ITMI951676A1

ITMI951676A1 - Sistema e metodo di telecomunicazione a multiplazione di lunghezza d'onda con separazione controllata dei canali in uscita

Info

Publication number: ITMI951676A1
Application number: IT95MI001676A
Authority: IT
Inventors: Fausto Meli
Original assignee: Pirelli Cavi Spa
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-01-31
Also published as: AU5940696A; HU9602095D0; CN1078784C; US5793508A; KR970009019A; CN1147732A; JPH09121204A; EP0763907A1; AU703252B2; HUP9602095A2; HUP9602095A3; CZ225996A3; NZ286937A; MY133744A; RU2172073C2; BR9604041A; IT1277397B1; NO963040L; CA2181218A1; PL315445A1

Abstract

Metodo di telecomunicazione ottica a più lunghezze d'onda, che comprende generare almeno due segnali ottici di trasmissione a lunghezze d'onda diverse fra loro, multiplare i segnali ottici in una unica fibra di trasmissione, formando un segnale ottico multilunghezza d'onda, trasmettere attraverso la fibra di trasmissione il segnale ottico multilunghezza d'onda, comprendente i segnali ottici di trasmissione, ad una rispettiva stazione di ricezione e separare i segnali ottici di trasmissione, in cui detta fase di separare detti segnali ottici di trasmissione comprende: suddividere il segnale ottico multilunghezza d'onda ricevuto su almeno due fibre di uscita, riflettere selettivamente una banda di lunghezze d'onda del segnale ottico multilunghezza d'onda, comprendente almeno uno dei segnali ottici di trasmissione, in modo che la banda riflessa propaghi nella fibra di uscita in direzione opposta al segnale ottico multilunghezza d'onda; separare la banda riflessa dalla fibra di uscita ed alimentarla, attraverso una fibra di ricezione, ad un rispettivo ricevitore.

Description

Descrizione dell'invenzione dal titolo:

"Sistema e metodo di telecomunicazione a multiplazione di lunghezza d'onda, con separazione controllata dei canali in uscita

DESCRIZIONE

Formano oggetto della presente invenzione un sistema ed un metodo di telecomunicazione ottica, particolarmente adatto per la trasmissione a multiplazione di lunghezza d'onda, o WDM, in cui i diversi canali sono riconosciuti e separati alla ricezione.

Per la trasmissione a multiplazione 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 lunghezze d'onda ottiche; i canali trasmessi possono essere sia digitali sia analogici e si distinguono tra loro perché ciascuno di essi è associato ad una lunghezza d'onda specifica, separata da quella degli altri canali.

Al fine di trasmettere un elevato numero di canali, facendo uso della cosiddetta terza finestra di trasmissione delle fibre in silice e della banda utile degli amplificatori ottici, la separazione in lunghezza d'onda tra i canali stessi convenientemente è dell'ordine dei nanometri.

Per la corretta ricezione di tali segnali di trasmissione, è quindi necessario procedere ad una separazione tra i canali stessi, per convogliarli alle utenze rispettive.

A tale scopo possono essere utilizzati filtri ottici a banda stretta, attraverso i quali solo il canale selezionato può passare, cosi da garantire l'assenza di segnali indesiderati, che costituirebbero un rumore se sovrapposti al canale selezionato.

L'uso di tali filtri, tuttavia, richiede sia una elevata stabilità in lunghezza d'onda del segnale trasmesso, sia una elevata stabilità intrinseca della banda passante dei filtri stessi.

Tate problema è descritto, ad esempio, nella domanda di brevetto GB 2260046, che propone di sovrapporre un segnale pilota ai dati da trasmettere, rilevando il quale il ricevitore può regolare la banda passante del filtro.

I filtri ottici noti, inoltre, sono affetti da problemi di deriva, in base ai quali una lunghezza d'onda selezionata per la banda passante si mantiene costante solo per un limitato periodo di tempo dopo la taratura; detti filtri, in particolare nel caso che siano dotati di attuatori piezoelettrici o simili, sono anche soggetti a fenomeni di isteresi, in base ai quali il valore di lunghezza d'onda di banda passante selezionato dipende non solo dal valore della relativa grandezza di comando (ad esempio una tensione), ma anche dalla legge temporale attraverso cui tale grandezza è applicata ai filtri stessi. II brevetto US 4973124, a nome K. Kaede, descrive tra l'altro un dispositivo per l'aggiunta e la spillatura di lunghezze d'onda prefissate in/da un segnale multiplato in lunghezza d'onda propagante lungo una fibra ottica. In una versione il dispositivo comprende due divisori di polarizzazione, una lamina a quarto d'onda ed un primo ed un secondo filtri ottici a diffrazione di Bragg, aventi la medesima lunghezza d'onda di Bragg; tra una pluralità di segnali a lunghezze d'onda diverse, consente di aggiungere o spillare un solo segnale, alla lunghezza d'onda di Bragg dei filtri.

II brevetto US 4740951 , a nome J. Lizet et al., descrive un dispositivo in ottica integrata per demultiplare n segnali luminosi di lunghezze d'onde differenti, formanti un fascio luminoso trasmesso da una prima fibra ottica, verso n seconde fibre ottiche. Il dispositivo comprende n reticoli di Bragg disposti in cascata. La disposizione in cascata comporta una attenuazione differenziale fra i segnali, per effetto del passaggio attraverso un numero differente di reticoli di Bragg a seconda della lunghezza d'onda. In corrispondenza di ciascuno degli n reticoli di Bragg in ottica integrata, inoltre, è necessaria un'opportuna ottica di focalizzazione del corrispondente segnale diffratto verso una delle seconde fibre ottiche di uscita, il che comporta una elevata complessità per il dispositivo.

