(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl5: H04B 10/16 H04B 3/36 (54) Wzmacniacz optyczny z włóknem aktywnym (30) Pierwszeństwo: ,IT, (73) Uprawniony z patentu: Societa' Cavi Pirelii S.p.A., Mediolan, IT (72) Twórcy wynalazku: (43) Zgłoszenie ogłoszono: Giorgio Grasso, Monza, IT Aldo Righetti, Mediolan, IT BUP 13/91 Flavio Fontana, Cormano, IT (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: (74) Pełnomocnik: WUP 10/94 Ludwicka Izabella, PATPOL Spółka z 0.0. PL B1 (57) 1. W zmacniacz optyczny z włóknem aktywnym, dołączony do włókna światłowodowego łącza telekomunikacyjnego, który to wzmacniacz zawiera odcinek optycznego włókna aktywnego zawierający substancję posiadającą zdolność emisji laserowej, do którego to włókna aktywnego, złącza doprowadzony jest przesyłany sygnał o określonej długości fali, oraz ze źródła promieniowania świetlnego doprowadzone jest absorbowane we włóknie aktywnym promieniowanie pompujące o długości fali mniejszej od długości fali przesyłanego sygnału, znamienny tym, że włókno aktywne (6) ma długość odpowiadającą częściowej absorpcji bezpośrednio doprowadzonego promieniowania pompującego, przy czym końcówka włókna aktywnego (6) połączona jest z selektywnym zespołem lustrzanym (8) odbijającym promieniowanie o długości fali pompowania i przepuszczającym promieniowanie o długości fali przesyłanego sygnału. Fig 3

2 Wzmacniacz optyczny z włóknem aktywnym Zastrzeżenia patentowe 1. Wzmacniacz optyczny z włóknem aktywnym, dołączony do włókna światłowodowego łącza telekomunikacyjnego, który to wzmacniacz zawiera odcinek optycznego włókna aktywnego zawierający substancję posiadającą zdolność emisji laserowej, do którego to włókna aktywnego, z łącza doprowadzony jest przesyłany sygnał o określonej długości fali, oraz ze źródła promieniowania świetlnego doprowadzone jest absorbowane we włóknie aktywnym promieniowanie pompujące o długości fali mniejszej od długości fali przesyłanego sygnału, znamienny tym, że włókno aktywne (6) ma długość odpowiadającą częściowej absorpcji bezpośrednio doprowadzonego promieniowania pompującego, przy czym końcówka włókna aktywnego (6) połączona jest z selektywnym zespołem lustrzanym (8) odbijającym promieniowanie o długości fali pompowania i przepuszczającym promieniowanie o długości fali przesyłanego sygnału. 2. Wzmacniacz według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół lustrzany (8) ma współczynnik odbicia we włóknie aktywnym mniejszy niż -40 db dla długości fali przesyłanego sygnału i większy niż -10 db dla długości fali promieniowania pompującego. 3. Wzmacniacz według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół lustrzany (8) zbudowany z elementów dyskretnych, zawiera lustro dichroiczne i dwa układy ogniskujące przesyłające promieniowanie z włókna aktywnego do lustra dichroicznego i odpowiednio, z lustra dichroicznego do włókna łącza telekomunikacyjnego. 4. Wzmacniacz według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół lustrzany zawiera przynajmniej jeden monolityczny odcinek włókna optycznego. 5. Wzmacniacz według zastrz. 4, znamienny tym, że zespół lustrzany (8) zawiera demultiplekser optyczny (9) dołączony włóknem wejściowym (10) do końcówki włókna aktywnego (6), z którego doprowadzone jest zmultipleksowane we wspólnym włóknie promieniowanie o długości fali przesyłanego sygnału i promieniowanie o długości fali pompowania, który to demultiplekser (9) ma dwa włókna wyjściowe (11 i 12), przy czym przez pierwsze włókno wyjściowe (11), wydzielone w demultiplekserze promieniowanie o długości fali przesyłanego sygnału, jest doprowadzone do włókna łącza telekomunikacyjnego (7), a przez drugie włókno wyjściowe (12), promieniowanie pompujące wydzielone w demultiplekserze jest doprowadzone do lustra (13) odbijającego przynajmniej promieniowanie o długości fali pompowania. 