R Z E C Z PO SPO L IT A PO LSKA (12) O P I S P A T E N T O W Y (19) P L (11) 1 7 7 5 6 6 (13) B 1 U rząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 331770 ( 2 2) Data zgłoszenia: 12.04.1995 (51) Int.Cl.6: G02B 6/10 H04B 10/12 (54) Aktywne włókno optyczne (30) Pierwszeństwo: 14.04.1994,IT,MI94A000712 (73) Uprawniony z patentu: PIRELLI CAVI S.p.A., Mediolan, IT (62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie: 308104 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 16.10.1995 BUP 21/95 (72) Twórcy wynalazku: Fausto Meli, Piacenza, IT Giacomo S. Roba, Cogoleto, IT (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.12.1999 WUP 12/99 (74) Pełnomocnik: Ludwicka Izabella, PATPOL Spółka z o.o. PL 1 7 7 5 6 6 B 1 (57) 1. Aktywne włókno optyczne, zwłaszcza do telekomunikacyjnych wzmacniaczy optycznych, które ma aperturę liczbową większą niż 0,15 i rdzeń domieszkowany erbem jako główną domieszką fluorescencyjną znamienne tym, że rdzeń dodatkowo zawiera aluminium, german i lantan jako dodatkowe domieszki. 2. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera domieszki tak dobrane w relacji funkcjonalnej między sobą że krzywa emisji włókna aktywnego w pasmie długości fal 1530 do 1560 nm, w obecności świetlnej energii pompującej dostarczanej do tego włókna, jest wolna od obniżeń o wartości większej niż 1 db względem wartości emisji w przynajmniej jednej przylegającej strefie we wspomnianym pasmie przenoszenia.
Aktywne włókno optyczne Zastrzeżenia patentowe 1. Aktywne włókno optyczne, zwłaszcza do telekomunikacyjnych wzmacniaczy optycznych, które ma aperturę liczbową większą niż 0,15 i rdzeń domieszkowany erbem jako główną domieszką fluorescencyjną, znamienne tym, że rdzeń dodatkowo zawiera aluminium, german i lantan jako dodatkowe domieszki. 2. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera domieszki tak dobrane w relacji funkcjonalnej między sobą, że krzywa emisji włókna aktywnego w pasmie długości fal 1530 do 1560 nm, w obecności świetlnej energii pompującej dostarczanej do tego włókna, jest wolna od obniżeń o wartości większej niż 1 db względem wartości emisji w przynajmniej jednej przylegającej strefie we wspomnianym pasmie przenoszenia. 3. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 2, znamienne tym, że obniżenia krzywej emisji są nie większe niż 0,5 db względem wartości emisji w przynajmniej jednej z przylegających stref we wspomnianym pasmie. 4. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 1, znamienne tym, że główna domieszka fluorescencyjna jest włączona do włókna w postaci tlenu. 5. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 1, znamienne tym, że domieszki dodatkowe są włączone do włókna w postaci odpowiednich tlenków. 6. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 5, znamienne tym, że molowe stężenie lantanu, wyrażonego jako tlenek w rdzeniu włókna, jest wyższe niż 0,1%. 7. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 6, znamienne tym, że molowe stężenie lantanu, wyrażonego jako tlenek w rdzeniu włókna, jest wyższe lub równe 0,2%. 8. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 5, znamienne tym, że molowe stężenie germanu, wyrażonego jako tlenek w rdzeniu włókna, jest wyższe niż 5% molowych. 9. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 8, znamienne tym, że stosunek stężeń molowych lantanu i germanu, wyrażonych jako tlenki w rdzeniu włókna, jest zawarty między 10 a 100. 10. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 9, znamienne tym, że stosunek stężeń molowych lantanu i germanu, wyrażonych jako tlenki w rdzeniu włókna, wynosi około 50. 11. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 5, znamienne tym, że molowe stężenie glinu, wyrażonego jako tlenek w rdzeniu włókna, jest wyższe niż 1%. 12. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 11, znamienne tym, że molowe stężenie glinu, wyrażonego jako tlenek w rdzeniu włókna, jest wyższe niż 2%. 13. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 4, znamienne tym, że molowe stężenie erbu, wyrażonego jako tlenek w rdzeniu włókna, mieści się w przedziale 20 do 5000 ppm. 14. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 13, znamienne tym, że molowe stężenie erbu, wyrażonego jako tlenek w rdzeniu włókna, mieści się w przedziale 100 do 1000 ppm. 15. Aktywne włókno optyczne według zastrz. 1, znamienne tym, że apertura liczbowa włókna jest większa niż 0,18. 16. Aktywne włókno optyczne, zwłaszcza do telekomunikacyjnych wzmacniaczy optycznych, które ma aperturę liczbową większą niż 0,15 i rdzeń domieszkowany erbem jako główną domieszką fluorescencyjną i przynajmniej lantanem jako domieszką dodatkową znamienne tym, że domieszki znajdują się w takiej wzajemnej funkcjonalnej zależności, że krzywa emisji włókna aktywnego w pasmie długości fal 1530 do 1560 nm, w obecności świetlnej energii pompującej dostarczanej do tego włókna, jest wolna od obniżeń o wartości większej niż 1 db względem wartości emisji w przynajmniej jednej przylegającej strefie we wspomnianym pasmie przenoszenia. * * *
177 566 3 Przedmiotem wynalazku jest aktywne włókno optyczne, stosowane w systemie telekomunikacyjnym ze wzmacniaczem, do przesyłania sygnału multipleksowego z podziałem długości fal. Sposób przesyłania sygnału multipleksowego z podziałem długości fal określany jest w skrócie jako transmisja WDM (Wavelength-Division Multiplexing). W przypadku transmisji WDM wymaga się przesłania wielu kanałów lub wielu niezależnych od siebie sygnałów po tej samej linii światłowodowej, z wykorzystaniem multipleksowania częstotliwości w zakresie fal widzialnych. Kanały transmisji mogą dotyczyć zarówno sygnałów cyfrowych jak i analogowych, różnią się przy tym miedzy sobą, ponieważ każdy z nich jest skojarzony z określoną częstotliwością. W tym rodzaju transmisji wszystkie kanały muszą być sobie równoważne, to znaczy żaden z nich nie może być bardziej lub mniej uprzywilejowany od innych pod względem poziomu sygnału lub jakości. W przypadku wzmacniaczy, w szczególności wzmacniaczy optycznych, wymagane są ich identyczne właściwości dynamiczne dla wszystkich kanałów. Ponadto, dla zapewnienia przesyłania dużej liczby kanałów, ich pasmo musi być szerokie. Wzmacniacze optyczne są oparte na właściwościach substancji domieszkowych, charakteryzujących się widmem fluorescencyjnym, w szczególności na właściwościach erbu wprowadzanego jako domieszka do rdzenia włókna światłowodu. Właśnie erb wzbudzony energetycznie za pomocą światła do pasma pompowania wykazuje silną emisję w zakresie fal o długości odpowiadającej minimalnemu tłumieniu włókien optycznych o bazie krzemowej. Kiedy przez włókno domieszkowane erbem, i w którym