PL164832B1 - Wzmacniacz dla telekomunikacyjnego lacza swiatlowodowego PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Wzmacniacz dla telekomunikacyjnego lacza swiatlowodowego, umieszczony miedzy dwoma od- cinkami swiatlowodu lacza, zawierajacy zródlo opty- cznego prom ieniow ania pompujacego, sprzegacz dichroiczny do pierwszego odcinka swiatlowodu la- cza i do zródla optycznego promieniowania pompuja- cego oraz odcinek swiatlowodu o rdzeniu aktywnym, jednomodowym zarówno dla optycznego promienio- wania sygnalu jak i dla optycznego promieniowania pompujacego, majacy jeden koniec dolaczony do sprzegacza dichroicznego, a drugi koniec dolaczony do drugiego odcinka swiatlowodowego lacza, zna- m ienny tym, ze sprzegacz dichroiczny (6 ) zawiera dwa odcinki wlókna swiatlowodowego (9 1 10) o rdzeniu nieaktywnym umieszczone jeden przy drugim na czesci (1 1 ) ich dlugosci, na której sa optycznie sprzezone wzajemnie ze soba przez stopienie powlok i trwale zespolenie rdzeni przez rozciaganie tych od- cinków, przy czym obydwa odcinki swiatlowodowe (9, 10) tworza sprzegacz dichroiczny (6 ), który jest jednomodowy zarówno dla optycznego promieniowa- nia sygnalu jak 1 dla optycznego promieniowania pompujacego. Fig. 2 Fig. 3 PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wzmacniacz dla telekomunikacyjnego łącza światłowodowego, zawierający światłowód z rdzeniem aktywnym i źródło optycznego promieniowania pompującego.

Włókno światłowodowe o rdzeniu aktywnym jest włóknem optycznym, które ma rdzeń ze szkła kwarcowego, zawierający dodatkowe aktywne domieszki, oprócz domieszek powodujących, że rdzeń ma współczynnik załamania większy niż współczynnik załamania powłoki, która jest zewnętrzną radialnie otaczającą warstwą, także wykonaną ze szkła kwarcowego.

Domieszki aktywne tworzy się z substancji takich jak pierwiastki ziem rzadkich, erb i podobne, które po pobudzeniu promieniowaniem optycznym, zwanym promieniowaniem pompującym o długości fali zależnej od konkretnie wybranych domieszek, mają właściwość emitowania promieniowania optycznego, zwanego promieniowaniem emisyjnym, mającym inną długość fali, lecz nadal zależną od konkretnego wybranego składnika domieszkowego.

Inną cechą domieszek aktywnych jest fakt, że po pobudzeniu promieniowaniem pompującym mogą one emitować promieniowanie emisyjne w sposób masywny, gdy pada na nie optyczne promieniowanie o tej samej długości fali.

164 832

Źródłem promieniowania pompującego jest zwykle laser, zwłaszcza dioda laserowa, emitująca optyczne promieniowanie o tej samej długości fali, jak wymagana i potrzebna do wzbudzenia domieszek aktywnych obecnych w rdzeniu światłowodowym, który jest rdzeniem czynnym.

Znany wzmacniacz o rdzeniu aktywnym, dla telekomunikacyjnych łączy światłowodowych, ma źródło promieniowania pompującego optycznie połączone sprzęgaczem dichroicznym, do którego optycznie sprzęga się jedną część włókna światłowodowego łącza telekomunikacyjnego lub transmisyjnego. Następnie, sprzęgacz dichroiczny bezpośrednio łączy się do odcinka światłowodowego o rdzeniu aktywnym, a tę pierwszą część łączy się następnie z drugą częścią włókna światłowodowego łącza telekomunikacyjnego lub transmisyjnego.

W znanym wzmacniaczu źródło promieniowania pompującego, poprzez sprzęgacz dichroiczny, wysyła swoje własne promieniowanie do części światłowodu o rdzeniu aktywnym, w której wywołuje wzbudzenie domieszek aktywnych.