In un suo primo aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un metodo di telecomunicazione ottica comprendente le fasi di:

- generare almeno due segnali ottici di trasmissione, a lunghezze d'onda prefissate diverse tra loro;

- multiplare mediante divisione in lunghezza d'onda detti segnali ottici in una unica fibra di trasmissione, formando un segnale ottico multilunghezza d'onda, comprendente detti segnali ottici di trasmissione;

- trasmettere detto segnale ottico multilunghezza d'onda attraverso detta fibra ottica ad una stazione di ricezione;

- alimentare detto segnale ottico multilunghezza d'onda, comprendente detti segnali ottici di trasmissione, ad una rispettiva unità di ricezione in detta stazione;

- ricevere in detta unità di ricezione il segnale ottico multilunghezza d'onda;

- separare ed alimentare a rispettivi ricevitori detti segnali ottici di trasmissione, in cui detta fase di separare detti segnali ottici di trasmissione comprende:

- suddividere il segnale ottico multilunghezza d'onda ricevuto su almeno due fibre di uscita;

- in almeno una di dette due fibre riflettere selettivamente una banda di lunghezze d'onda di detto segnale ottico multilunghezza d'onda, detta banda avente ampiezza comprendente almeno uno di detti segnali ottici di trasmissione, in modo che detta banda riflessa propaghi in detta fibra di uscita in direzione opposta a detto segnale ottico multilunghezza d'onda;

- separare detta banda riflessa da detta fibra di uscita ed alimentarla, attraverso una fibra di ricezione, ad un rispettivo ricevitore.

Preferibilmente detta fase di suddividere detto segnale ottico multilunghezza d'onda ricevuto comprende suddividere detto segnale su più fibre in uscita in numero pari al numero di detti segnali ottici di trasmissione.

Preferibilmente detta banda di lunghezze d'onda riflessa selettivamente comprende uno solo di detti canali di trasmissione.

In una versione particolare della presente invenzione detta banda di lunghezze d'onda riflessa è almeno di 2 nm di ampiezza, più particolarmente di 5 nm.

Preferibilmente detta fase di suddividere il segnale ottico multilunghezza d'onda prevede di separare detto segnale in frazioni prefissate.

Preferibilmente detta fase di separare detta banda riflessa da detta fibra di uscita comprende separare una frazione prefissata di segnale, in particolare il 50%.

In un suo secondo aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un sistema di telecomunicazione ottica, comprendente:

- una stazione di trasmissione di segnali ottici, comprendente mezzi di generazione di segnali di trasmissione ad almeno due lunghezze d'onda prefissate, e mezzi di multiplazione a divisione di lunghezza d'onda di detti segnali di trasmissione, in una unica linea a fibra ottica;

- una stazione di ricezione di detti segnali ottici,

- una linea a fibra ottica collegante dette stazioni di trasmissione e ricezione, in cui detta stazione di ricezione di segnali ottici comprende mezzi di separazione selettiva di detti segnali di trasmissione da detta unica linea a fibra ottica, comprendenti

un primo divisore di segnale, atto a ripartire il segnale ottico in ingresso su più uscite ottiche;

- almeno un riflettore selettivo in lunghezza d'onda, avente banda riflessa comprendente almeno una di dette lunghezze d'onda prefissate, collegato ad una di dette uscite ottiche;

- un secondo divisore di segnale collegato a detto riflettore selettivo, atto a ricevere detta banda riflessa e a dividere detta banda riflessa su due uscite in rapporti prefissati;

- un ricevitore ottico collegato ad una di dette uscite di detto secondo divisore di segnale.

Preferibilmente detto primo e detto secondo divisore di segnale sono divisori non selettivi in lunghezza d'onda; in particolare detto secondo divisore di segnale può essere un accoppiatore direzionale, in particolare con un rapporto di divisione del 50%.

In particolare detto riflettore selettivo è un riflettore a reticolo di Bragg, a passo fisso oppure, preferibilmente, a passo variabile.

Secondo versioni alternative detto riflettore selettivo ha una banda riflessa di almeno 0,3 nm, oppure di almeno 2 nm, intorno ad una lunghezza d'onda centrale prefissata, in relazione alle caratteristiche di detti mezzi di generazione di segnali di trasmissione. Preferibilmente detta lunghezza d'onda centrale di detto riflettore selettivo corrisponde alla lunghezza d'onda centrale di emissione dì almeno uno di detti mezzi di generazione di segnali di trasmissione.

In particolare detto riflettore selettivo può comprendere mezzi di controllo termico. Preferibilmente detti riflettori selettivi sono in numero pari ai detti canali di trasmissione.