erb jest utrzymywany w stanie wzbudzonym, przepływa sygnał świetlny o długości fali odpowiadającej wspomnianej silnej emisji, wywołuje on przejście wzbudzonych atomów erbu na niższy poziom energetyczny i emisję światła o długości fali tego sygnału świetlnego. Dzięki temu uzyskuje się wzmocnienie sygnału świetlnego. Począwszy od stanu wzbudzenia, przejście energetyczne atomów erbu odbywa się również spontanicznie, przez co ma miejsce emisja przypadkowa, wytwarzająca szum tła pokrywający się z emisją wymuszoną, odpowiadającą sygnałowi wzmocnionemu. Emisja światła wytwarzanego z dopływającej energii świetlnej odpowiadającej pasmu pompowania włókna aktywnego lub domieszkowanego może występować na wielu długościach fali, charakterystycznych dla substancji domieszkowych. Można więc mówić o widmie fluorescencyjnym włókna. W celu uzyskania we włóknie wyżej omawianego typu największego wzmocnienia i dużego stosunku sygnału do szumu, korzystnego z punktu widzenia odbioru sygnału, w telekomunikacji światłowodowej do wytworzenia sygnału użytecznego stosuje się zwykle emitery laserowe o długości fali leżącej w pasmie odpowiadającym maksimum na charakterystyce widma fluorescencyjnego włókna, zawierającego substancje domieszkowe lub o długości fali samego szczytu emisyjnego. Z drugiej strony, włókna domieszkowane erbem mają widmo emisyjne zawierające szczyt o ograniczonej szerokości, a jego parametry zmieniają się zależnie od materiału włókna podlegającemu domieszkowaniu erbem. Wewnątrz interesującego zakresu długości fal, włókna te charakteryzują się silnym widmem w obszarze przyległym do szczytu emisyjnego. Dzięki temu staje się możliwe użycie wzmacniaczy optycznych do wzmocnienia sygnałów w szerokim pasmie. Jednakże znane włókna domieszkowane erbem nie mają stałej charakterystyki widma emisyjnego. Ten nierówny przebieg charakterystyki warunkuje możliwość uzyskania jednakowego wzmocnienia w całym wybranym pasmie. W celu uzyskania rzeczywiście płaskiej krzywej wzmocnienia, co oznacza że wzmocnienie dla różnych długości fal jest tak stałe jak tylko jest to możliwe, przy eliminacji źródeł szumu wynikających z emisji spontanicznej, mogą być użyte elementy filtrujące, takie, jak opisane na przykład w opisach patentowych EP 0426, 222, EP 0441 211, EP 0417 441. Jednak w tych opisach patentowych nie jest opisane zachowanie się wzmacniaczy w warunkach multipleksowania sygnałów z podziałem długości fal, ponadto w analizie ich
4 177 566 zachowania nie został wzięty pod uwagę fakt kaskadowego połączenia ze sobą wielu wzmacniaczy. Charakterystyka widma emisyjnego w sposób istotny zależy od domieszek wprowadzonych do rdzenia światłowodu, w celu zwiększenia współczynnika załamania. Na przykład przedstawiono to w opisie patentowym US 5 282 079, z czego wynika, że widmo fluorescencyjne włókna domieszkowanego aluminium i erbem ma mniej wyraźny pik niż widmo włókna domieszkowanego germanem i erbem, jest przy tym przesunięte w kierunku niższych długości fal (maksimum występuje przy długości fali około 1532 nm). Włókno to ma aperturę liczbową - NA (rozwartość optyczną liczbową) 0,15. W publikacji ECOC z 93 roku, ThC 12.1, na stronach 1-4, opisano włókno na wzmacniacz optyczny domieszkowane aluminium (A1) i lantanem (La), mające bardzo słabą reakcję na wodór. Opisane tam włókno domieszkowane jonami Al ma