Ponadto do części światłowodu o rdzeniu aktywnym, poprzez sprzęgacz dichroiczny, wysyła się sygnały, które mają być wzmacniane, przychodzące z pierwszej części światłowodu łącza telekomunikacyjnego, które koniecznie muszą mieć długość fali identyczną, jak długość fali emisji domieszek aktywnych, które są w części światłowodu o rdzeniu aktywnym.

Jeśli sygnał optyczny wchodzi do części światłowodu o rdzeniu aktywnym, napotyka domieszki w stanie wzbudzonym pod wpływem działania promieniowania pompującego, przy czym występuje masywna emisja promieniowania optycznego o tej samej długości fali, jaką ma sygnał, a w wyniku tego następuje wzmocnienie sygnału.

W omawianych wzmacniaczach występuje trudność co do zwiększenia ich wydajności, rozumianej jako stosunek między dającym się uzyskiwać zwiększeniem wzmocnienia, a doprowadzaną mocą promieniowania pompującego, przy jednoczesnym łatwym wytwarzaniu wzmacniaczy na dużą skalę, o dużej niezawodności dla zastosowań praktycznych, np. w telekomunikacyjnych łączach światłowodowych, do których powinny być w sposób prosty i bezpieczy zakładane.

W publikacji pt. XIV Europejska Konferencja Komunikacji Optycznej z 11-15 września 1988 roku, strony 25-28, podano wartości wzrostu wzmocnienia znanych wzmacniaczy, zawierające się w granicach od 0,14 do 0,31 dB/mW. Aby poprawić wzmocnienie wzmacniaczy optycznych, w tej samej publikacji podano wyniki doświadczalne co do wzmocnienia dla wzmacniacza optycznego, wykonanego w laboratorium, który miał odcinek światłowodu o rdzeniu aktywnym, jednomodowy zarówno dla promieniowania sygnału, jak i dla optycznego promieniowania pompującego, zawierał erb jako domieszkę aktywną, w którym zastosowano źródło promieniowania pompującego o długości fali 980 nm i optyczne promieniowanie sygnału o długości fali 1536 nm.

Niezależnie od wspomnianej publikacji, sprzęgacz dichroiczny, we wzmacniaczu optycznym nieuchronnie musi być typu mikrooptycznego, tj. wykorzystujący soczewki, aby doprowadzać pompowanie optyczne i promieniowanie sygnału do odcinka światłowodu o rdzeniu aktywnym. Wynika stąd, że sprzęgacz dichroiczny innego typu nie może działać zadowalająco przy szczególnej długości omawianego światłowodu o rdzeniu aktywnym. Gdy wykorzystuje się to znane rozwiązanie, można osiągnąć wydajność 2,2 dB/mW, rozumianą jako stosunek między wzrostem wzmocnienia z zastosowaną mocą pompowania, co stanowi wartość atrakcyjną, lecz wzmacniacz ten ma tę wadę, że nie daje się stosować na dużą skalę, z powodu zastosowanego w nim szczególnego sprzęgacza dichroicznego. Sprzęgacz dichroiczny typu mikrooptycznego jest bardzo wrażliwy, wobec czego raczej nie może być montowany do telekomunikacyjnego łącza światłowodowego, bo to zmniejszałoby niezawodność łączy telekomunikacyjnych, mających takie wzmacniacze.

Celem wynalazku jest opracowanie wzmacniacza optycznego o wydajności wyższej niż dla znanych wzmacniaczy, szczególnie o wydajności do 4,5 dB/mW, które to wzmacniacze są niezawodne w zastosowaniach przemysłowych na dużą skalę i upraszczają maksymalnie operacje zakładania ich do telekomunikacyjnych łączy światłowodowych, które przez to stają się bardziej niezawodne.