6. Wzmacniacz według zastrz. 5, znamienny tym, że zespół lustrzany (8) jest lustrem dichroicznym o współczynniku odbicia mniejszym niż -2 db dla długości fali przesyłanego sygnału, i większym niż -5 db dla długości fali promieniowania pompującego. 7. Wzmacniacz według zastrz. 5, znamienny tym, że demultiplekser (9) ma współczynnik wydzielenia promieniowania o długości fali przesyłanego sygnału i promieniowania o długości fali pompowania większy niż -10 db. * * * Przedmiotem wynalazku jest wzmacniacz optyczny z włóknem aktywnym, dla światłowodowych łączy telekomunikacyjnych, a zwłaszcza przed wzmacniacz o wysokiej sprawności, określonej stopniem wzmocnienia w stosunku do wejściowej mocy pompującej, przy niskiej zawartości szumu. W dziedzinie łączy telekomunikacyjnych wykorzystuje się włókno optyczne, do których wprowadza się modulowane sygnały świetlne. Takie systemy optyczne są szczególnie użyteczne ze względu na to, że włókna optyczne mogą transmitować sygnały na duże odległości, przy ograniczonym tłumieniu. W celu dalszego zwiększenia długości toru transmisyjnego wprowadza się wzmacniacze optyczne wyposażone w odcinek włókna aktywnego, do którego dostarcza się świetlną energię pompu-

3 jącą, o długości fali krótszej niż długość fali sygnału, która to energia pompująca wywołuje we włóknie aktywnym przemianę w stanie laserowej domieszek znajdujących się w tym włóknie. Występowanie sygnału o długości fali odpowiadającej emisji laserowej powoduje przejście atomów domieszki ze stanu emisji laserowej do stanu podstawowego, przy czym powstaje emisja światła o długości fali zgodnej z długością fali sygnału, a więc powodująca jego wzmocnienie. Na przykład z opisu patentowego US znane jest urządzenie laserowe z włóknem optycznym, które może również pracować jako wzmacniacz z włóknem optycznym. Urządzenie to zawiera optyczne włókno szklane z rdzeniem aktywnym domieszkowanym neodymem i lustro końcowe. Włókno domieszkowane neodymem jest cztero-poziomowym układem laserowania, który jest przezroczysty dla długości fali sygnału i nie absorbuje promieniowania o tej długości fali. We włóknie tego znanego urządzenia nie występuje problem poziomu mocy promieniowania, również gdy maleje promieniowanie pompujące. Współczynnik odbicia lustra końcowego tego znanego urządzenia pracującego jako wzmacniacz optyczny jest bardzo niski, co jest niekorzystne dla promieniowania pompującego. Ponadto, z opisu patentowego E P znany jest wzmacniacz optyczny z neodymowego kryształu Yag, którego wejście połączone jest ze sprzęgaczem optycznym łączącym wzmacniany sygnał optyczny z promieniowaniem pompującym. Wzmacniacze optyczne pozwalają na uzyskanie wzmocnienia sygnału we włóknie bez wykorzystywania urządzeń elektronicznych, które wymagają przekształcenia sygnału świetlnego w sygnał elektryczny, następnie jego wzmocnienia na drodze elektrycznej, i ponownej transformacji sygnału na sygnał optyczny, czyli wprowadzenia do łącza telekomunikacyjnego wszystkich ograniczeń właściwych urządzeniom elektronicznym, a zwłaszcza ograniczających częstotliwość transmisji. Dla swojego działania wzmacniacze optyczne wymagają źródła energii pompującej o określonej długości fali, niższej niż długość fali sygnału, który jest wprowadzony do włókna przez sprzęgacz dichroiczny lub multiplekser optyczny i która przepływając przez włókno ulega stopniowemu tłumieniu wzdłuż włókna, głównie przez transfer energii do domieszek, wzbudzonych do stanu emisji laserowej. Z tego powodu świetlna