In un suo ulteriore aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un'unità di ricezione ottica selettiva in lunghezza d'onda comprendente mezzi di separazione selettiva di segnali di trasmissione multiplati a divisione di lunghezza d'onda, che comprende: - un primo divisore di segnale, atto a ripartire un segnale ottico in ingresso su più uscite ottiche;

- almeno un riflettore selettivo in lunghezza d'onda, avente banda riflessa comprendente almeno una lunghezza d'onda di uno di detti segnali, collegato ad una di dette uscite ottiche;

Preferibilmente detto primo e detto secondo divisore di segnale sono divisori non selettivi in lunghezza d'onda, in particolare detto secondo divisore di segnale può essere un accoppiatore direzionale, in particolare con un rapporto di divisione del 50%.

In particolare detto riflettore selettivo è un riflettore a reticolo di Bragg.

Secondo versioni alternative detto riflettore selettivo ha una banda riflessa di almeno 0,3 nm, oppure di almeno 2 nm, intorno ad una lunghezza d'onda centrale prefissata, in relazione alle caratteristiche di detti segnali di trasmissione.

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

in figura 1 uno schema di una sistema di telecomunicazione a più lunghezze d'onda secondo la presente invenzione;

in figura 2 uno schema di un amplificatore di linea per l'impiego nel sistema di figura 1 ;

in figura 3 uno spettro di segnale rilevato all'uscita del multiplatore della stazione di trasmissione nel sistema di figura 1 ;

in figura 4 uno spettro di segnale rilevato all'uscita del preamplificatore nel sistema dì figura 1 .

a) Descrizione sistema

Come mostra la figura 1 , un sistema di telecomunicazione ottica a più canali, a multiplazione di lunghezza d'onda, secondo la presente invenzione prevede più sorgenti di segnali ottici, quattro nell'esempio, indicate in figura rispettivamente con 1 a, 1 b, 1c, 1d, aventi lunghezze d'onda λ1, λ2, λ3, λ4 comprese nella banda di lavoro utile degli amplificatori disposti successivamente nel sistema.

Detti segnali ottici sono alimentati ad un combinatore di segnale 2, o multiplatore, atto ad inviare in una unica fibra ottica di uscita 3 contemporaneamente i segnali alle lunghezze d'onda λ1, λ2, λ3, λ4.

In generale, il combinatore di segnale 2 è un dispositivo ottico passivo, mediante il quale i segnali ottici trasmessi su rispettive fibre ottiche sono sovrapposti in una unica fibra; dispositivi di tal genere sono ad esempio costituiti da accoppiatori a fibre fuse, in ottica planare, microottica e simili.

A titolo di esempio, un combinatore adatto è il combinatore 1x4 SMTC-01 04-1 550-A-H posto in commercio da E-TEK DYNAMICS INC., 1885 Lundy Ave, San Jose, CA (USA).

Attraverso la fibra 3 i detti segnali ottici sono inviati ad un amplificatore di potenza 4, che ne eleva la potenza fino ad un valore sufficiente a percorrere un successivo tratto di fibra ottica intercorrente prima di ulteriori mezzi di amplificazione, mantenendo la qualità trasmissiva richiesta.

All· amplificatore 4 è quindi collegato un primo tratto 5a di linea ottica, usualmente costituito da una fibra ottica monomodale, di tipo a salto di indice, inserita in un adatto cavo ottico, di alcune decine (o centinaia) di chilometri di lunghezza; ad esempio, con i mezzi di amplificazione nel seguito descritti ed i livelli di potenza indicati, circa 100 chilometri.

In taluni casi possano essere usate anche fibre ottiche del tipo a dispersione spostata ("dispersion shifted").

Al termine di detto primo tratto 5a di linea ottica è presente un primo amplificatore di linea 6a, atto a ricevere i segnali, attenuati nel percorso in fibra, e ad amplificarli ad un livello sufficiente ad alimentarli a più tratti successivi di linea ottica 5b, di caratteristiche analoghe al precedente, ed a relativi amplificatori di linea 6b, (due soli tratti di fibra ottica 5b ed un solo amplificatore 6b sono indicati in figura, per semplicità di rappresentazione grafica) coprendo la distanza di trasmissione complessiva richiesta fino a pervenire ad una stazione di ricezione 7, in cui i segnali sono ripartiti, in relazione ai vari canali trasmessi, identificati dalle rispettive lunghezze d'onda, ed inviati ai rispettivi ricevitori 8a, 8b, 8c, 8d.

La stazione di ricezione 7 comprende un preamplificatore 9, atto a ricevere i segnali e ad amplificarli, compensando la perdita data dalle successive apparecchiature di demultiplazione, fino ad un livello di potenza adeguato alla sensibilità dei dispositivi di ricezione.

Dai preamplificatore 9 i segnali sono inviati ad un dispositivo atto a ripartire su più fibre in uscita i segnali ottici alimentati ad una fibra in ingresso, separandoli in relazione alle rispettive lunghezze d'onda; tale dispositivo, detto anche demultiplatore, è costituito, nell'esempio descritto, da un divisore a fibre fuse 10, che suddivide il segnale in ingresso in segnali su più fibre di uscita, quattro nell'esempio illustrato, ciascuno dei quali segnali è alimentato a rispettive fibre 11a, 11b, 11c, 11d per il collegamento ai rispettivi ricevitori 8a, 8b, 8c, 8d.

Ad esempio, per il divisore 10 può essere usato un componente dello stesso tipo del combinatore di segnale 2, già descritto, montato in configurazione opposta.

Le fibre 11a, 11b, 11c, 11d sono collegate, attraverso rispettivi accoppiatori direzionali 12a, 12b, 12c, 12d, a filtri a riflessione selettiva 13a, 13b, 13c, 13d.