164 832

Wzmacniacz dla telekomunikacyjnego łącza światłowodowego według wynalazku umieszczony jest między dwoma odcinkami światłowodu łącza i zawiera źródło optycznego promieniowania pompującego, sprzęgacz dichroiczny dołączony do pierwszego odcinka światłowodu łącza i do źródła optycznego promieniowania pompującego oraz odcinek światłowodu o rdzeniu aktywnym. Światłowód ten jest jednomodowy zarówno dla promieniowania sygnału, jak i dla promieniowania pompującego. Jeden koniec światłowodu dołączony jest do sprzęgacza dichroicznego, a drugi koniec dołączony jest do drugiego odcinka światłowodowego łącza. Wzmacniacz według wynalazku charakteryzuje się tym, że sprzęgacz dichroiczny zawiera dwa odcinki włókna światłowodowego o rdzeniu nieaktywnym, umieszczone jeden przy drugim na części ich długości, na której są optycznie sprzężone wzajemnie ze sobą przez stopienie powłok i trwałe zespolenie rdzeni przez rozciąganie tych odcinków. Obydwa te odcinki światłowodowe tworzą sprzęgacz dichroiczny, który jest jednomodowy zarówno dla optycznego promieniowania sygnału, jak i dla optycznego promieniowania pompującego.

Odcinki włókna światłowodowego tworzące sprzęgacz dichroiczny, w swoich powłokach i rdzeniach mają rozkład domieszek nieaktywnych identyczny z rozkładem domieszek nieaktywnych w powłoce i rdzeniu odcinka światłowodu o rdzeniu aktywnym.

W sprzęgaczu dichroicznym stosunek średnicy wspólnego rdzenia dwóch odcinków włókien światłowodowych do średnicy rdzenia tych odcinków przy ich końcach mieści się w zakresie od 0,3 do 0,5.

Średnica modowa dla długości fali promieniowania sygnału w odcinkach włókien światłowodowych tworzących wzmacniacz jest równa średnicy modowej dla długości fali sygnałów w światłowodowych odcinkach tworzących łącze.

W sprzęgaczu dichroicznym średnica wspólnego rdzenia dwóch składowych odcinków włókien światłowodowych mieści się w zakresie od 1,56 do 2,8 gm dla długości fali promieniowania sygnału 1536 nm i długości fali promieniowania pompującego 980 nm.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. I przedstawia telekomunikacyjne łącze światłowodowe, fig. 2 - wzmacniacz optyczny, a fig. 3 przedstawia fragment wzmacniacza w powiększeniu.

Na fig. 1 telekomunikacyjne łącze światłowodowe zawiera wzmacniacz optyczny 3 dołączony pierwszym odcinkiem światłowodu łącza 2 do nadajnika 1 dowolnego znanego typu, wysyłającego sygnały optyczne do włókna światłowodowego. Nadajnik 1 zawiera źródło promieniowania optycznego emitujące sygnały o długości fali dostosowanej do wzmacniacza optycznego, np. diodę laserową DFB, (z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym) emitującą promieniowanie optyczne o długości fali 1536 nm.

Przykład źródła optycznego promieniowania sygnału, które jest zwykle używane w dziedzinie telekomunikacji światłowodowej, nie jest użyty tutaj w sensie ograniczającym zakres wynalazku.

Za wzmacniaczem 3, optycznie połączony z nim, znajduje się drugi odcinek 4 włókna światłowodowego, o cechach takich samych, jak pierwszy odcinek 2. Odcinek włókna światłowodowego 4 majeden koniec optycznie dołączony do wzmacniacza optycznego 3, a drugi koniec dołączony optycznie do odbiornika optycznego 5 dowolnego znanego typu.

Wzmacniacz optyczny 3 według wynalazku, wykorzystany w telekomunikacyjnym łączu światłowodowym przedstawiony jest na fig. 2. Wzmacniacz 3 zawiera sprzęgacz dichroiczny 6, z którym sprzężone jest źródło promieniowania pompującego 7 i ponadto dołączony jest odcinek włókna światłowodowego 8 o rdzeniu aktywnym, znajdujący się za sprzęgaczem dichroicznym 6.

We wzmacniaczu optycznym według wynalazku stosuje się długość włókna światłowodowego o rdzeniu aktywnym typu jednomodowego zarówno dla optycznego promieniowania sygnału, jak i promieniowania pompującego.

Przykładowo, we wzmacniaczu optycznym według wynalazku, odcinek włókna światłowodowego o rdzeniu aktywnym, zawierający trójwartościowy erb równomiernie rozłożony w rdzeniu, jako domieszkę czynną, ma średnicę równą 5,4 gm. Ogólnie średnica rdzenia w odcinku włókna światłowodowego o rdzeniu aktywnym mieści się od 5,2 do 5,6 gm. Zewnętrzna średnica powłoki odcinka włókna światłowodowego o rdzeniu aktywnym korzystnie wynosi 125 gm.