energia pompująca, decydująca o wzmocnieniu wzmacniacza, stopniowo zmniejsza się wzdłuż włókna. Tak więc wykorzystanie właściwości włókna aktywnego staje się coraz mniejsze ze wzrostem jego długości. Minimalna energia świetlna, jaka jest wymagana dla każdego odcinka włókna aktywnego dla uzyskania odpowiedniego stopnia wzmocnienia, jest określana jako energia progowa, powyżej której występuje zjawisko odwrócenia obsadzeń, co oznacza, że występuje wówczas wyższa liczba atomów znajdujących się w stanie emisji laserowej niż atomów znajdujących się w stanie podstawowym. Z tego powodu fotony świetlne mogą wywoływać przejście atom u ze stanu emisji laserowej do stanu podstawowego emisji świetlnej, przyczyniając się w ten sposób do wzmocnienia sygnału. Przeciwnie, kiedy energia świetlna jest mniejsza niż energia progowa, obsadzenie atomów jest wyższe w stanie podstawowym i fotony światła z dużym prawdopodobieństwem będą wywoływały ich przechodzenie do stanu wzbudzenia tak, że wystąpi osłabienie sygnału, zamiast jego wzmocnienia. Ponieważ występuje możliwość spontanicznego przechodzenia ze stanu wzbudzenia do stanu podstawowego z emisją świetlną, niezależną od sygnału, co określone jest jako szum, przy występowaniu małych wzmocnień, czy przy energii pompującej nieco większej niż energia progowa, wystąpi wysoki stosunek sygnału do szumu, który pogarsza jakość transmisji. W przypadku, gdy wielkość energii pompującej znajduje się blisko energii progowej, czyli w warunkach ograniczonego zjawiska odwrócenia obsadzeń, większa liczba atomów podlega spontanicznemu rozkładowi w porów naniu z liczbą atomów, w których stymulowana przem iana spowoduje zjawisko wzmocnienia. W rezultacie wystąpi pogorszenie stosunku sygnału do szumu. Biorąc pod uwagę to zjawisko, stosuje się włókna aktywne o długości znacznie krótszej od długości włókna odpow iadającej osiągnięciu energii progowej na jego końcu. W ten sposób, aczkolwiek pewna część energii pompującej nie jest wykorzystywana, co zmniejsza współczynnik wzmocnienia, ale dodatkowo, ponieważ ta energia przechodzi do włókna

4 przenoszącego sygnał za wzmacniaczem, może to spowodować szereg niedogodności, a szczególnie gdy opisywany wzmacniacz pełni funkcję przedwzmacniacza, czyli znajduje się na końcu łącza telekomunikacyjnego, dalej dołączonego już do elektronicznych urządzeń odbiorczych. Z tego powodu wynika konieczność opracowania wzmacniacza optycznego o obniżonym poziomie szumu, czyli posiadającego maksymalny stosunek sygnału wyjściowego do szumu i zdolnego do wyeliminowania niewykorzystanej energii pompującej na wyjściu wzmacniacza. Wzmacniacz optyczny z włóknem aktywnym według wynalazku, dołączony jest do włókna światłowodowego łącza telekomunikacyjnego i zawiera odcinek optyczny włókna aktywnego zawierający substancję posiadającą zdolność emisji laserowej. Do włókna aktywnego, z łącza doprowadzony jest przesyłany sygnał o określonej długości fali, oraz ze źródła promieniowania świetlnego doprowadzone jest absorbowane we włóknie aktywnym promieniowanie pompujące o długości fali mniejszej od długości fali przesyłanego sygnału. Wzmacniacz ten charakteryzuje się tym, że włókno aktywne ma długość odpowiadającą częściowej absorpcji bezpośrednio doprow a- dzonego promieniowania pompującego. Ponadto, końcówka włókna aktywnego połączona jest z selektywnym zespołem lustrzanym odbijającym promieniowanie o długości fali pompowania i przepuszczającym promieniowanie o długości fali przesyłanego sygnału. W korzystnym rozwiązaniu wzmacniacza, zespół lustrzany ma współczynnik odbicia we włóknie aktywnym mniejszy niż -40 db dla długości fali przesyłanego sygnału i większy niż -10 db dla