiche: ;banda di lunghezze d'onda ;;;;Il filtro era dimensionato per avere la massima attenuazione in corrispondenza al picco di emissione della fibra attiva impiegata. ;Negli esperimenti eseguiti sono stati usati, in alternativa, filtri aventi i seguenti valori: ;oppure ;;Tale filtro ha lo scopo di ridurre l'intensità di una particolare zona di lunghezze d'onda, in particolare il picco di emissione della fibra, allo scopo di ottenere una curva di guadagno dell'amplificatore il più possibile costante (o "piatta") al variare della lunghezza d'onda. ;Tale esigenza risulta particolarmente importante nelle telecomunicazioni del tipo a multiplazione a suddivisione di lunghezze d'onda, in cui si desidera avere condizioni di amplificazione il più possibili uniformi per ciascun canale. ;Per l'impiego negli amplificatori sopra descritti sono state realizzati differenti tipi di fibre attive drogate con Erbio, le cui composizioni e caratteristiche ottiche sono riepilogate nella tabella 1 seguente. ;;TABELLA 1 ;;;;in cui: ;% p = contenuto percentuale in peso di ossido nel nucleo (medio) % mol = contenuto percentuale in moli di ossido nel nucleo (medio) NA = Apertura Numerica (n1 - n2 )<1/2>;= Lunghezza d'onda di taglio (LP11 cut-off). ;Le analisi delle composizioni sono state realizzate su preforma (prima della filatura della fibra) mediante una microsonda abbinata ad un microscopio elettronico a scansione (SEM Hitachi). ;Le analisi sono state condotte a 1300 ingrandimenti in punti discreti, disposti lungo un diametro e separati di 200 μm l'uno dall'altro. ;Le fibre indicate sono state realizzate mediante la tecnica di deposizione chimica in fase vapore, all'interno di un tubo in vetro di quarzo. ;Nelle fibre indicate, l'incorporazione di Germanio come drogante nella matrice di SiC2 nel nucleo della fibra è ottenuta in fase di sintesi. L’incorporazione di Erbio, Allumina e Lantanio nel nucleo della fibra è stato ottenuto mediante la tecnica detta del "drogaggio in soluzione", in cui una soluzione acquosa di cloruri dei droganti è posta in contatto con il materiale di sintesi del nucleo sella fibra, mentre esso si trova allo stato particellare, prima del consolidamento della preforma. ;Maggiori dettagli sulla tecnica del drogaggio in soluzione si possono rilevare ad esempio in US 5*282.079. che si incorpora per riferimento. Il maggior valore di apertura numerica NA della fibra A rispetto alle fibre di confronto è stato causato dal fatto che, nella realizzazione del nucleo della fibra stessa, si è dimenticato di modificare il flusso di reagenti adottato in precedenza per la realizzazione della fibra C (Al/Ge/Er), in particolare di chiudere l'alimentazione di Germanio.

La successiva incorporazione di Lantanio e Alluminio mediante drogaggio in soluzione, ha quindi portato ad un valore di indice di rifrazione del nucleo superiore al previsto, oltre agli inattesi vantaggi in termini di amplificazione e trasmissione descritti nel seguito.

La configurazione sperimentale adottata per la determinazione dell’emissione spettrale delle fibre considerate è schematicamente rappresentata in figura 3. mentre in figura 4 sono riportati i grafici di emissione spettrale misurati sulle fibre attive A, B, C, D.

Un diodo laser di pompa 11, a 980 ni, è stato collegato attraverso un accoppiatore dicroico 980/1550 12 alla fibra attiva in prova 13; l'emissione della fibra è stata rilevata attraverso un analizzatore di spettro ottico 14.

Il diodo laser 11 aveva una potenza di circa 60 mW (nella fibra 13). La fibra attiva 13 aveva una lunghezza corrispondente ad una efficiente amplificazione per la potenza di pompa adottata; per le fibre in esame, che avevano tutte lo stesso contenuto di Erbìo, tale lunghezza era di circa 11 m.

Per differenti contenuti di Erbio nelle fibre, una adatta lunghezza può essere determinata con criteri noti al tecnico nel campo.

L'analizzatore di spettro ottico era il modello TQ8345 prodotto da ADVANTEST CORPORATION, Shinjuku -NS Bldg, 2-4-1 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo (JP).

La misura è stata eseguita mantenendo la fibra pompata a 980 nm e rilevando lo spettro di emissione spontanea della fibra.

I risultati ottenuti sono rappresentati in figura 4, dove la curva 15 corrisponde alla fibra A, la curva 16 corrisponde alla fibra B, la curva 17 corrisponde alla fibra C e la curva 18 corrisponde alla fibra D.

Come si rileva dai grafici, l'emissione spettrale delle fibre B, C, D presenta un picco principale di notevole intensità con massimo a circa 1532,5 nm ed una successiva zona di elevata emissione a lunghezze d'onda superiori, fino intorno a 1560-1565 nm circa, includente un picco secondario assai allargato.

Il confronto tha le curve 16 e 17 (fibre B e C rispettivamente) mostra che un maggiore contenuto di allumina nella fibra innalza il livello di detta zona di elevata emissione; la sostituzione di Germanio con Lantanio (fibra D, curva 18) consente di ottenere un livello ancora più elevato nel campo 1535_1560 nm.

In tutte le fibre B, C, D si è peraltro osservata la presenza di una depressione in una zona d dello spettro (localizzata tra circa 1535 e 1540 nm), compresa tra il picco principale di emissione e contigua ad esso, ed il picco secondario di emissione; in tale depressione il valore di emissione risulta inferiore di almeno 2 dB rispetto al massimo valore di emissione nelle zone adiacenti (cioè sia al picco principale, sia al picco secondario), come evidenziato in figura con il riferimento h per la sola curva 16, ma chiaramente individuabile anche per le curve 17. 18.