164 832

We włóknach światłowodowych o rdzeniu aktywnym, stosunek dotyczący różnicy między współczynnikiem załamania w rdzeniu i w powłoce względem współczynnika załamania w powłoce, zwykle wynoszący od 0,0051 do 0,0058, w tym przypadku wynosi 0,0056.

Gdy długość włókna światłowodowego o rdzeniu aktywnym ma powłokę ze szkła kwarcowego, bez jakiejkolwiek domieszki, przy czym współczynnik załamania wynosi 1,450, to rdzeń tego włókna ma współczynnik załamania 1,458.

Dichroiczny sprzęgacz 6 wzmacniacza według wynalazku, jak na fig. 3 w powiększeniu, składa się z dwóch odcinków 9 i 10, włókna światłowodowego, wykonanych ze szkła kwarcowego, bez domieszek aktywnych, wzajemnie równoległych, łączonych przez stopienie odpowiednich powłok i niezwłocznie potem rozciąganych, tak aby po tej czynności, w obszarze łączenia powłok przez stopienie, rdzenie stały się koicydentne na odcinku 11, przez co tworzy się praktycznie jeden wspólny rdzeń.

Cechą szczególną sprzęgacza dichroicznego we wzmacniaczu według wynalazku jest to, że powstaje obszar sprzęgania dwóch odcinków włókna światłowodowego, w którym mają one swoje rdzenie złączone razem tak, że powstaje jeden wspólny rdzeń, którego średnica jest mniejsza niż średnica rdzenia każdego odcinka włókna światłowodowego przy jego końcach. Korzystnie stosunek średnicy wspólnego rdzenia tych dwóch odcinków włókna światłowodowego do średnicy rdzenia tych odcinków włókna na ich końcach mieści się w zakresie od 0,3^do 0,5.

Średnica wspólnego rdzenia dwóch odcinków włókna światłowodowego, tworzących sprzęgacz dichroiczny, jest na ogół wybierana o takiej wielkości, aby powodować w nim stratę mocy promieniowania nie większą niż 1 dB.

Zakresy wielkości ogólnie obowiązujące dla każdego sprzęgacza dichroicznego wzmacniacza optycznego według wynalazku nie mogą być podane, ponieważ dla określania średnicy wspólnego rdzenia przystosownaego do potrzeb wynalazku, występuje działanie dodatkowe poszczególnych długości fali promieniowania sygnału i promieniowania pompującego, mogących się znacznie różnić. Jednak znawca tej dziedziny, który wie o tym, że strata mocy nie jest większa niż 1 dB, może doświadczalnie określać wielkość średnicy wspólnego rdzenia tych dwóch odcinków włókna światłowodowego w sprzęgaczu dichroicznym.

Na przykład, w przypadku promieniowania pompującego o długości fali 980 nm i optycznego promieniowania sygnału 1536 nm, średnica wspólnego rdzenia mieści się w zakresie od 1,56 do 2,8 gm.

W sprzęgaczu dichroicznym, który nadaje się do wzmacniacza według wynalazku, także długość odcinka wspólnego rdzeni zależy od przyjętych poszczególnych długości fali promieniowania pompującego i promieniowania sygnału.

Na przykład, gdy pompująca i sygnałowa długość fali są odpowiednio 9801 1536 nm, to długość wspólnego odcinka będzie zawierała się od 0,9 do 1,2 cm. Ogólnym wzorcem, określającym długość tego odcinka, jest to, że jego długość musi zapewniać aby promieniowanie pompujące i promieniowanie sygnału całkowicie i wyłącznie były przenoszone tylko ku jednemu z dwóch końców sprzęgacza dichroicznego stykającego się z odcinkiem włókna światłowodowego o rdzeniu aktywnym. Na podstawie tego podstawowego wskazania, specjalista może wykonać sprzęgacz dichroiczny o takich cechach podczas projekowania samego sprzęgacza dichroicznego.