długości fali promieniowania pompującego. Zespół lustrzany korzystnie zbudowany jest z elementów dyskretnych i zawiera lustro dichroiczne oraz dwa układy ogniskujące przesyłające promieniowanie z włókna aktywnego do lustra dichroicznego i odpowiednio, z lustra dichroicznego do włókna łącza telekomunikacyjnego. Korzystnym rozwiązaniem jest, jeśli zespół lustrzany zawiera przynajmniej jeden m onolityczny odcinek włókna optycznego. Taki zespół lustrzany wzmacniacza zawiera demultiplekser optyczny dołączony włóknem wejściowym do końcówki włókna aktywnego, z którego doprow a- dzone jest zmultipleksowane we wspólnym włóknie promieniowanie o długości fali przesyłanego sygnału i promieniowanie o długości fali pompowania, przy czym demultiplekser ma dwa włókna wyjściowe. Przez pierwsze włókno wyjściowe wydzielone w demultiplekserze promieniowanie o długości fali przesyłanego sygnału jest doprowadzone do włókna łącza telekomunikacyjnego, a przez drugie włókno wyjściowe promieniowanie pompujące wydzielone w demultiplekserze jest doprowadzone do lustra odbijającego przynajmniej promieniowanie o długości fali pompowania. Zespół lustrzany wzmacniacza jest korzystnie lustrem dichroicznym o współczynniku odbicia mniejszym niż -2 db dla długości fali przesyłanego sygnału, i większym niż -5 db dla długości fali promieniowania pompującego. Ponadto, demultiplekser ma współczynnik wydzielenia promieniowania o długości fali przesyłanego sygnału i promieniowania o długości fali pompowania większy niż -10 db. Zgodnie z wynalazkiem, uzyskano wzmacniacz optyczny z włóknem aktywnym charakteryzujący się wysoką sprawnością w odniesieniu do wprowadzanej energii pompującej i zdolny do maksymalnego wykorzystania włókna aktywnego. Jednocześnie, na całej długości włókna aktywnego utrzymuje się stały poziom energii pompującej, a ponadto promieniowanie pompujące nie wychodzi poza włókno aktywne. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat znanego wzmacniacza optycznego, fig. 2 - wykres zmienności energii pompującej odpowiadającego jej wzmocnienia, w funkcji długości włókna wzmacniacza z fig. 1, fig. 3 - schemat wzmacniacza optycznego według wynalazku, zawierającego zespół lustrzany, fig. 4 -schemat korzystnego przykładu wzmacniacza z fig. 3, a fig. 5 - przedstawia wykres zmienności energii pompującej i odpowiadającego jej wzmocnienia, w funkcji długości włókna aktywnego wzmacniacza z fig. 3. Na figurze 1 przedstawiono schematycznie budowę wzmacniacza optycznego z włóknem aktywnym. Włóknem światłowodowym łącza transmisyjnego jest przesyłany sygnał St o określonej długości fali s. Ponieważ wspomniany sygnał ulega tłumieniu po przebyciu określonej długości włókna 1, dla wzmocnienia jest on doprowadzony do sprzęgacza dichroicznego 2, lub multipleksera optycznego o znanej konstrukcji, gdzie jest kojarzony ze świetlną energią pompującą Lp o innej określonej długości fali p. Energia jest generowana przez laser pompujący 3 i przesyłana na

5 wejście sprzęgacza 2 poprzez odpowiednie włókno światłowodowe 4. Obie fale świetlne przechodzą przez wspólne włókno 5 i przechodzą ze sprzęgacza dichroicznego 2 do włókna aktywnego 6. We włóknie aktywnym 6 przy obecności świetlnej energii pompującej powstaje wymuszona emisja świetlna przy długości fali s, a więc następuje wzmacnianie sygnału St. Przesyłany sygnał jest następnie doprowadzony do włókna łącza telekomunikacyjnego 7, którym jest przesyłany do miejsca przeznaczenia, czyli do następnego odcinka kabla światłowodowego, lub do urządzeń odbiorczych stacji końcowej. Wzmacniacz taki jest określony jako wzmacniacz liniowy, a jednocześnie wzmacniacz taki stanowić może przedwzmacniacz, który jest