I ricevitori 8a, 8b, 8c, 8d sono collegati ad una rispettiva fibra uscente degli accoppiatori direzionali 1 2, ricevendo il segnale riflesso dai rispettivi filtri a riflessione selettiva 13a, 13b, 13c, 13d.

Tra II preamplificatore 9 ed il divisore IO è interposto un isolatore ottico 14.

L'isolatore ottico 14, è preferibilmente un isolatore ottico di tipo indipendente dalla polarizzazione del segnale di trasmissione, con isolamento maggiore di 35 dB e riflettività inferiore a -50 dB.

isolatori adatti sono, ad esempio, il modello MDL 1-15 PIPT-A S/N 1016 della società ISOWAVE, 64 Harding Avenue, Dover, New Jersey, USA.

Gli accoppiatori direzionali 12 sono, preferibilmente, accoppiatori a fibre fuse 50:50, atti a separare nelle fibre in uscita in parti uguali la potenza ottica alimentata in una fibra in ingresso; un adatto accoppiatore è il modello SWBC21 50PS210, prodotto da E-TEK DYNAMICS INC., 1885 Lundy Ave, San Jose, CA (USA).

I filtri a riflessione selettiva 13 sono, preferibilmente, in numero pari al numero di canali trasmessi e riflettono ciascuno una lunghezza d'onda corrispondente ad uno di detti canali.

Filtri a riflessione selettiva adatti per l'impiego nella presente invenzione sono, preferibilmente, i filtri in guida d'onda ottica a riflessione di Bragg distribuita, i quali riflettono la radiazione in una stretta banda di lunghezze d'onda e trasmettono la radiazione all'esterno di tale banda.

Detti filtri sono costituiti da una porzione di una guida d'onda ottica, ad esempio fibra ottica, lungo la quale l'indice di rifrazione presenta una variazione periodica, ed in corrispondenza a detta variazione di indice si ha una parziale riflessione di segnale: se le porzioni di segnale riflesse in corrispondenza di ogni cambio d’indice risultano in fase tra loro si ha interferenza costruttiva e il segnale incidente viene riflesso.

La condizione di interferenza costruttiva, corrispondente al massimo della riflessione, è espressa dalla relazione 2-I = λs/η, dove I indica il passo del reticolo formato dalle variazioni di indice di rifrazione, λs la lunghezza d'onda della radiazione incidente ed n l'indice di rifrazione del nucleo della guida d'onda ottica. Il fenomeno descritto è indicato in letteratura come riflessione distribuita di Bragg.

La variazione periodica di indice di rifrazione può essere ottenuta con tecniche note, per esempio esponendo una porzione di fibra ottica, privata del rivestimento polimerico protettivo, alle frange di interferenza formate da un intenso fascio UV (come ad esempio quello generato da un laser a eccimeri, un laser ad Argon duplicato in frequenza o un laser a Nd:YAG quadruplicato in frequenza) fatto interferire con sé stesso mediante un adeguato sistema interferometrico, ad esempio mediante una maschera di fase in Silicio, come descritto nel brevetto US 5.351.321.

La fibra, ed in particolare il nucleo della fibra, vengono cosi esposti a radiazione UV di intensità che varia periodicamente lungo l'asse ottico. Nelle parti del nucleo raggiunte dalia radiazione UV di massima intensità si verifica una rottura parziale dei legami Ge-O, che provoca una modifica permanente dell'indice di rifrazione.

Scegliendo il passo del reticolo in modo da verificare la relazione di interferenza costruttiva si può determinare a piacere la lunghezza d'onda centrale della banda riflessa, secondo criteri noti.

Con questa tecnica è possibile, ad esempio, ottenere filtri con una banda di lunghezze d'onda riflessa a -3 dB tipicamente di 0,2 - 0,3 nm, riflettività al centro della banda fino al 99%, lunghezza d'onda centrale della banda riflessa determinabile in fase di realizzazione entro circa _±_ 0, 1 nm e variazione della lunghezza d'onda centrale della banda con la temperatura non superiore a 0,02 nm/°C.

Ad esempio, per una trasmissione modulata a 2,5 Gbit/s, con una sorgente a modulazione esterna, con lunghezza d'onda centrale di emissione nota, ad esempio determinabile a meno di 0,01 nm, occorre una banda totale di circa 5 GHz, e si richiede al reticolo una banda di almeno 10 GHz, corrispondente a circa 0,1 nm.

Tenendo conto di una tolleranza nella lunghezza d'onda centrale della banda riflessa del reticolo di _±. 0,1 nm, una ampiezza di banda minima corrispondente per il reticolo è di almeno 0,3 nm.

Tale valore è ottenibile mediante reticoli a passo fisso.

Nel caso in cui le lunghezze d'onda delle sorgenti 1 a, 1 b, 1 c, 1d abbiano un intervallo di tolleranza più ampio, è conveniente disporre di filtri con una banda passante di ampiezza corrispondente, onde comprendere nella banda riflessa dai filtri la lunghezza di emissione delle sorgenti.