Przez dołączenie jednego z dwóch końców dwóch odcinków włókna światłowodowego do źródeł promieniowania pompującego i promieniowania sygnału, przed stopieniem powłok na odcinku, naktórym mają one trwałe wspólne położenie, możliwe jest ograniczenie rozciągania wspomnianych odcinków podczas topienia ich powłok w chwili, kiedy żadne promieniowanie optyczne nie wychodzi z jednego pojedynczego końca, podczas gdy promieniowanie sygnału i promieniowanie pompujące wychodzą z drugiego końca.

Inna cecha dichroicznego sprzęgacza 6 dla wzmacniacza według wynalazku polega na tym, że tworzące go dwa odcinki 9 i 10, włókna światłowodowego, muszą być jednomodowe zarówno dla promieniowania sygnału, jak i dla promieniowania pompującego.

Ponadto, dichroiczny sprzęgacz dla wzmacniacza według wynalazku charakteryzuje się tym, że rozkład domieszek nieaktywnych w rdzeniu i powłokach odcinków składowych włókna

164 832 światłowodowego musi być zasadniczo taki sam, jak rozkład domieszek nieaktywnych występujących w odcinku światłowodowego włókna o rdzeniu aktywnym.

Wzmacniacz optyczny według wynalazku zawiera szeregowe połączenie jednego odcinka włókna światłowodowego 8 o rdzeniu aktywnym oraz sprzęgacza dichroicznego 6.

Wzmacniacz optyczny zapewnia uzyskiwanie prostego i niezawodnego sprzęgania z odcinkami włókna światłowodowego łącza przesyłającego sygnały oraz sprzęgania dwóch części składowych wzmacniacza.

Modowa średnica odpowiednia dla długości fali sygnałów przesyłowych, określana jest według przepisu G 652 Komitetu Teletechnicznego Międzynarodowej Unii Telekomunikacyjnej (CCITT), 1976 r. dotyczącego odcinków włókien światłowodowych tworzących wzmacniacz, i dlatego dla odcinka włókna światłowodowego o rdzeniu aktywnym i dla dwóch odcinków włókien światłowodowych tworzących sprzęgacz dichroiczny, zasadniczo jest równa średnicy modowej dla sygnałowej długości fali światłowodowych odcinków łącza telekomunikacyjnego, dla którego przeznaczony jest wzmacniacz.

Przy podanych cechach elementów wzmacniacza, łączenie elementów ze sobą, jak i do światłowodowych odcinków łącza, wykonuje się przez topienie stykowe, to znaczy łączy się końce różnych typów włókien światłowodowych praktycznie bez wywołania strat podczas sprzęgania. Jak przedstawiono na fig. 2, sprzęganie między końcem odcinka 2 światłowodu łącza wykonuje się za pomocą zgrzewania doczołowego do jednego końca odcinka 9 włókna światłowodowego sprzęgacza dichroicznego 3.

Następnie, drugi koniec odcinka 9 sprzęgacza dichroicznego 3 łączy się za pomocą zgrzewania doczołowego do jednego końca odcinka włókna światłowodowego 8 o rdzeniu aktywnym, którego drugi koniec łączy się za pomocą zgrzewania doczołowego do drugiego odcinka włókna światłowodowego 4 przesyłowego łącza telekomunikacyjnego.

Źródło promieniowania pompującego 7 korzystnie zawiera znaną diodę laserową In-GaAs, emitującą promieniowanie optyczne 980 nm, zwłaszcza jeśli światłowodowe włókno o rdzeniu aktywnym jest domieszkowane trójwartościowym erbem,-a sygnał stanowi promieniowanie optyczne o długości fali 1536 nm. Źródło 7 optycznie sprzęga się z jednym końcem odcinka włókna światłowodowego 10 sprzęgacza dichroicznego 6.

Znany nadajnik 1, zwykle stosowany w telekomunikacyjnych łączach światłowodowych, emituje sygnały o długości fali zasadniczo 1536 nm, która jest stosowana do sygnałów przesyłowych, umożliwiających osiąganie minimalnego tłumienia w przesyłowych odcinkach światłowodów łącza 2 i 4 jak przedstawiono na fig. 1.