La curva 15, invece, mostra che nelle condizioni sperimentali indicate la fibra A non manifesta nella zona d una sensibile depressione nello spettro (o, se rilevabile, comunque inferiore a 0,5 dB circa).

La curva 15 mostra inoltre che il picco di massima emissione della fibra A è a lunghezze d'onda inferiori a quelle delle fibre B, C, D, risultando localizzato a 1530 nm circa, e che la fibra mantiene una livello elevato di emissione fino in prossimità di 1520 nm.

Con le fibre A sono stati realizzati amplificatori con la struttura illustrata in figura 1 e 2.

La prima fibra attiva 1 aveva lunghezza 8 m circa, mentre la seconda fibra attiva 6 aveva lunghezze di 15 e 13 m circa, rispettivamente nel caso di figura 1 e di figura 2.

In figura 5 sono mostrate le curve di guadagno a diverse lunghezze d'onda, per due diversi livelli di potenza in ingresso, dell'amplificatore di figura 1, mentre in figura 6 sono mostrate le curve di guadagno alle diverse lunghezze d'onda, per tre diversi livelli di potenza in ingresso, dell'amplificatore di figura 2.

In particolare, la curva 19 di figura 5 si riferisce a -20 dBm di potenza di ingresso, mentre la curva 20 si riferisce a -25 dBm di potenza in ingresso nell'amplificatore di figura 1.

La curva 21 di figura 6, a sua volta, si riferisce a -20 dBm, la curva 22 si riferisce a -25 dBm e la curva 23 si riferisce a -30 dBm di potenza di segnale in ingresso all'amplificatore di figura 2.

Come si rileva dalle figure, in particolare dal confronto tra le curve 19 e 21, corrispondenti ad un livello di potenza di -20 dBm, di particolare interesse per le telecomunicazioni, sia in assenza, sia in presenza di filtro, l'impiego di una fibra con nucleo drogato con Allumina, Germanio e Lantanio, oltre ad Erbio, consente di ottenere una curva di guadagno sostanzialmente piatta, particolarmente nella zona tra 1536 e 15^0 nm, e che tale risultato è ottenibile anche in assenza di filtro.

In particolare, in assenza di filtro a -20 dBm la differenza di guadagno tra segnali a varie lunghezze d'onda è stata inferiore a 1,6 dB, mentre in presenza di filtro, a -20 dBm la differenza di guadagno tra segnali a varie lunghezze d'onda è stata inferiore a 0,9 dB.

In figura 7 sono mostrate le curve di guadagno alle diverse lunghezze d’onda, per tre diversi livelli di potenza in ingresso, di un amplificatore con la struttura di figura 2, realizzato con la fibra C (Al/Ge/Er).

In particolare, la curva 24 di figura 7 si riferisce a -20 dBm, la curva 25 si riferisce a -25 dBm e la curva 26 si riferisce a -30 dBm di potenza di segnale in ingresso.

A -20 dBm la differenza di guadagno tra segnali a varie lunghezze d'onda è stata di circa 2,1 dB.

Come si rileva dal confronto, la fibra A (Al/Ge/La/Er), anche in amplificatore privo di filtro dà luogo ad una curva di guadagno sensibilmente più piatta di quella prodotta dalla fibra C (Al/Ge/Er) in un amplificatore dotato di filtro.

Utilizzando gli amplificatori di figura 1 e di figura 2, realizzati sia con fibra A (Al/Ge/La/Er), sia con fibra C (Al/Ge/Er), sono stati realizzate prove di trasmissione su lunghe distanze, con più amplificatori in cascata, cioè serialmente collegati.

Una prima configurazione sperimentale usata è illustrata in figura 8. Un primo segnale 27, a lunghezza d' nm, ed un secondo segnale 28, a lunghezza d'onda λ2 = 1556 nm, sono stati alimentati in una fibra 29. attraverso un multiplatore 30·

Un primo attenuatore 31 è stato posto a monte di un amplificatore di potenza 32a; successivi ulteriori attenuatori 31, uguali tra loro, sono stati disposti lungo la linea, lungo cui sono stati collocati quattro amplificatori 32, 32', 32", 32'" disposti in successione, prima di un ricevitore 33·

Il ricevitore 33 era preceduto da un demultiplatore ottico 34, costituito da un filtro interferenziale, con ampiezza di banda 1 nm a -3dB, mediante il quale era selezionata la lunghezza d'onda rilevata. I segnali 27, 28, generati da rispettivi laser, avevano ciascuno una potenza di 0 dBm; la potenza complessiva multiplata nella fibra 29 era di 0 dBm (a seguito di una perdita di accoppiamento di 3 dB).

II multiplatore 30 era un "coupler 1x2" prodotto da E-TEK DYNAMICS INC., 1885 Lundy Ave, San Jose, CA (USA).

L'amplificatore di potenza 32a era un amplificatore ottico a fibra di tipo commerciale, avente le seguenti caratteristiche:

L'amplificatore di potenza era privo di filtro ferma-banda.

Il modello usato era TPA/E-12, posto in commercio dalla Richiedente. L'amplificatore faceva uso di fibra ottica attiva drogata con Erbio di tipo C (Al/Ge/Er).

Per amplificatore di potenza si intende un amplificatore funzionante in condizioni di saturazione, in cui la potenza in uscita 'dipende dalla potenza di pompaggio, come descritto in dettaglio nel brevetto europeo N° EP 439-867, qui incorporato per riferimento.

Dopo il primo attenuatore 31, in ingresso all'amplificatore 32, la potenza ottica totale era -18 dBm circa.