aperturę liczbową 0,16, zaś włókno domieszkowane A1-La ma aperturę liczbową 0.30. W publikacji ECOC z 93 roku, Tu4, na stronach 181-184, opisano wzmacniacz optyczny zawierający włókno domieszkowane erbem. Omówiono eksperymenty przeprowadzone z włóknami, których rdzenie były domieszkowane aluminium, aluminium/germanem i lantanem/aluminium. Najlepsze rezultaty osiągnięto z włóknami domieszkowanymi jednocześnie aluminium/lantanem. W numerze 12 Electronics Letters z 6 czerwca 1991, vol. 27, na stronach 1065-1067, wskazano na fakt, że we wzmacniaczach optycznych zawierających włókno domieszkowane erbem i jednocześnie domieszkowane aluminium jest możliwe uzyskanie wyższej i bardziej płaskiej charakterystyki. W artykule zostały też opisane wzmacniacze zawierające włókno domieszkowane aluminium, germanem oraz erbem i porównane ze wzmacniaczami zawierającymi włókno domieszkowane lantanem, germanem i erbem. Stwierdzono, że największe spłaszczenie charakterystyki wzmocnienia uzyskuje się w pierwszym przypadku. W publikacji ECOC z 91 roku, TuPS1-3, na stronach 285-288, opisane jest włókno Al2O3-SiO2 domieszkowane erbem i lantanem, dla uzyskania wyższego współczynnika załamania i ograniczenia tworzenia się skupisk zawierających jony erbu. Stwierdza się, że widma fluorescencyjne i absorpcyjne włókien z domieszkami Er/La są bardzo podobne do widm włókien Al2O3-SiO2 domieszkowanych erbem. Została uzyskana apertura liczbowa (NA) 0.31 i koncentracja erbu 23-1018 cm-3. W materiałach Post- Deadline Papers (pozaterminowych) ECOC z 89 roku, PDA-8, na stronach 33-36, w numerze z 10-14 września 1989 opisano doświadczenie z dwunastoma wzmacniaczami optycznymi połączonymi kaskadowo, zawierającymi włókno domieszkowane erbem. Użyty został pojedynczy sygnał o długości fali 1536 nm. Stwierdzono, że dla stabilnej pracy wymagane jest utrzymywanie stałej długości fali z dokładnością rzędu 0,01 nm, z powodu silnej zależności współczynnika błędu transmisji (BER) od zmian długości fali. W opisie patentowym US 5 117 303 jest omówiony światłowodowy system transmisji zawierający zblokowane wzmacniacze optyczne, które oparte o przedstawione obliczenia, pracując w warunkach nasycenia, dają wysoki współczynnik sygnału do szumu. Opisane wzmacniacze zawierają włókna Al2O3-SiO2 domieszkowane erbem. Jest też w nich przewidziane użycie filtrów. Obliczoną jakość osiąga się przy jednej długości fali. Nie można osiągnąć tej samej jakości przy zasilaniu układu sygnałem o szerokim zakresie długości fal. Aktywne włókno optyczne, zwłaszcza do telekomunikacyjnych wzmacniaczy optycznych, które ma aperturę liczbową większą niż 0,15 i rdzeń domieszkowany erbem jako główną domieszką fluorescencyjną, według wynalazku wyróżnia się tym, że rdzeń dodatkowo zawiera aluminium, german i lantan jako dodatkowe domieszki. Domieszki są korzystnie tak dobrane w relacji funkcjonalnej między sobą, że krzywa emisji włókna aktywnego w pasmie długości fal 1530 do 1560 nm, w obecności świetlnej energii pompującej dostarczanej do tego włókna, jest wolna od obniżeń o wartości większej niż 1 db względem wartości emisji w przynajmniej jednej przylegającej strefie we wspomnianym pasmie przenoszenia. Obniżenia krzywej emisji korzystnie są nie większe niż 0,5 db względem wartości emisji w przynajmniej jednej z przylegających stref we wspomnianym pasmie.