Sygnały wysyła się z nadajnika 1 do odcinka włókna światłowodowego 2. Zostają one poddane tłumieniu podczas przesyłu. Następnie wchodzą do odcinka 9 włókna światłowodowego w sprzęgaczu dichroicznym 6 wzmacniacza 3, jako stłumione.

Do sprzęgacza dichroicznego 6, a właściwie do odcinka 10 włókna światłowodowego sprzęgacza dochodzi również promieniowanie pompujące pochodzące z diody laserowej 7.

Promieniowanie pompujące, zwłaszcza dla wzmacniacza i łącza według wynalazku ma długość fali 980 nm i nakłada się w sprzęgaczu dichroicznym 6 na tłumione optyczne promieniowanie sygnału o długości fali 153(pnm, dochodzące z przesyłowego światłowodowego odcinka 2 łącza.

Nakładanie się promieniowania sygnałów i promieniowania pompującego w sprzęgaczu dichroicznym 6 następuje w części 11, w której dwa rdzenie światłowodowych odcinków składowych są optycznie sprzężone ze sobą, jak przedstawiono na fig. 3.

Ponieważ dwa światłowodowe odcinki 9 i 10, tworzące sprzęgacz dichroiczny 3 są jednomodowe dla obydwu promieniowań sygnałowego i pompującego, więc obydwa promieniowania ze sprzęgacza nakładają się i są jednomodowe.

Ponadto, gdy używa się sprzęgacza dichroicznego, w którym rozkład domieszek nieaktywnych jest identyczny, jak rozkład domieszek nieaktywnie występujących w odcinku włókna światłowodowego o rdzeniu aktywnym, straty energii optycznej w promieniowaniach sumowanych ze sobą we wzmacniaczu nie występują.

Obydwa promieniowania sygnałowe i pompujące, doprowadzane do wejścia sprzęgacza dichroicznego, wychodzą z niego tylko wzdłuż odcinka 9 włókna światłowodowego, naprzeciw

164 832 odcinka włókna światłowodowego 8 o rdzeniu aktywnym. Ponieważ rozkład domieszek, nieaktywnych jest jednakowy w elementach składowych sprzęgacza dichroicznego i w odcinku światłowodowego włókna o rdzeniu aktywnym to nie występują straty, gdy te elementy składowe się sprzęga, a więc nie ma zmiany w jednomodowym rozkładzie mocy tych dwóch promieniowań optycznych złączowego obszaru elementów składowych.

Ponieważ rozkład domieszek nieaktywnych w odcinkach włókien światłowodowych tworzących sprzęgacz jest taki sam jak rozkład domieszek nieaktywnych występujących w odcinku światłowodu o rdzeniu aktywnym, nie występuje zmiana w promieniowaniach optycznych podczas przechodzenia ich od sprzęgacza dichroicznego do odcinka światłowodu o rdzeniu aktywnym.

Ponieważ odcinek światłowodu o rdzeniu aktywnym jest jednomodowy zarówno dla promieniowania pompującego, jak i dla promieniowania sygnału, wejście i rozchodzenie się w nim obydwu promieniowań odbywa się tak, że rozkład mocy tych promieniowań zostaje utrzymany jako symetryczny względem osi odcinka światłowodu o rdzeniu aktywnym.

Gdy promieniowanie pompujące przechodzi przez rdzeń odcinka 8 światłowodu o rdzeniu aktywnym, ulegają wzbudzeniu domieszki aktywne, które tam się znajdują. Jeśli wzbudzona promieniowaniem pompującym domieszka czynna zostanie uderzona optycznym promieniowaniem sygnałów, to emituje ona promieniowanie o tej samej długości fali, która ma promieniowanie wynikające ze wzmacniacza sygnału optycznego.

Wzmocniony sygnał optyczny dochodzi do drogiego odcinka światłowodu 4 łącza przesyłowego, po czym zostaje odebrany przez odbiornik 5.