Gli attenuatori 31 erano il modello VA5 prodotto da JDS FITEL INC., 570 Heston Drive, Nepean (Ottawa), Ontario (CA) e fornivano ciascuno una attenuazione di 30 dB, corrispondente a circa 100 km di fibra ottica.

Gli amplificatori 32, 32', 32", 32"' erano uguali e fornivano ciascuno un guadagno di circa 30 dB per entrambe le lunghezze d'onda e λ con una potenza in uscita totale di 12 dBm.

Il segnale 27, a lunghezza d' nm, era un segnale modulato direttamente a 2,5 Gbit/s, generato da un laser DFB, incorporato nell'apparato terminale SDH modello SLX-1/16, posto in commercio da PHILIPS NEDERLAND BV, 2500 BV's Graenhage (NL), che costituiva il ricevitore 33-Il segnale 28, a lunghezza d' nm, era un segnale continuo (CW), generato da un laser DFB, modello MG0948L3, di potenza 0 dBm, prodotto da ANRITSU CORPORATION, 5-10-27 Minato-ku, Tokyo (JP). Il filtro interferenziale 34 era il modello TB4500, prodotto dalla già citata JDS FITEL INC.

Esperimento 1

In un primo esperimento sono stati usati amplificatori con fibra A (Al/Ge/La/Er), con la configurazione illustrata in figura 1, cioè privi del filtro ferma-banda 10.

Esperimento 2

In un secondo esperimento sono stati usati amplificatori con fibra A (Al/Ge/La/Er), con la configurazione di figura 2, cioè facenti uso del filtro ferma-banda 10.

Attraverso il ricevitore 33 è stato misurato il livello di errore (BER, "Bit Error Rate"), al variare della potenza media di ricezione, per ±1 segnale alla lunghezza d'onda (1536 nm).

I risultati sono rappresentati nel diagramma di figura 9. in cui la curva 35 è relativa all'esperimento 1 e la curva 36 è relativa all'esperimento 2.

Come appare dal diagramma di figura 9. nonostante la curva di guadagno del singolo amplificatore con fibra A (Al/Ge/La/Er) e filtro ferma-banda sia risultata sostanzialmente analoga, o anche più piatta, rispetto a quella dell'amplificatore con la fibra A senza il filtro ferma-banda 10, in una configurazione in cascata il segnale a 1536 nm è risultato penalizzato fornendo, a parità di potenza di ricezione, un livello di errore considerevolmente più elevato.

Esperimento 3

Una seconda configurazione sperimentale usata è illustrata in figura 10.

In tale prova quattro segnali 37. 38, 39. 40, rispettivamente a lunghezze d' nm, = 1556 nm, = 1550 nm e =1544 nm, sono stati alimentati in una fibra 4l, attraverso un multiplatore di lunghezze d'onda 42.

Il livello dei segnali in ingresso alla linea è stato regolato attraverso un pre-equalizzatore 43; dopo un amplificatore di potenza 44 i segnali sono stati inviati in una linea comprendente quattro amplificatori di linea 45. 45’, 45". 45"', con interposti rispettivi attenuatori 46, atti a simulare rispettive tratte di fibra ottica. La stazione ricevente comprendeva un preamplificatore 47. un demultiplatore ottico 48 ed un ricevitore 49·

I segnali erano rispettivamente generati da un laser DFB a 1536 nm, modulato direttamente a 2,5 Gbit/s, incorporato nell'apparato terminale che costituiva il ricevitore 49; da un laser DFB a 1556 nm, ad emissione continua, di produzione ANRITSU; da un laser DFB a 1550 nm, ad emissione continua, di produzione ANRITSU; da un laser ECL, a lunghezza d'onda variabile, preselezionata a 1544 nm, ad emissione continua, modello HP8I678A di produzione HEWLETT PACKARD COMPANY, Rockwell, MD (USA).

Il pre-equalizzatore 43 era costituito da quattro attenuatori variabili 43a. di produzione JDS, la cui attenuazione è stata calibrata in funzione della potenza ottica del canale rispettivo.

Il multiplatore 42 è stato realizzato per mezzo di un ripartitore (splitter) 1x4, prodotto da E-TEK DYNAMICS, già citata.

L'amplificatore di potenza 44 era il modello TPA/E-12, posto in commercio dalla Richiedente, già descritto.

Gli amplificatori 45, 45', 45", 45"' erano uguali tra loro e fornivano ciascuno un guadagno di circa 30 dB, con una potenza in uscita totale di 12 dBm.

Gli amplificatori 45 avevano la struttura rappresentata in figura 1 e facevano uso della fibra A (Al/Ge/La/Er).

Gli attenuatori 46 fornivano ciascuno una attenuazione di 30 dB, corrispondente a circa 100 km di fibra ottica.

Gli attenuatori ottici erano il modello VA5 prodotto dalla già citata JDS FITEL.

Il preamplificatore 47 era un amplificatore ottico di tipo commerciale, avente le seguenti caratteristiche:

Il modello usato è RPA/E-F, posto in commercio dalla Richiedente; l’amplificatore impiegava una fibra attiva di tipo C (Al/Ge/Er).

Per preamplificatore si intende un amplificatore dimensionato per ricevere un segnale di bassissima intensità (ad esempio -50 dBm), ed amplificarlo prima dell'invio ad un dispositivo di ricezione, fino ad un livello di potenza adeguato alla sensibilità del dispositivo stesso.

Il deraultiplatore ottico 48 era costituito da un filtro Fabry-Perot, sintonizzabile in lunghezza d'onda, con ampiezza di banda 0,8 nm a -3 dB, incorporato nel preamplificatore 47·

Per la realizzazione dell'esperimento il filtro Fabry-Perot era stato sintonizzato sulla lunghezza d'onda λ = 1536 nm (individuata come critica) attraverso un tono di pilotaggio generato dal trasmettitore 37-Il ricevitore 49 era costituito da un apparato terminale SDH modello SLX-1/16, posto in commercio da PHILIPS NEDERLAND BV, 2500 BV's Graenhage (NL).