177 566 5 Główna domieszka fluorescencyjna korzystnie jest włączona do włókna w postaci tlenu. Domieszki dodatkowe korzystnie są włączone do włókna w postaci odpowiednich tlenków. Molowe stężenie lantanu, wyrażonego jako tlenek w rdzeniu włókna, korzystnie jest wyższe niż 0,1%, bardziej korzystnie wyższe lub równe 0,2 %. Molowe stężenie germanu, wyrażonego jako tlenek w rdzeniu włókna, korzystnie jest wyższe niż 5% molowych. Stosunek stężeń molowych lantanu i germanu, wyrażonych jako tlenki w rdzeniu włókna, korzystnie jest zawarty między 10 a 100, korzystniej wynosi około 50. Molowe stężenie glinu, wyrażonego jako tlenek w rdzeniu włókna, jest korzystnie wyższe niż 1%, bardziej korzystnie wyższe niż 2%. Molowe stężenie erbu, wyrażonego jako tlenek w rdzeniu włókna, korzystnie mieści się w przedziale 20 do 5000 ppm, korzystniej w przedziale 100 do 1000 ppm. Apertura liczbowa włókna, korzystnie jest większa niż 0,18. Aktywne włókno optyczne, zwłaszcza do telekomunikacyjnych wzmacniaczy optycznych, które ma aperturę liczbową większą niż 0,15 i rdzeń domieszkowany erbem jako główną domieszką fluorescencyjną i przynajmniej lantanem jako domieszką dodatkową, według wynalazku wyróżnia się tym, że domieszki znajdują się w takiej wzajemnej funkcjonalnej zależności, że krzywa emisji włókna aktywnego w pasmie długości fal 1530 do 1560 nm, w obecności świetlnej energii pompującej dostarczanej do tego włókna, jest wolna od obniżeń o wartości większej niż 1 db względem wartości emisji w przynajmniej jednej przylegającej strefie we wspomnianym pasmie przenoszenia. Według niniejszego wynalazku stwierdzono, że szczególna kombinacja substancji domieszkowych, znajdujących się w rdzeniu włókna aktywnego pozwala wykonać włókno charakteryzujące się wysoką aperturą liczbową i widmem emisyjnym, którego cechy umożliwiają realizację wzmacniaczy optycznych. Wzmacniacze te zastosowane w systemach stosujących multipleksowanie z podziałem długości fal dają jednakowe odpowiedzi na różnych długościach fal w przewidywanym pasmie fal. Włókno aktywne charakteryzuje się przy tym krzywą emisji wykazującą strefę wysokiej emisji w zakresie fal zawierającym określone wcześniej pasmo długości fal, wewnątrz którego ma miejsce obniżenie emisji względem stref przylegających. Poprawa właściwości włókna wyraża się eliminacją lub zmniejszeniem obniżenia krzywej emisji przez wybór rodzaju oraz ilości substancji domieszkowych we włóknie aktywnym. Rozwiązanie według wynalazku w przykładach wykonania jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat wzmacniacza, fig. 2 - schemat wzmacniacza z filtrem okienkowym, fig. 3 - schemat układu doświadczalnego do wyznaczania wykresów widma emisji dla różnych typów światłowodów, fig. 4 - wykresy widma emisji dla różnych typów włókien aktywnych, wyznaczone przy zastosowaniu układu doświadczalnego przedstawionego na fig. 3, fig. 5 - charakterystyki wzmocnienia wzmacniacza pokazanego na fig. 1 dla sygnałów o różnych długościach fal i dwóch różnych poziomów mocy na wejściu, wyznaczone dla włókna według wynalazku, fig. 6 - charakterystyki wzmocnienia wzmacniacza pokazanego na fig. 2 dla sygnałów o różnych długościach fal i trzech różnych poziomów mocy na wejściu, wyznaczone dla włókna według wynalazku, fig. 7 - charakterystyki wzmocnienia wzmacniacza pokazanego na fig. 2 dla sygnałów o różnych długościach fal i trzech różnych poziomów mocy na wejściu, wyznaczone dla znanego włókna, fig. 8 - schemat układu doświadczalnej transmisji, w której występowało wiele wzmacniaczy połączonych kaskadowo i dwa sygnały o różnych długościach fal multipleksowane na tym samym łączu z podziałem długości fal, fig. 9 - wykres BER (wskaźnika błędu bitów) wyznaczony podczas doświadczenia przeprowadzonego według schematu pokazanego na fig. 8 z użyciem różnych wzmacniaczy, fig. 10 - schemat układu doświadczalnej transmisji, w której występowało wiele wzmacniaczy połączonych kaskadowo i cztery sygnały o różnych długościach fal multipleksowane na tym samym łączu z podziałem długości fal, fig. 11 - poziomy mocy sygnału na wejściu pierwszego stopnia wzmocnienia w czasie doświadczenia przeprowadzanego według fig. 10, z użyciem wzmacniaczy według wynalazku, fig. 12 - poziomy mocy sygnału na wejściu drugiego stopnia wzmocnienia w czasie doświadczenia przeprowadzanego według fig. 10, fig. 13