urządzeniem przystosowanym do podnoszenia poziomu sygnału optycznego na końcu łącza przesyłowego, przed jego przetworzeniem na sygnał elektryczny. Jak przedstawiono na fig. 2, świetlna energia pompująca P maleje wzdłuż długości włókna 1 i to wprost proporcjonalnie do tej długości, zaczynając od wartości początkowej P,. Ponieważ energia jest absorbowana przez włókno, zawarte w nim domieszki zostają wprowadzane w stan emisji laserowej. Po przejściu odcinka es włókna aktywnego, energia pompująca osiąga wartość nasycenia Ps, przy której to wartości rozkład energii we włóknie jest tego rodzaju, że nie powoduje już wzmocnienia przesyłanego sygnału, lecz odwrotnie, następuje tłumienie tego sygnału wywołane zjawiskiem przechodzenia substancji aktywnych w stan wzbudzenia, ze szkodą dla energii świetlnej sygnału. Ilościowy przyrost współczynnika wzmocnienia G w zależności od długości włókna aktywnego przedstawiono na fig. 2. Jak widać na wykresie, dla długości włókna bliskiej długości nasycenia es, współczynnik wzmocnienia wykazuje bardzo mały przyrost, do osiągnięcia wartości Gmax, natomiast dla długości w łókna większych niż es występuje spadek wzmocnienia. Dla celów praktycznych stosuje się więc długość włókna eu mniejszą od es, tak aby uzyskać wystarczający współczynnik wzmocnienia Gu sygnału przy minimum szumu wywołanego przez spontaniczne przechodzenie atomów domieszek ze stanu emisji laserowej do stanu podstawowego. Szum w rzeczywistości jest proporcjonalny do obsadzenia atom ów znajdujących się na górnym poziomie emisji laserowej i zmniejsza się wolniej niż współczynnik wzmocnienia wzdłuż włókna, w miarę zmniejszania się energii pompującej. Jak to pokazano na wykresie z fig. 2, we włóknie aktywnym maksymalna energia pompująca P, określająca maksymalny osiągalny współczynnik wzmocnienia na jednostkę długości włókna występuje tylko w początkowej części włókna. Dalej energia pompująca ma coraz to mniejszą wartość, co prowadzi do ograniczonego wykorzystania dyspozycyjnej długości włókna aktywnego dla celów wzmocnienia sygnału, co przedstawia wykres wzmocnienia na fig. 2. W przypadku przedwzm acniacza, czyli wzmacniacza umieszczonego na końcu łącza optycznego, gdzie zaraz za tym wzmacniaczem znajduje się zespół przetwarzający sygnał optyczny na sygnał elektryczny, możliwe jest osiągnięcie znacznego zwiększenia czułości odbioru, gdy szum przedwzmacniacza jest niższy niż szum urządzenia odbiorczego. Ponieważ szum wzmacniacza jest proporcjonalny do jego wzmocnienia, występuje współczynnik wzmocnienia, dla którego te dwie składowe szumu są takie same. Jest to maksymalna wartość współczynnika wzmocnienia przedwzmacniacza, jaka może być zastosowana, aby podnieść czułość odbioru. Dobór większych współczynników wzmocnienia przedwzmacniaczy może być korzystny z innych powodów, na przykład dla możliwości zastosowania mniej kosztownych urządzeń odbiorczych za wzmacniaczem, bez znacznego obniżenia czułości odbioru. W przypadku gdy wzmacniacze optyczne są używane w charakterze przedwzmacniaczy, to dobiera się długość włókna umożliwiającą dostarczenie energii pompującej P na końcu tego włókna, która spowoduje ogólne wzmocnienie tego samego rzędu, co wzrost czułości odbioru. Rozwiązanie według wynalazku, przedstawione na fig. 3, zawiera sprzęgacz dichroiczny 2, laser pompujący 3 i włókno aktywne 6, selektywny (lub dichroiczny) zespół lustrzany 8, który znajduje się za włóknem aktywnym 6. Zespół ten odbija energię pompującą o długości fali p, a umożliwia przejście przesyłanego sygnału o długości fali s. Do wyjścia zespołu lustrzanego 8 jest dołączone włókno łącza 7 przenoszące wzmocniony sygnał do miejsca jego odbioru.