Nel caso di sorgenti costituite da laser a semiconduttore di tipo commerciale, ad esempio, aventi tipicamente lunghezza d'onda di emissione nota a meno di ± 1 nm, (ottenuta mediante selezione dei laser), è possibile realizzare filtri in fibra ottica a riflessione di Bragg distribuita con ampiezza della banda in riflessione sufficientemente ampia imponendo un passo variabile al reticolo, realizzando un cosiddetto "reticolo cirpato" (traduzione di "chirped grating").

A tale scopo si possono impiegare tecniche note, per esempio, dall'articolo di P.C. Hill et al. pubblicato su Electronics Lettere, voi. 30, n. 14, 07/07/94, pag. 1172-1 174. Reticoli del tipo indicato sono, ad esempio, messi in commercio da PHOTONETICS Ine., Wakefield, MA (USA), per le lunghezze d'onda di riflessione desiderate.

Ai fini della presente invenzione, ove non diversamente specificato, per lunghezza d'onda di emissione di una sorgente laser si intende una banda di lunghezze d'onda, di ampiezza prestabilita, centrata intorno ad una lunghezza d'onda centrale di emissione. Detta lunghezza d'onda centrale è, in generale, prescelta nell'ambito di una tolleranza costruttiva, in base alla quale vengono selezionati i laser commerciali.

Ai fini della presente invenzione e per l'impiego sopra descritto, l'amplificatore di potenza 4 è, ad esempio, un amplificatore ottico a fibra di tipo commerciale, avente le seguenti caratteristiche:

potenza di ingresso da -13,5 a -3,5 dBm

potenza di uscita 12-1 4 dBm

lunghezze d'onda di lavoro 1530-1 560 nm.

Un modello adatto è, ad esempio, TPA/E-MW, posto in commercio dalla Richiedente. Detto amplificatore fa uso di fibra ottica attiva drogata con Erbio, di tipo descritto nel seguito.

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.

Ai fini della presente invenzione e per l'impiego sopra descritto, per preamplificatore si intende un amplificatore posto all'estremo della linea, in grado di elevare il segnale da alimentare al ricevitore ad un valore opportunamente superiore alla soglia di sensibilità del ricevitore stesso (per esempio, nel caso di trasmissione a 2,5 Gbit/s, in modo che la potenza che perviene al ricevitore sia compresa tra -26 e -1 1 dBm), nei contempo introducendo il minimo rumore possibile e mantenendo l'equalizzazione dei segnali. II preamplificatore 9 è, ad esempio, un amplificatore ottico a fibra di tipo commerciale, avente le seguenti caratteristiche:

potenza di ingresso totale da -20 a -9 dBm

potenza di uscita 0-6 dBm

lunghezze d'onda di lavoro 1530-1560 nm.

Un modello adatto è, ad esempio, RPA/E-MW, posto in commercio dalla Richiedente. Detto amplificatore fa uso di fibra ottica attiva drogata con Erbio, di tipo descritto nel seguito.

La configurazione del sistema di trasmissione sopra descritta si mostra particolarmente adatta a fornire le prestazioni desiderate, in particolar modo per trasmissione su più canali a multiplazione di lunghezza d'onda, in presenza di una particolare scelta delle proprietà degli amplificatori di linea che ne fanno parte, in particolare per quanto riguarda la capacità di trasmettere le lunghezze d'onda selezionate senza che alcune di esse risultino penalizzate rispetto ad altre.

In particolare, si può garantire il comportamento uniforme per tutti i canali, nella banda di lunghezze d'onda compresa tra 1530 e 1560 nm, in presenza di amplificatori adatti ad operare in cascata, facendo uso di amplificatori di linea previsti in modo che abbiano una risposta sostanzialmente uniforme (o "piatta") alle varie lunghezze d'onda, nel funzionamento in cascata,

b) Amplificatore di linea

Al fine sopra indicato un amplificatore, previsto per l'impiego come amplificatore di linea, può essere realizzato secondo lo schema mostrato in figura 2, e comprende una prima fibra attiva 15, drogata con Erbio, ed un relativo laser di pompa 16, ad essa collegato attraverso un accoppiatore dicroico 17; un primo isolatore ottico 18 è posto a monte della fibra 15, nel senso del percorso del segnale da amplificare, mentre un secondo isolatore ottico 19 è posto a valle della fibra attiva stessa.

Nel caso di realizzazione a due stadi, l'amplificatore comprende inoltre una seconda fibra attiva 20 drogata con Erbio, associata ad un relativo laser di pompa 21 attraverso un accoppiatore dicroico 22, anch'esso collegato per pompaggio in controcorrente nell'esempio illustrato; a valle della fibra 20 è quindi presente un ulteriore isolatore ottico 23.

I laser di pompa 16, 21 sono, ad esempio, laser di tipo Quantum Well, con le seguenti caratteristiche:

lunghezza d’onda di emissione λp, = 980 nm;

potenza ottica massima di uscita Pu = 80 mW.

Laser del tipo indicato sono prodotti, ad esempio, da:

LASERTRON INC., 37 North Avenue, Burlington, MA (USA).

Gli accoppiatori dicroici 17, 22, sono, nell'esempio, 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, MD (USA), e da SIFAM Ltd., Fibre Optic Division, Woodland Road, Torquay, Devon (GB). Gli isolatori ottici 18, 19, 23, sono preferibilmente isolatori ottici di tipo indipendente dalla polarizzazione del segnale di trasmissione, con isolamento maggiore di 35 dB e riflettività inferiore a -50 dB.