Le figure da 11 a 15 mostrano l'andamento dei segnali nei successivi stadi, in particolare rispettivamente all'uscita dell'amplificatore 45, all'uscita dell'amplificatore 45', all'uscita dell'amplificatore 45", all'uscita dell'amplificatore 45"' ed all'uscita del pre-amplificatore 47.

Il pre-equalizzatore 43 applicava una pre-equalizzazione iniziale massima di circa 7 dB tra i vari canali, come illustrato in figura 11; tale pre-equalizzazione aveva lo scopo di compensare gli effetti di saturazione alle lunghezze d'onda minori, che si manifestano negli amplificatori in cascata.

La pre-equalizzazione è stata eseguita in modo da equalizzare i rapporti segnale rumore S/N ottici all’uscita del preamplificatore 47· Negli stadi successivi di amplificazione, si può osservare una riduzione della curva di guadagno nella regione a minor lunghezza d'onda, dovuto al fenomeno di saturazione sopra descritto, mentre il rapporto segnale/rumore ottico S/N di ciascuno dei canali si è mantenuto elevato (S/N ≥ 15 dB con Δλ = 0,5 nm) fino all'uscita del preamplificatore 47·

In un corrispondente esperimento, eseguito con amplificatori secondo lo schema di figura 2, facenti uso di fibra attiva tipo C e filtro ferma-banda, si è riscontrata una rilevante riduzione della potenza dei segnali a 1536 nm e 1544 nm, ed un forte squilibrio dei rapporti segnale/rumore ottici tra i vari canali, come appare dal grafico di figura l6, rappresentante le potenze per i vari canali all'uscita del preamplificatore; si ritiene che per un canale intorno a 1540 nm di lunghezza d'onda si sarebbe osservata una penalizzazione ancora più consistente.

Una pre-equalizzazione, in tale caso, avrebbe consentito di contenere lo squilibrio tra i vari canali, alcuni dei quali risultano fortemente penalizzati rispetto ad altri (in particolare quelli tra circa 1535 e 1540 nm); tuttavia, operando tale pre-equalizzazione, non si sarebbe comunque potuto mantenere un rapporto S/N accettabile per tutti i segnali nella banda di lunghezze d'onda di interesse: infatti, per poter pre-equalizzare i segnali si sarebbe dovuto eseguire una rilevantissima attenuazione iniziale dei canali più favoriti (λ = 1550 e 1556 nm), che avrebbe portato ad un rapporto S/N di bassissimo valore (dell'ordine di 8-10 dB), rendendo quindi impossibile una corretta ricezione dei segnali stessi.

Si ritiene che i migliori risultati ottenuti rispetto all'impiego di amplificatori con filtro ferma-banda e fibra Al/Ge/Er, siano dovuti al fatto che la fibra A presenta una curva di emissione praticamente priva di depressioni o minimi locali di entità significativa, ed in particolare priva di un minimo nel campo di lunghezze d'onda contiguo al picco di emissione, nella zona 1535-1540 nm.

Si ritiene infatti che, quando più segnali a diverse lunghezze d'onda sono contemporaneamente alimentati nella fibra, la presenza di una depressione o minimo locale della curva di emissione (evidente negli spettri delle fibre di confronto) fa sì che un segnale di lunghezza d'onda corrispondente a detta depressione sia amplificato in misura minore dei segnali alle lunghezze d'onda in campi adiacenti.

Secondo tale interpretazione, la maggior amplificazione dei segnali alle lunghezze d'onda in campi adiacenti sottrae energia di pompaggio al segnale stesso, che viene saturato (cioè il suo livello dopo l’amplificazione non dipende più dal suo valore in ingresso, ma solo dalla potenza di pompa disponibile nella fibra) ad un basso valore di uscita, incrementando cosi la differenza di livello tra i diversi segnali.

In presenza di amplificatori in cascata, e nelle trasmissioni a multiplazione in lunghezza d'onda, tale fenomeno viene incrementato ad ogni stadio e si ritiene che esso sia responsabile delle irregolarità di risposta rilevate, non compensabili con una pre-equalizzazione o simili come detto sopra.

Si è notato che il fenomeno suddetto avviene per segnali in corrispondenza alla depressione della curva di emissione, a causa della competizione di guadagno dei segnali a lunghezze d'onda adiacenti a quelle della depressione, mentre non si verifica (almeno nella stessa misura) per segnali a lunghezze d'onda poste ai limiti della banda utile, sebbene a tali lunghezze d'onda il valore dell'emissione possa essere in assoluto pari o minore di quello in detta depressione.

Secondo la presente invenzione, l'incorporazione di Lantanio in una fibra Al/Ge/Er ha inaspettatamente consentito di ottenere l'eliminazione di tale minimo locale di emissione, sebbene ciò non fosse prevedibile in base ai dati disponibili per fibre Al/La/Er e Al/Ge/Er.

Infatti, sia le fibre Al/La/Er, sia le fibre Al/Ge/Er presentano una sensibile depressione di emissione nella zona 1535-1540 nm, e pertanto la conoscenza delle prestazioni di tali fibre note avrebbe escluso un diverso favorevole comportamento per una fibra Al/Ge/La/Er, e che inoltre, tale fibra avrebbe consentito la trasmissione amplificata a multiplazione in lunghezza d'onda.