6 Zespół lustrzany 8, jak pokazano na fig. 5, odbija resztkową energię pompującą Pr występującą na końcu odcinka lp włókna aktywnego 6 ponownie do tego włókna tak, że energia odbita Prif jest dodawana do energii pompującej Pdir, bezpośrednio generowanej przez laser 3. W ten sposób zwiększa ona wartość energii pompującej we włóknie aktywnym tak, że ma ona wartość prawie stałą, lub lekko spadającą wzdłuż całego włókna aktywnego, co wskazuje linia przerywana Ptot na fig. 5 rysunku. W ten sposób możliwe jest utrzymanie na całej długości włókna aktywnego zjawiska odwrócenia obsadzeń atomów domieszki, co powoduje wzmocnienia, przy czym szum generowany przez wzmacniacz pozostaje na tym samym poziomie. Zespół lustrzany 8 jest korzystnie wykonany w technice mikrooptycznej, przez utworzenie lustra selektywnego ukształtowanego ze specjalnie obrobionej płytki odbijającej tylko energię pom pującą o określonej długości fali, wyposażonego w soczewki ogniskujące, lub podobne elementy przystosowane do przeprowadzenia światła z włókna optycznego do lustra i z lustra z powrotem do włókna optycznego przy długości fali odbitej, oraz do włókna łącza za lustrem, przy długości fali transmisji. Alternatywnie, jest możliwe wykonanie lustra w formie monolitycznej, wykorzystując sam materiał włókna przesyłowego, lub kilku włókien, co przynosi korzyści z punktu widzenia większej stabilności zespołu. Zgodnie z zalecanym rozwiązaniem według wynalazku, przedstawionym na fig. 4, zespół lustrzany 8 składa się z drugiego sprzęgacza dichroicznego 9, korzystnie demultipleksera optycznego, mającego włókno wejściowe 10 i dwa włókna wyjściowe 11 i 12, na które rozdzielone zostają sygnał przesyłany i energia pompująca. D o pierwszego włókna wyjściowego 11 demultipleksera jest dołączone włókno łącza przesyłowego 7, umieszczone za wzmacniaczem, natomiast na końcu drugiego włókna wyjściowego 12 umieszczone jest lustro 13. Jak wiadomo, demultiplekser jest elementem optycznym przystosowanym do odbioru złożonego sygnału optycznego o dwóch różnych długościach fali, przez wspólne włókno wejściowe i emitującym wydzielone długości fali dwoma oddzielnymi włóknami wyjściowymi. Rzeczywisty demultiplekser optyczny lub urządzenie rozdzielające, tak samo jak multiplekser, lub sprzęgacz dichroiczny, wykazuje tylko pewien stopień rozdzielenia wyjściowych długości fal, a więc tylko niewielka część przesyłanego sygnału może być wykryta we włóknie 12 stanowiącym odgałęzienie demultipleksera. Sygnał ten, po odbiciu przez lustro 13 jest niepożądany w łączu przesyłowym i włóknie optycznym, ponieważ zostałby wzmocniony i mógłby wywołać zjawisko interferencji z przesyłanym sygnałem. Ponieważ wejście demultipleksera pow inno wykazywać niską rozdzielczość dla różnych długości fal, mniejszą, od 20 db, zastosowano lustro 13 typu dichroicznego o niskim współczynniku odbicia sygnału, korzystnie mniejszym niż -20 db tak, że zespół lustrzany 8 zastosowany w tym przykładzie z demultiplekserem 9 i dichroicznym lustrem 13 łącznie, posiada rozdzielczość w każdym przypadku większą niż 40 db dla długości fali sygnału St. Należy podkreślić, że światło o długości fali sygnału St przechodzi dwukrotnie przez demultilekser, przed i po odbiciu, dlatego rozdzielczość demultipleksera działa dwukrotnie na obniżenie energii świetlnej o długości fali sygnału odbitego od lustra i skierowanego do włókna aktywnego 6, a w rezultacie i do łącza przesyłowego. Demultiplekser powinien mieć rozdzielczość większą od 20 db, aby skutecznie eliminował występowanie szumów odbiciowych w zakresie długości fali sygnału przesyłanego łączem. Dlatego lustro 13 odbija wszystkie zastosowane długości fali. Korzystnie, lustro 13 uzyskane jest przez pokrycie galwaniczne końcówki włókna 12, uciętej przez rozszczepienie, lub inną dostępną technologią przystosowaną do utworzenia na