Isolatori adatti sono, ad esempio, il modello MDL 1-15 PIPT-A S/N 1016 della società ISOWAVE, 64 Harding Avenue, Dover, NJ (USA).

Nel sistema descritto gli amplificatori di linea sono previsti per il funzionamento con una potenza ottica di uscita complessiva di circa 14 dBm, con un guadagno di circa 30 dB.

Nello schema rappresentato in figura i due stadi dell'amplificatore di linea sono disposti in configurazione contropropagante; in ciascuna applicazione la più adatta configurazione dovrà in ogni caso essere individuata in relazione alle caratteristiche specifiche di sistema.

Negli amplificatori sopra descritti è impiegata una fibra attiva drogata con Erbio, come descritto in dettaglio nella domanda di brevetto italiana N° MI94A 000712 del 14 Aprile 1994 della stessa Richiedente, che si incorpora per riferimento, ed i cui contenuti sono qui di seguito riassunti.

La composizione e le caratteristiche ottiche della fibra impiegata sono riepilogate nella tabella 1 seguente.

TABELLA 1

% p — contenuto percentuale in peso di ossido nel nucleo (medio)

% mol = contenuto percentuale in moli di ossido nel nucleo (medio)

NA = Apertura Numerica (n,<2>- n2<2>)<1/2>

λc — Lunghezza d'onda di taglio (LP, , 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.

La fibra indicata è stata realizzata mediante la tecnica di deposizione chimica in fase vapore, all'interno di un tubo in vetro di quarzo.

L'incorporazione di Germanio come drogante nella matrice di SiO2 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 della 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.

Ad esempio, nella configurazione a due stadi sopra descritta, la prima fibra attiva 15 può avere lunghezza di 8 m circa; la seconda fibra attiva 20 può avere lunghezza di 1 1 m circa.

L a configurazione descritta si presta in particolare a trasmissioni su distanze dell'ordine di circa 500 km, con velocità di trasmissione elevata, ad esempio 2,5 Gbit/s (realizzando con quattro lunghezze d'onda multiplate una capacità di trasmissione equivalente a 10 Gbit/s su singola lunghezza d'onda), facendo uso di quattro amplificatori di linea, di un amplificatore di potenza e di un pre-amplificatore. Con la configurazione sopra descritta, una trasmissione ad alta velocità, su più canali, può essere realizzata utilizzando, ad esempio, le lunghezze d'onda di 1535 nm; 1543 nm; 1550 nm; 1557 nm, generate, ad esempio, da rispettivi laser, opportunamente modulate.

Uno spettro del segnale complessivo alimentato nella linea è rappresentato in figura 3, mentre il segnale in ingresso al divisore 10 è rappresentato in figura 4.

Come appare dal confronto tra i grafici l'emissione spontanea degli amplificatori si è accumulata nella linea e si sovrappone ai canali trasmessi,

c) Selezione del canale

Al fine di inviare a ciascun ricevitore 8a-8d il rispettivo canale, il divisore 10 suddivide sulle rispettive uscite 11 a-1 1d l'intero segnale ottico ricevuto; il segnale su ciascuna uscita perviene quindi direttamente al rispettivo riflettore selettivo 13, il quale riflette la sola banda ad esso corrispondente, mentre la restante parte dello spettro è espulsa dall'estremità della fibra recante ii riflettore selettivo stesso.

Allo scopo di evitare riflessioni spurie, fuori della banda corrispondente al canale prescelto, l'estremità della fibra su cui è ricavato il reticolo è terminata in modo antiriflettente, ad esempio con un taglio obliquo o simili mezzi, ben noti nel settore. Il segnale riflesso dal reticolo 13a, propagante all'indietro nell'accoppiatore direzionale 12a, è quindi inviato nella fibra 12'a uscente dall'accoppiatore, nella proporzione data dal rapporto di divisione dell'accoppiatore stesso, ad esempio 50%, e viene quindi inviata al rispettivo ricevitore 8a.

In modo del tutto analogo sono riflessi i segnali corrispondenti ai reticoli 13b, 13c, 1 3d, ed inviati ai rispettivi ricevitori 8b, 8c, 8d.

I reticoli 13a-13d sono scelti in modo da avere lunghezza d'onda centrale della banda di riflessione centrata sulla lunghezza d'onda di ciascuno dei canali trasmessi dai rispettivi trasmettitori, assicurando la corretta ricezione del canale prescelto, con esclusione dei restanti canali.

L'isolatore ottico 14 evita che la porzione di segnale riflessa, passante dagli accoppiatori 12 e non deviata verso il rispettivo ricevitore 8, possa ritornare verso il preamplificatore 9 causando in esso disturbi di funzionamento.

Nel caso che il preamplificatore incorpori esso stesso un isolatore ottico sulla propria fibra di uscita, l'isolatore 14 può essere omesso.

Nella configurazione descritta la potenza ottica complessiva in ingresso al divisore 10 è, ad esempio, di circa 5 dBm (con una potenza per canale pah a circa -5 dBm, come appare dal grafico di fig. 4); il divisore 10, suddividendo la potenza in ingresso tra quattro uscite, introduce una attenuazione di circa 7 dB, mentre ciascun accoppiatore direzionale 12, se del tipo 50/50 sopra indicato, introduce una attenuazione di circa 3,5 dB per passaggio (inclusiva delle perdite di giunzione). In tal modo, l'attenuazione totale su ciascun canale, tra l'ingresso al divisore 10 e l'ingresso a ciascun ricevitore 8, risulta di circa 14 dB, con una potenza al ricevitore di circa -19 dBm, adatta alla sensibilità dei ricevitori in uso.