Poniżej podane będą wyniki prób wzmacniacza według wynalazku. Odcinek światłowodu o rdzeniu aktywnym jest światłowodem o skokowym profilu współczynnika załamania światła i nie zawiera domieszek nieaktywnych w powłoce, którą wykonano ze szkła kwarcowego, wobec czego ma współczynnik załamania równy 1,45. Rdzeń natomiast zawiera german j ako domieszkę nieaktywną w ilości wystarczającej, aby jego współczynnik załamania był równy 1,-458. Ponadto, odcinek światłowodu o rdzeniu aktywnym ma rdzeń o średnicy 5,5 pm i zewnętrzną średnicę powłoki 125 pm.

Rdzeń odcinka światłowodu o rdzeniu aktywnym, poza wspomnianymi domieszkami nieaktywnymi, zawiera także jony erbu trójwartościowego, jako domieszkę aktywną, przy czym są one równomiernie rozproszone w tym rdzeniu, w postaci tlenku erbu, przy stężeniu 0,3% wagowo. W przeprowadzonych próbach długości światłowodu o rdzeniu aktywnym wynosiła 8 metrów. Zastosowany był sprzęgacz dichroiczny zawierający dwa odcinki składowe o równej długości, typu skokowego współczynnika załamania, ze szkła kwarcowego, jednomodowe dla promieniowania sygnału i promieniowania pompującego, o identycznej zawartości domieszki nieaktywnej i rozkładzie, jak dla domieszki nieaktywnej w odcinku światłowodu o rdzeniu aktywnym.

Zwłaszcza w odcinkach światłowodowych tworzących sprzęgacz dichroiczny, średnice i współczynniki załamania dla rdzenia i powłoki są takie same, jak dla odcinka światłowodu o rdzeniu aktywnym. Ponadto, odcinek wzajemnego sprzężenia między dwoma odcinkami światłowodowymi, w których włókna światłowodowe mają wspólny rdzeń, ma długość 0,9 cm, a średnica wspólnego rdzenia wynosi 2,1 pm. Stosunek średnicy rdzenia wspólnego dla tych dwóch odcinków światłowodowych, tworzących sprzęgacz dichroiczny do średnicy tych odcinków przy ich końcach, wynosi 0,4. Źródło promieniowania pompującego jest diodą laserową In-Ga-As i emituje ciągłe promieniowanie optyczne o długości fali 980 nm i mocy 6 mW.

W doświadczeniu sprawdzającym użyte zostały dwa odcinki światłowodowe typu zwykle używanego w telekomunikacyjnych łączach światłowodowych o modowej średnicy dla promieniowania sygnału równej średnicy odcinków światłowodów, tworzących wzmacniacz.

Jako źródło promieniowania optycznego wykorzystano diodę laserową DFB (o rozłożonym sprzężeniu zwrotnym), która emituje promieniowanie optyczne o długości 1536 nm i mocy 100 mW, a dla której odcinki światłowodów przesyłu sygnałów są tylko jednomodowe dla optycznego promieniowania sygnałów i wielomodowe dla promieniowania pompującego.

164 832

Źródło optycznego promieniowania sygnałów sprzęgnięto optycznie do końca odcinka światłowodu przesyłu sygnałów, tak aby praktycznie całe promienowanie wysyłane ze źródła sygnałów było wprowadzone do wspomnianego odcinka światłowodu.

Drugi koniec odcinka światłowodu połączono przy pomocy zgrzewania doczołowego do końca jednego z odcinków światłowodowych sprzęgacza dichroicznego.

Ponadto źródło promieniowania pompującego połączono do końca odcinka światłowodu sprzęgacza dichroicznego umieszczonego w trwałym ułożeniu jeden przy drugim dla odcinka, do którego dołączono odcinek światłowodu przesyłania sygnałów, tak aby cała moc wysyłana wynosząca 6 mW, przenikała do światłowodowego odcinka sprzęgacza dichroicznego.

Połączony doczołowym zgrzewaniem do końca odcinka światłowodowego sprzęgacza dichroicznego, z którego obydwa sygnały mogą wychodzić, jeden koniec jest końcem odcinka światłowodu o rdzeniu aktywnym, którego cechy już opisano.

Do drugiego końca odcinka światłowodu o rdzeniu aktywnym zgrzewany jest doczołowo jeden koniec drugiego odcinka światłowodu przesyłania sygnałów.