końcu włókna 12 powierzchni odbijającej lub obszaru odznaczającego się takimi właściwościami. Konstrukcja wzmacniacza przedstawionego na fig. 4 jest szczególnie dogodna, ponieważ utworzony jest on całkowicie z włókien optycznych i dlatego charakteryzuje się wysoką wytrzymałością, a ponadto nie wpływają na niego niekorzystnie ani czas, ani wibracje i odkształcenia, na co byłoby narażone zminiaturyzowane urządzenie odbijające. Połączenie charakterystyki rozdzielczej demultipleksera i selektywnej charakterystyki odbicia lustra dichroicznego gwarantuje dużą swobodę w doborze elementów dla osiągnięcia najkorzystniejszych rezultatów w konkretnych przy-

7 padkach zastosowań, na przykład dających maksymalny współczynnik odbicia dla długości fali energii pompującej, przy minimalnym odbiciu dla długości fali przesyłanego sygnału. Przeprowadzono badania porównawcze dla wzmacniacza według wynalazku zbudowanego według schematu przedstawionego na fig. 4 oraz dla wzmacniacza bez członu odbijającego przedstawionego na fig. 1. W obu przykładach zastosowano łącze przesyłowe sygnału o długości fali 1536 nm, i pom pującą diodę laserową 3 o mocy 10 mw i długości fali 980 nm. Zastosowany został optyczny multiplekser na zakres fal 980 do 1536 nm, lub sprzęgacz dichroiczny 2, przy 90% sprzężeniu dla długości fali 980 nm i rozdzielczości 15dB. W obu testach użyto włókno aktywne 6 Si/G e typu stepindex domieszkowanego jonami erbu Er3+. We wzmacniaczu według fig. 1 zastosowano włókno aktywne o długości 9m, natomiast we wzmacniaczu według fig. 3 zastosowano włókno aktywne o długości 7 m. We wzmacniaczu według fig. 4 demultiplekser 9 na zakres fal o długości 980 do 1536 nm miał sprzężenie 90% dla długości fali 980 nm i 1536nm. Występowała rozdzielczość 30 db w obu gałęziach wyjściowych. Lustro 13 uzyskano przez pokrycie złotem końcówki włókna demultipleksera 11. W układzie wzmacniacza przedstawionego na fig. 1, z włóknem aktywnym o długości 9 m, uzyskano wzmocnienie 20 db, przy współczynniku szumu określonym jako (S/N), (S/N )o, wynoszącym 5 db. We wzmacniaczu według wynalazku, przedstawionym na fig. 3, z włóknem aktywnym o długości 7 m, uzyskano takie samo wzmocnienie 20 db, przy współczynniku szumu określanym jako (S/N), (S/N)o, wynoszącym 3 db, co oznacza zmniejszenie współczynnika szumu o 2,0 db. W ten sposób osiągnięto znaczną poprawę jakości przesyłanego sygnału, poprzez zmniejszenie szumu wprowadzanego do łącza przesyłowego przez wzmacniacz według wynalazku. Ponadto, obecność demultipleksera 9 pozwala na wyeliminowanie z łącza 7 energii o długości fali pompującej, co pozwala na eliminację filtrów, lub innych podobnych urządzeń. Wzmacniacz według wynalazku zapewnia większą skuteczność odbioru stacji końcowej, bez zwiększenia energii pompującej wzmacniacza, co powodowałoby konieczność zastosowania diod laserowych o większej wydajności lub stosowania układu z dwoma połączonymi diodami. Pierwszy wspomniany układ nie zawsze jest wykonalny i odznacza się wyższymi kosztami, a drugi z układów jest w większym stopniu narażony na uszkodzenia i zniszczenie. Przy zastosowaniu wzmacniacza według wynalazku, w zależności od konkretnych warunków, uzyskuje się albo poprawę współczynnika szumu przesyłanego sygnału przy tej samej mocy, albo większy współczynnik wzmocnienia przy zastosowaniu takiej samej energii pompującej, albo bez zmiany osiągniętego współczynnika wzmocnienia można użyć źródło energii pompującej o mniejszej mocy. Wzmacniacze o przedstawionej konstrukcji stosuje się nie tylko jako przedwzmacniacze, ale także jako wzmacniacze liniowe i podobne urządzenia, w których korzystnym jest osiągnięcie wysokiego poziomu energii pompującej wzdłuż całej długości zastosowanego włókna światłowodowego.

8

9 Fig. 2 Fig. 5

10 Fig. 1 Fig. 3 Fig. 4 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena zł