La porzione di segnale in uscita dal ramo 25 di uno o più d'uno degli accoppiatori direzionali 12a-12d può essere utilizzata per funzioni di controllo o simili.

L'elevata stabilità della lunghezza d'onda riflessa dai reticoli 13, sia nel tempo, sia in presenza di eventuali escursioni termiche, assicura la ricezione corretta del canale prescelto.

Nel caso che si manifestino variazioni di lunghezza d'onda di emissione dei laser di trasmissione, variazioni elevate di temperatura ambientale o altri fenomeni che alterino la lunghezza d'onda centrale dei canali trasmessi o la lunghezza d'onda di riflessione dei reticoli, è possibile operare una sintonia fine della lunghezza d'onda riflessa dai reticoli, ad esempio controllandone la temperatura.

In una particolare forma di realizzazione della presente invenzione, tra gli accoppiatori direzionali 12a-12c ed il relativo reticolo 13a-13c sono interposte delle porzioni 24a-24c di fibra ottica, aventi lunghezze superiori, e differenti fra loro per una quantità superiore, alla metà della lunghezza di coerenza nella fibra delle sorgenti ottiche usate.

Per lunghezza di coerenza nella fibra si intende la lunghezza di fibra in cui il segnale generato da una data sorgente si mantiene coerente, definita come Lc= v/πΔν, dove v indica la velocità di propagazione della radiazione lungo la fibra e Δν indica la larghezza di riga della sorgente dei segnali di comunicazione.

Ad esempio, laser sintonizzabili a semiconduttore del tipo DFB, come utilizzati nei trasponder TXT-EM posti in commercio dalla Richiedente, hanno larghezza di riga di circa Δν = 10 MHz; in base alla relazione suddetta si ricava per la lunghezza di coerenza nella fibra delle sorgenti impiegate il valore = 6,5 m.

In particolare, se è la lunghezza di coerenza maggiore tra i laser trasmettitori adottati nel sistema, la lunghezza di una prima di dette porzioni di fibra ottica 24a è L, ≥ Lc/2; la lunghezza di una seconda di dette porzioni di fibra ottica 24b è L2 ≥. Lc; la lunghezza di una terza di dette porzioni di fibra ottica 24c è L3 ≥ 3/2 Lc.

Si noti che, poiché è desiderato ottenere lo sfasamento dei canali tra loro, è necessario applicare le linee di ritardo 24a-24c a tre delle quattro lunghezze d'onda presenti, così che esse siano sfasate dalla quarta, che non ha subito alcun ritardo. In tal modo, per effetto del doppio passaggio attraverso tratte di fibra di lunghezza differente più di metà della lunghezza di coerenza delle sorgenti nella fibra, i segnali riflessi verso il divisore 10 sono scorrelati in fase tra loro, evitando quindi il possibile manifestarsi di fenomeni di instabilità dovuti ad una parziale ricombinazione nel divisore IO dei quattro canali.

La struttura descritta assicura che per tutti i canali si abbia la stessa attenuazione,