Próby zakończono tym, że połączono koniec odcinka światłowodu przesyłania sygnałów będący naprzeciw bezpośrednio połączonego do odcinka światłowodu o rdzeniu aktywnym, do detektora natężenia, przystosowanego do wykrywania natężenia promieniowania wychodzącego z odcinka światłowodowego, a korzystnie do fotodiody o strukturze p-i-n.

Na podstawie prób stwierdzono, że przy użyciu źródła pompującego o emisji promieniowania o długości fali 980 nm i mocy 6 mW, otrzymuje się wzmocnienie dla przyjętego promieniowania sygnałów optycznych o długości fali 1536 nm, które wynosi 25 dB.

Z tego wynika, że wydajność wyrażona jako stosunek wzmocnienia i mocy zastosowanego promieniowania pompującego wynosi 4,1 dB/mW.

Ponieważ maksymalna wydajność znanych wzmacniaczy omawianego typu wynosi

2,2 dB/mW, otrzymane wyniki doświadczalne potwierdzają, że osiągnięto cel według wynalazku przez zwiększenie wydajności dla tych wzmacniaczy o 100%.

Ponadto, wykonanie wzmacniacza według wynalazku i jego wprowadzenie do telekomunikacyjnego łącza światłowodowego jest proste i niezawodne, ponieważ wykorzystuje się jedynie zgrzewanie doczołowe włókien światłowodowych.

164 832

164 832

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Wzmacniacz dla telekomunikacyjnego łącza światłowodowego, umieszczony między dwoma odcinkami światłowodu łącza, zawierający źródło optycznego promieniowania pompującego, sprzęgacz dichroiczny do pierwszego odcinka światłowodu łącza i do źródła optycznego promieniowania pompującego oraz odcinek światłowodu o rdzeniu aktywnym, jednomodowym zarówno dla optycznego promieniowania sygnału jak i dla optycznego promieniowania pompującego, mający jeden koniec dołączony do sprzęgacza dichroicznego, a drugi koniec dołączony do drugiego odcinka światłowodowego łącza, znamienny tym, że sprzęgacz dichroiczny (6) zawiera dwa odcinki włókna światłowodowego (9 i 10) o rdzeniu nieaktywnym umieszczone jeden przy drugim na części (11) ich długości, na której są optycznie sprzężone wzajemnie ze sobą przez stopienie powłok i trwałe zespolenie rdzeni przez rozciąganie tych odcinków, przy czym obydwa odcinki światłowodowe (9, 10) tworzą sprzęgacz dichroiczny (6), który jest jednomodowy zarówno dla optycznego promieniowania sygnału jak i dla optycznego promieniowania pompującego.

2. Wzmacniacz według zastrz. 1, znamienny tym, że odcinki włókna światłowodowego (9, 10), tworzące sprzęgacz dichroiczny (6), w swoich powłokach i rdzeniach mają rozkład domieszek nieaktywnych identyczny z rozkładem domieszek nieaktywnych w powłoce i rdzeniu odcinka (8) światłowodu o rdzeniu aktywnym.

3. Wzmacniacz według zastrz. 1, znamienny tym, że w sprzęgaczu dichroicznym (6) stosunek średnicy wspólnego rdzenia dwóch odcinków włókien światłowodowych (9 i 10) do średnicy rdzenia tych odcinków przy ich końcach mieści się w zakresie od 0,3 do 0,5.

4. Wzmacniacz według zastrz. 1, znamienny tym, że średnica modowa dla długości fali promieniowania sygnału w odcinkach włókien światłowodowych (9 i 10), tworzących wzmacniacz (3) jest równa średnicy modowej światłowodowych odcinków (2 i 4) tworzących łącze, dla długości fali promieniowania sygnałów.

5. Wzmacniacz według zastrz. 1, znamienny tym, że w sprzęgaczu dichroicznym (6) średnica wspólnego rdzenia dwóch składowych odcinków włókien światłowodowych (9, 10) mieści się w zakresie od 1,56 do 2,8 gm długości fali promieniowania sygnału 1536 nm i długości fali promieniowania pompującego 980 nm.