Inaspettatamente, per un altro aspetto ancor più significativo, si è trovato che, in presenza di un picco all'interno di una zona di elevata emissione, la presenza di detta depressione, contigua a detto picco, o comunque in relazione funzionale (negativa) con le adiacenti zone, era la responsabile di un insufficiente valore del rapporto segnale/rumore per segnali in detta depressione e che una fibra attiva, in grado intrinsecamente di eliminare o ridurre tale depressione poteva risolvere il problema consentendo la trasmissione a multiplazione a divisione di lunghezza d'onda in presenza di uno o più amplificatori.

Pertanto, secondo la presente invenzione, si è individuato che una fibra attiva, i cui droganti diano una curva di emissione avente un relativamente elevato valore in una banda di lunghezze d'onda, sostanzialmente priva di depressioni locali in una zona all'interno di detta banda di lunghezze d'onda in relazione funzionale con le restanti zone di detta banda (che genererebbe una differenza significativa di guadagno a segnali di telecomunicazione a lunghezze d'onda diverse entro detta banda di lunghezze d'onda multiplati nella stessa fibra) consentiva di realizzare amplificatori particolarmente adatti ad essere impiegati in una linea di telecomunicazione comprendente almeno due amplificatori ottici serialmente collegati, con segnali multiplati a divisione di lunghezza d'onda, ad alte prestazioni.

In un altro aspetto, secondo la presente invenzione, si è trovato che il controllo del rapporto segnale/rumore in sistemi di trasmissione a cui qui si fa riferimento, può essere ottenuto non tanto o non solo con l'uso di filtri o adottando una banda di trasmissione di ampiezza limitata (tale da evitare di comprendere zone di lunghezza d'onda sfavorite), ma attraverso la scelta ed il dosaggio di droganti nel nucleo della fibra attiva dell'amplificatore, che disegni una curva di emissione in una banda sufficientemente ampia (estesa fino a 1525-1560 nm, o almeno 1530-1560 nm) tale da non dar luogo ad amplificazione sfavorita di segnale in una o più particolari zone della curva di emissione, pur in presenza di un picco di emissione in detta banda. Per relazione funzionale si intende, come sopra spiegato, che la presenza di maggiore emissione nelle zone adiacenti a detta depressione, ed in particolare di un picco di emissione, e la presenza di segnali in dette zone adiacenti, provoca una penalizzazione all'amplificazione di un segnale a lunghezza d'onda corrispondente a detta depressione.

Per curva (o spettro) di emissione avente un relativamente elevato valore in una banda di lunghezze d'onda si intende che in una certa banda di lunghezze d'onda, preferibilmente tra 1525 e 1560 nm, la fibra pompata manifesta una emissione di valore eccedente l'emissione al di fuori di tale banda, atta a consentire l'amplificazione di un segnale in detta banda di lunghezza d’onda; indicativamente tale zona si individua come quella compresa tra due valori estremi, in corrispondenza ai quali l'emissione è di 3 d inferiore a quella ad una lunghezza d'onda compresa nell'intervallo (preferibilmente in una zona praticamente costante dell'intervallo).

Tale banda corrisponde, nella pratica, a quella in cui si può eseguire una amplificazione utile.

Per picco di emissione si intende una emissione in un campo di lunghezze d'onda che è significativamente più elevata che nelle zone dello spettro al di fuori di tale campo, in modo tale da dar luogo a differenti comportamenti a segnali a lunghezze d'onda entro ed al di fuori di tale campo alimentati nella fibra.

Per differenza significativa di guadagno si intende, per esempio, una differenza superiore a 2 dB tra la lunghezza d'onda più favorita e la lunghezza d'onda meno favorita in detta banda (con potenza di ingresso ≤ a -20 dBm).

Per depressioni locali della curva di emissione si intende un campo di lunghezze d'onda all'interno di detta banda in cui si ha un minimo secondario di emissione, di valore inferiore al valore di emissione ad entrambi i limiti di detto campo e di valore inferiore di una quantità prefissata rispetto ai massimi valori di emissione nei campi di lunghezze d'onda contigui (in particolare, sia il picco principale di emissione dell'Erbio, a lunghezze d'onda minori di quelle della depressione, sia il picco secondario di emissione a maggiori lunghezze d'onda; ai fini della presente invenzione, valori di detta quantità prefissata di depressione superiori a 0,5 dB e, ancor più, superiori a 1 dB, producono effetti sensibili.

Si è altresì individuato che, in un amplificatore di linea impiegato in un sistema con più amplificatori in cascata, l'uso di un filtro ferma-banda, sebbene sia in grado di limitare l'intensità del picco principale di emissione generando una curva di guadagno sostanzialmente piatta per il singolo amplificatore, non consente tuttavia di evitare il fenomeno sopra descritto.

Un filtro ferma-banda, infatti, in una configurazione con più amplificatori in cascata si ritiene che costituisca un elemento attenuatore nella zona di banda a basse lunghezze d'onda in cui esso è centrato, il cui effetto inevitabilmente si estende nella zona di depressione della curva di emissione; tale effetto di attenuazione va a sovrapporsi al fenomeno di saturazione sopra descritto, e genera una ulteriore penalizzazione per un segnale a lunghezza d’onda in tale depressione o minimo locale.

L'uso di equivalenti mezzi filtranti, atti ad attenuare o altrimenti limitare l'emissione in corrispondenza del detto picco principale, come ad esempio descritto nel brevetto EP 426.222 già citato, si ritiene che non porti comunque a differenze di prestazione significative.

Ai fini della presente invenzione il contenuto di Lantanio nel nucleo della fibra è preferibilmente superiore a 0,1% molare e il contenuto di Germanio è superiore a 5% molare, mantenendo, preferibilmente, un rapporto Ge/La pari a 50 e comunque compreso tra 10 e 100.