garantendo l'uniformità delia trasmissione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 . Metodo di telecomunicazione ottica comprendente le fasi di: - generare almeno due segnali ottici di trasmissione, a lunghezze d'onda prefissate diverse tra loro; - multiplare mediante divisione in lunghezza d'onda detti segnali ottici in una unica fibra di trasmissione, formando un segnale ottico multilunghezza d'onda, comprendente detti segnali ottici di trasmissione; - trasmettere detto segnale ottico multiiunghezza d'onda attraverso detta fibra ottica ad una stazione di ricezione; - alimentare detto segnale ottico multiiunghezza d'onda, comprendente detti segnali ottici di trasmissione, ad una rispettiva unità di ricezione in detta stazione; - ricevere in detta unità di ricezione il segnale ottico multiiunghezza d'onda; - separare ed alimentare a rispettivi ricevitori detti segnali ottici di trasmissione, caratterizzato dal fatto che detta fase di separare detti segnali ottici di trasmissione comprende: - suddividere il segnale ottico multiiunghezza d'onda ricevuto su almeno due fibre di uscita; - in almeno una di dette due fibre riflettere selettivamente una banda di lunghezze d'onda di detto segnale ottico multiiunghezza d'onda, detta banda avente ampiezza comprendente almeno uno di detti segnali ottici di trasmissione, in modo che detta banda riflessa propaghi in detta fibra di uscita in direzione opposta a detto segnale ottico multiiunghezza d'onda; - separare detta banda riflessa da detta fibra di uscita ed alimentarla, attraverso una fibra di ricezione, ad un rispettivo ricevitore.
2. Metodo di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detta fase di suddividere detto segnale ottico multilunghezza d'onda ricevuto comprende suddividere detto segnale su più fibre in uscita in numero pari al numero di detti segnali ottici di trasmissione.
3. Metodo di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detta banda di lunghezze d'onda riflessa selettivamente comprende uno solo di detti canali di trasmissione.
4. Metodo di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta banda di lunghezze d'onda riflessa è almeno di 2 nm di ampiezza.
5. Metodo di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta banda di lunghezze d'onda riflessa è di 5 nm.
6. Metodo di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detta fase di suddividere il segnale ottico multilunghezza d'onda prevede di separare detto segnale in frazioni prefissate.
7. Metodo di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detta fase di separare detta banda riflessa da detta fibra di uscita comprende separare una frazione prefissata di segnale.
8. Metodo di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta frazione prefissata di segnale di detta banda riflessa separata da detta fibra di uscita è il 50%.
9- Sistema di telecomunicazione ottica, comprendente: una stazione di trasmissione di segnali ottici, comprendente mezzi di generazione di segnali di trasmissione ad almeno due lunghezze d'onda prefissate, e mezzi di multiplazione a divisione di lunghezza d'onda di detti segnali di trasmissione, in una unica linea a fibra ottica; una stazione di ricezione di detti segnali ottici. - una linea a fibra ottica collegante dette stazioni di trasmissione e ricezione, caratterizzato dal fatto che detta stazione di ricezione di segnali ottici comprende mezzi di separazione selettiva di detti segnali di trasmissione da detta unica linea a fibra ottica, comprendenti - un primo divisore di segnale, atto a ripartire il segnale ottico in ingresso su più uscite ottiche; - almeno un riflettore selettivo in lunghezza d'onda, avente banda riflessa comprendente almeno una di dette lunghezze d'onda prefissate, collegato ad una di dette uscite ottiche; - un secondo divisore di segnale collegato a detto riflettore selettivo, atto a ricevere detta banda riflessa e a dividere detta banda riflessa su due uscite in rapporti prefissati; - un ricevitore ottico collegato ad una di dette uscite di detto secondo divisore di segnale.
10. Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto primo divisore di segnale è un divisore non selettivo in lunghezza d'onda.
11. Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto secondo divisore di segnale è un divisore non selettivo in lunghezza d'onda.
12. Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 1 1 , caratterizzato dal fatto che detto secondo divisore di segnale è un accoppiatore direzionale.
13. Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detto un accoppiatore direzionale ha un rapporto di divisione del 50%.
14. Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto riflettore selettivo è un riflettore a reticolo di Bragg.
15. Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto riflettore selettivo ha una banda riflessa di almeno 0,3 nm intorno ad una lunghezza d'onda centrale prefissata.
16. Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto riflettore selettivo ha una banda riflessa di almeno 2 nm intorno ad una lunghezza d'onda centrale prefissata.
17. Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta lunghezza d'onda centrale di detto riflettore selettivo corrisponde alla lunghezza d'onda centrale di emissione di almeno uno di detti mezzi di generazione di segnali di trasmissione.
18. Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto riflettore selettivo è un riflettore a reticolo di Bragg a passo fisso.
19. Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto riflettore selettivo è un riflettore a reticolo di Bragg a passo variabile.
20. Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto riflettore selettivo comprende mezzi di controllo termico.
21. Sistema di telecomunicazione ottica secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detti riflettori selettivi sono in numero pari ai detti canali di trasmissione.
22. Unità di ricezione ottica selettiva in lunghezza d'onda caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di separazione selettiva di segnali di trasmissione multiplati a divisione di lunghezza d'onda, che comprende: • un primo divisore di segnale, atto a ripartire un segnale ottico in ingresso su più uscite ottiche; • almeno un riflettore selettivo in lunghezza d'onda, avente banda riflessa comprendente almeno una lunghezza d'onda di uno di detti segnali, collegato ad una di dette uscite ottiche; - un secondo divisore di segnale collegato a detto riflettore selettivo, atto a ricevere detta banda riflessa e a dividere detta banda riflessa su due uscite in rapporti prefissati; - un ricevitore ottico collegato ad una di dette uscite di detto secondo divisore di segnale.
23. Unità di ricezione ottica secondo la rivendicazione 22, caratterizzata dal fatto che detto primo divisore di segnale è un divisore non selettivo in lunghezza d'onda.
24. Unità di ricezione ottica secondo la rivendicazione 22, caratterizzata dal fatto che detto secondo divisore di segnale è un divisore non selettivo in lunghezza d'onda.
25. Unità di ricezione ottica secondo la rivendicazione 24, caratterizzata dal fatto che detto secondo divisore di segnale è un accoppiatore direzionale.
26. Unità di ricezione ottica secondo la rivendicazione 25, caratterizzata dal fatto Che detto accoppiatore direzionale ha un rapporto di divisione del 50%.
27. Unità di ricezione ottica secondo la rivendicazione 22, caratterizzata dal fatto che detto riflettore selettivo è un riflettore a reticolo di Bragg.
28. Unità di ricezione ottica secondo la rivendicazione 22, caratterizzata dal fatto che detto riflettore selettivo ha una banda riflessa di almeno 0,3 nm intorno ad una lunghezza d'onda centrale prefissata.
29. Unità di ricezione ottica secondo la rivendicazione 22, caratterizzata dal fatto che detto riflettore selettivo ha una banda riflessa di almeno 2 nm intorno ad una lunghezza d’onda centrale prefissata.
30. Unità di ricezione ottica secondo la rivendicazione 22, caratterizzata dal fatto che detto riflettore selettivo comprende mezzi di controllo termico.
31. Unità di ricezione ottica secondo la rivendicazione 22, caratterizzata dal fatto che detti riflettori selettivi sono in numero pari ai detti canali di trasmissione.