La presenza di Lantanio nel nucleo della fibra consente una maggiore incorporazione di Germanio e di Allumina nella fibra, così da ottenere una elevata apertura numerica (superiore a 0,l8 e preferibilmente almeno pari a 0,2), con sensibili benefici in termini di efficienza di amplificazione, ed una più costante risposta in banda.

La presenza di Lantanio, inoltre, consente di incrementare il contenuto di Erbio nella fibra, senza dar luogo a fenomeni di addensamento o "clustering"; il contenuto di Erbio può essere compreso tra 20 e 5000 ppm, o più, e preferibilmente tra 100 e 1000 ppm.

Benché descritta in dettaglio con riferimento all'impiego in amplificatori di linea, fibre secondo la presente invenzione possono essere impiegate convenientemente anche in un pre-amplificatore, cioè in un amplificatore dimensionato per ricevere un segnale di bassissima intensità (ad esempio -50 dBm) ed amplificarlo prima dell'invio ad un dispositivo di ricezione.

Si noti inoltre che, benché siano stati descritti amplificatori ottici a due stadi, facenti uso di due successive porzioni di fibra attiva, separatamente pompate, secondo la presente invenzione possono altresì essere realizzati amplificatori a stadio singolo, ad esempio secondo gli schemi costruttivi illustrati nei brevetti europei EP 426.222 ed EP 439.867 sopra indicati, ed amplificatori di tipi diversi tra loro, ad esempio a singolo ed a doppio stadio, possono essere impiegati nello stesso collegamento.

In relazione a specifiche esigenze, inoltre, in amplificatori a due stadi anche uno solo di essi può essere realizzato con la fibra secondo la presente invenzione.

Il tecnico esperto potrà peraltro, in vista delle considerazioni sopra esposte, individuare specifiche condizioni operative e specifici contenuti di droganti per l'applicazione prevista al fine di ottenere i risultati di risposta indicati.

Nell'ambito della presente invenzione, il tecnico del ramo operando con fibre contenenti un drogante principale {nel caso di telecomunicazioni preferibilmente Erbio), fluorescente nel campo di lunghezze d'onda di interesse, in combinazione con droganti secondari che interagiscono con esso in maniera additiva o interfunzionale, potrà individuare specifici droganti o combinazioni di essi, e relativi dosaggi, ai fini di ottenere variazioni nella curva di emissione della fibra, e corrispondenti prestazioni di amplificatori o sistemi amplificati con essa realizzati {laser, giroscopi ottici e simili, nonché sistemi di trasmissione, telecomunicazione o misura che li comprendono) al fine di ottenere le desiderate prestazioni in termini di rapporto segnale/rumore nell'ambito della banda di interesse.

Nel campo specifico di particolare interesse per la Richiedente, la ricerca è stata limitata all'erbio come drogante principale fluorescente, ed a Ge, Al, La, incorporati nella fibra sotto forma di ossidi, come droganti secondari, poiché ciò è stato sufficiente a risolvere gli specifici problemi tecnici.

Gli insegnamenti dati ai fini della presente invenzione potranno essere utilizzati dal tecnico del ramo per risolvere suol problemi simili o differenti da quelli qui descritti, purché abbiano gli stessi fondamenti tecnici, attraverso la ricerca di specifici droganti diversi o particolari dosaggi degli stessi droganti qui sperimentati e descritti, che realizzino o utilizzino la stessa relazione funzionale tra risultati e mezzi impiegati.

Il consiglio al tecnico del ramo è di non scartare singoli droganti, o insiemi di droganti ai Fini di una loro combinazione, anche se essi, separatamente considerati, mostrano nei sistemi che li comprendono dei risultati insoddisfacenti in termini di rapporto segnale/rumore, poiché una loro combinazione potrà mostrare risultati migliori, come risulta dagli insegnamenti della presente invenzione.

Claims

Rivendicazioni 1. In un metodo per ottenere il controllo del rapporto segnaie/rumore ottico alla ricezione, in una banda di lunghezze d'onda predeterminata, in un sistema di telecomunicazione ottica che comprende un trasmettitore ottico, un ricevitore ottico, una linea a fibra ottica collegante detti trasmettitore e ricevitore ed almeno un amplificatore ottico a fibra attiva interposto lungo dettta linea, in cui detta fibra attiva presenta una curva di emissione avente una zona di elevata emissione in un campo di lunghezze d'onda includente detta banda predeterminata di lunghezze d'onda, al cui interno è presente una depressione di emissione rispetto alle zone adiacenti, il miglioramento che consiste nell'eliminare o ridurre detta depressione della curva di emissione attraverso la scelta ed il dosaggio di droganti nella fibra attiva.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta banda di lunghezze d'onda predeterminata è compresa tra 1530 e 1560 nm.
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta banda di lunghezze d'onda predeterminata è compresa tra 1525 e 1560 nm.
4. Metodo secondo la rivendicazione 1. caratterizzato dal fatto che detto rapporto segnale/rumore ottico, misurato con ampiezza di filtro 0,5 nm, è maggiore di 15 dB.
5. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto sistema comprende almeno due amplificatori ottici a fibra attiva serialmente interposti lungo detta linea a fibra ottica.
6. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la scelta dei droganti nella fibra comprende l'impiego di un drogante principale fluorescente e di almeno un drogante secondario interagente con detto drogante principale nella matrice vetrosa della fibra attiva, per ridurre detta depressione ad un valore inferiore a 1 dB rispetto al valore di emissione in almeno una delle zone adiacenti in detta banda.
7. Metodo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la scelta dei droganti nella fibra comprende l'impiego di Erbio (in forma di ossido) come drogante principale e di almeno due droganti secondari interagenti con detto drogante principale nel nucleo della fibra attiva.
8. Metodo secondo la rivendicazione 7. caratterizzato dal fatto che la scelta dei droganti nella fibra comprende l'impiego di Erbio come drogante principale e di Germanio, Alluminio e Lantanio, (in forma di rispettivi ossidi) come droganti secondari interagenti con detto drogante principale nel nucleo della fibra attiva.
9. Metodo di telecomunicazione ottica comprendente le fasi di: generare almeno un segnale ottico ad una lunghezza d'onda prefissata in una banda di lunghezze d'onda, alimentare detto segnale in una fibra ottica di una linea ottica di telecomunicazione, amplificare almeno una volta detto segnale ottico mediante almeno un amplificatore ottico a fibra attiva, e ricevere detto segnale attraverso un ricevitore, caratterizzato dal fatto che la fibra attiva di almeno uno di detti amplificatori comprende un drogante principale fluorescente ed almeno un drogante secondario interagente con detto drogante principale nella matrice vetrosa della fibra attiva, generando un guadagno di amplificazione di detto segnale ottico a detta lunghezza d'onda prefissata in detto amplificatore ottico a fibra attiva, misurato con potenza di ingresso ≤ -20 dBm, che differisce di meno di 1,6 dB dal corrispondente guadagno di un segnale ad una diversa lunghezza d’onda in detta banda, in assenza di mezzi filtranti.
10. Metodo di telecomunicazione ottica comprendente le fasi di: generare almeno un segnale ottico ad una lunghezza d'onda prefissata in una banda di lunghezze d'onda, alimentare detto segnale in una fibra ottica di una linea ottica di telecomunicazione, amplificare almeno una volta detto segnale ottico mediante almeno un amplificatore ottico a fibra attiva, e ricevere detto segnale attraverso un ricevitore, caratterizzato dal fatto che detto almeno un amplificatore ottico a fibra attiva comprende una fibra ottica attiva a base di silice, con nucleo drogato con almeno un drogante principale fluorescente ed almeno un drogante secondario, in relazione funzionale tra loro, tale che il rapporto segnale/rumore ottico al ricevitore, misurato con ampiezza di filtro 0,5 nm, è non inferiore a 15 dB per segnali a lunghezza d'onda compresa in detta banda.
11. Metodo di telecomunicazione secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che il rapporto segnale/rumore ottico al ricevitore, misurato con ampiezza di filtro 0,5 nm, è non inferiore a 15 dB in presenza di almeno due segnali a diverse lunghezze d’onda, comprese in detta banda, contemporaneamente alimentati a detto amplificatore, per ciascuno di detti segnali ottici.
12. Metodo di telecomunicazione secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che comprende amplificare almeno due volta detto segnale ottico mediante rispettivi amplificatori ottici a fibra attiva serialmente interposti lungo detta linea a fibra ottica.
13. Metodo di telecomunicazione secondo la rivendicazione 9 o 10· caratterizzato dal fatto che detta banda di lunghezze d'onda si estende da 1530 a 1560 nm.
14. Metodo di telecomunicazione secondo la rivendicazione 13· caratterizzato dal fatto che detta banda di lunghezze d'onda si estende da 1525 a 1560 nm.
15. Metodo di telecomunicazione secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che detto amplificatore ottico a fibra attiva comprende una fibra attiva con nucleo drogato con Erbio come drogante principale fluorescente ed ulteriormente drogato con almeno due droganti secondari interagenti con detto drogante principale.
16. Metodo di telecomunicazione secondo la rivendicazione 15. caratterizzato dal fatto che detti droganti secondari interagenti con detto drogante principale sono costituiti da Alluminio, Germanio, e Lantanio, sotto forma dei rispettivi ossidi.
17. Sistema di telecomunicazione comprendente una stazione di trasmissione generante segnali ottici in una banda di lunghezze d'onda prefissata, una stazione di ricezione, una linea a fibre ottiche di collegamento tra detta stazione di trasmissione e detta stazione di ricezione, ed almeno due amplificatori ottici a fibra attiva collegati serialmente lungo detta linea, operativamente collegati tra loro per trasmettere detti segnali ottici da detta stazione di trasmissione a detta stazione di ricezione, caratterizzato dal fatto che almeno uno di detti amplificatori ottici comprende una fibra ottica attiva a base di silice, con nucleo drogato con almeno un drogante principale fluorescente ed almeno un drogante secondario, in relazione funzionale tra loro tale da fornire un rapporto segnale/rumore ottico alla stazione ricevente, misurato con ampiezza di filtro 0,5 nm, non inferiore a 15 dB per segnali a lunghezza d'onda compresa in detta banda.
18. Sistema di telecomunicazione secondo la rivendicazione 17. caratterizzato dal fatto che il rapporto segnaie/rumore ottico alla stazione ricevente, misurato con ampiezza di filtro 0,5 nm, è non inferiore a 15 dB in presenza di almeno due segnali a diverse lunghezze d'onda, comprese in detta banda, contemporaneamente alimentati a detto amplificatore, per ciascuno di detti segnali.
19. Sistema di telecomunicazione secondo la rivendicazione 17 caratterizzato dal fatto che detto drogante principale fluorescente è Erbio, sotto forma di ossido.
20. Sistema di telecomunicazione secondo la rivendicazione 17 caratterizzato dal fatto che detti droganti secondari sono Alluminio, Germanio, Lantanio, sotto forma dei rispettivi ossidi.
21. Sistema di telecomunicazione secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che la banda di trasmissione prefissata è compresa tra 1530 e I56O nm.
22. Sistema di telecomunicazione secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che almeno tre amplificatori ottici sono serialmente collegati lungo la linea.
23. Sistema di telecomunicazione secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che almeno uno di detti amplificatori serialmente collegati possiede una fibra attiva con nucleo drogato con Alluminio, Germanio, Lantanio ed Erbio, sotto forma dei rispettivi ossidi.
24. Amplificatore ottico a fibra attiva, comprendente almeno una lunghezza di fibra attiva a base di silice, mezzi di pompaggio di detta fibra attiva, atti a fornire potenza ottica di pompaggio ad una lunghezza d'onda di pompaggio, mezzi di accoppiamento entro detta fibra attiva di detta potenza ottica di pompaggio e di uno o più segnali di trasmissione, a lunghezze d’onda di trasmissione comprese in una banda di trasmissione prefissata, caratterizzato dal fatto che detta fibra ottica attiva possiede nucleo drogato con almeno un drogante principale fluorescente ed almeno un drogante secondario, in relazione funzionale tra loro tale che la variazione massima di guadagno tra due segnali a diverse lunghezze d'onda di trasmissione in detta banda, misurato con potenza di ingresso ≥ -20 dBm, è inferiore a 2,5 dB, in assenza di mezzi filtranti associati a detta fibra attiva.
25. Amplificatore ottico a fibra attiva secondo la rivendicazione 24, caratterizzato dal fatto che detto drogante principale fluorescente è Erbio, sotto forma di ossido.
26. Amplificatore ottico a fibra attiva secondo la rivendicazione 25. caratterizzato dal fatto che detti droganti secondari sono Alluminio, Germanio, Lantanio, sotto forma dei rispettivi ossidi.
27· Amplificatore ottico a fibra attiva secondo la rivendicazione 24, caratterizzato dal fatto che presenta una curva di emissione in detta banda prefissata di lunghezze d'onda priva di depressioni di valore superiore a 1 dB rispetto al valore di emissione in almeno una delle zone adiacenti in detta banda.
28. Amplificatore ottico a fibra attiva secondo la rivendicazione 27, caratterizzato dal fatto che detta curva di emissione presenta depressioni di valore non superiore a 0,5 dB rispetto al valore di emissione in almeno una delle zone adiacenti in detta banda.
29. Amplificatore ottico a fibra attiva secondo la rivendicazione 24, caratterizzato dal fatto che detta banda di trasmissione prefissata è compresa tra 1530 e I56O nm e preferibilmente tra 1525 e 1560 nm.
30. Amplificatore ottico a fibra attiva secondo la rivendicazione 24, caratterizzato dal fatto che detta fibra attiva possiede apertura numerica maggiore di 0,15·
31. Amplificatore ottico a fibra attiva secondo la rivendicazione 24, caratterizzato dal fatto che comprende due fibre attive a base di silice, dotate di rispettivi mezzi di pompaggio, almeno una delle quali possiede nucleo drogato con almeno un drogante principale fluorescente ed almeno un drogante secondario, in relazione funzionale tra loro tale che la variazione massima di guadagno tra due segnali a diverse lunghezze d'onda di trasmissione in detta banda, misurato con potenza di ingresso ≥ -20 dBm, è inferiore a 2,5 dB, in assenza di mezzi filtranti associati a detta fibra attiva.
32. Fibra ottica attiva, particolarmente per amplificatori ottici per telecomunicazioni, caratterizzata dal fatto che possiede apertura numerica maggiore di 0,15 e possiede nucleo drogato con almeno un drogante principale fluorescente ed almeno un drogante secondario, in relazione funzionale tra loro tale che la curva di emissione di detta fibra in una banda prefissata di lunghezze d'onda, in presenza di energia luminosa di pompaggio alimentata alla fibra stessa, è priva di depressioni di valore superiore a 1 dB rispetto al valore di emissione in almeno una delle zone adiacenti in detta banda.
33. Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 32, caratterizzato dal fatto che detta curva di emissione presenta depressioni di valore non superiore a 0,5 dB rispetto al valore di emissione in almeno una delle zone adiacenti in detta banda.
34. Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 32, caratterizzato dal fatto che detto drogante principale fluorescente è Erbio, sotto forma di ossido.
35· Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 34, caratterizzato dal fatto che detti droganti secondari sono Alluminio, Germanio, Lantanio, sotto forma dei rispettivi ossidi.
36. Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 34, caratterizzato dal fatto che il contenuto di Lantanio nel nucleo della fibra, espresso come ossido, è superiore a 0,1% molare.
37- Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 35. caratterizzato dal fatto che il contenuto di Lantanio nel nucleo della fibra, espresso come ossido, è maggiore o uguale 0,2% molare.
38. Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 34, caratterizzato dal fatto che il contenuto di Germanio nel nucleo della fibra, espresso come ossido, è superiore a 5% molare.
39· Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 38, caratterizzato dal fatto che il rapporto molare tra il contenuto di Lantanio ed il contenuto di Germanio nel nucleo della fibra, espressi come ossidi, è compreso tra 10 e 100.
40. Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 38, caratterizzato dal fatto che il rapporto molare tra il contenuto di Lantanio ed il contenuto di Germanio nel nucleo della fibra, espressi come ossidi, è circa 50-
41. Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 34, caratterizzato dal fatto che il contenuto di Alluminio nel nucleo della fibra, espresso come ossido, è superiore a 1% molare.
42. Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 4l, caratterizzato dal fatto che il contenuto di Alluminio nel nucleo della fibra, espresso come ossido, è superiore a 2% molare.
43· Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 34, caratterizzato dal fatto che il contenuto di Erbio nel nucleo della fibra, espresso come ossido, è compreso tra 20 e 5000 ppm molare.
44. Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 43, caratterizzato dal fatto che il contenuto di Erbio nel nucleo della fibra, espresso come ossido, è compreso tra 100 e 1000 ppm molare. 45- Fibra ottica attiva, secondo la rivendicazione 34, caratterizzato dal fatto che l'apertura numerica della fibra è superiore a 0,18.