6 177 566 - poziomy mocy sygnału na wejściu trzeciego stopnia wzmocnienia w czasie doświadczenia przeprowadzanego według fig. 10, fig. 14 - poziomy mocy sygnału na wejściu czwartego stopnia wzmocnienia w czasie doświadczenia przeprowadzanego według fig. 10, fig. 15 - poziomy mocy sygnału na wejściu przedwzmacniacza w czasie doświadczenia przeprowadzanego według fig. 10, a fig. 16 przedstawia poziomy mocy sygnału na wejściu przedwzmacniacza w czasie doświadczenia przeprowadzanego według fig. 10, z użyciem wzmacniaczy znanego typu. Na figurze 1 wzmacniacz stanowiący wzmacniacz łącza, zawiera jedno włókno aktywne 1 domieszkowane erbem i specjalny laser pompujący 2 dołączony do niego za pomocą złącza dichroicznego 3. Jeden izolator optyczny 4 jest skierowany do włókna 1, w kierunku przejścia wzmacnianego sygnału, zaś drugi izolator optyczny 5 jest skierowany do dalszych odcinków tego włókna aktywnego. Jest korzystne, choć nie jest konieczne, aby złącze dichroiczne 3 było umieszczone (tak jak pokazano) z prądem włókna aktywnego 1, tak aby dostarczało energię pompującą w przeciwprądzie do sygnału. Dalszy wzmacniacz zawiera drugie włókno aktywne 6 domieszkowane erbem, skojarzone ze specjalnym laserem pompującym 7 dołączonym za pomocą złącza dichroicznego 8, połączonego w przedstawianym przykładzie również przeciwprądowo. Z tego powodu dalszy izolator optyczny 9 jest zorientowany z prądem włókna 6. Lasery pompujące 2 i 7 są typu Quantum Well i mają następujące cechy: - długość fali emitowanej λp = 960 nm, - maksymalna moc sygnału świetlnego na wyjściu Pu = 89 mw. Lasery tego typu są znane. Złącza dichroiczne 3 i 8 są stapiane z włókien światłowodów jednomodowych dla fali 980 nm i w pasmie 1530-1560 nm, o wahaniu wyjściowej mocy światła, zależnie od polaryzacji, < 0,2 db. Złącza dichroiczne powyższego typu są znane i dostępne na rynku. Izolatory optyczne 4, 5, 9 są izolatorami, w których sterowanie polaryzacją jest niezależne od polaryzacji przesyłanego sygnału, mają izolację większą niż 35 db i współczynnik odbicia mniejszy niż -50 db. Schemat pokazany na fig. 2 jest innym przykładem wykonania wzmacniacza. Odpowiednim elementom umieszczonym na tym schemacie nadano takie same oznaczenia liczbowe jak na fig. 1. We wzmacniaczu tym, którego elementy mają takie same właściwości jak elementy wyżej opisane, występuje filtr okienkowy 10, składający się z części światłowodu mającego dwa sprzężone optycznie rdzenie, z których jeden na ustalonej wcześniej długości fali jest współosiowy z dołączonym światłowodem, drugi zaś niewspółosiowy i odcięty na końcach. Filtr ten ma takie rozmiary, że sprzęga z niewspółosiowym rdzeniem falę lub pasmo fal odpowiadające części widma emisji wzmacniacza. Rdzeń niewspółosiowy, ucięty na końcach powoduje, że fala o długości do niego wprowadzonej zostaje rozproszona w osłonie włókna tak, że nie może być ponownie wprowadzona do głównego rdzenia. W prezentowanym przykładzie dwurdzeniowy filtr 10 ma następujące cechy: - pasmo fal sprzężonych z drugim rdzeniem BW(pasmo-3db) 8-10 nm, - długość filtru 35 mm. Filtr miał takie wymiary, że największe możliwości strojenia występowały na szczycie krzywej emisji używanego włókna aktywnego. W przeprowadzonych badaniach były zamiennie używane filtry o następujących parametrach: - tłumienie przy λs 1530 nm 5 db lub, - tłumienie przy λs 1532 nm 11 db. Filtr taki ma na celu zmniejszenie w wyróżnionym pasmie natężenia sygnału, w szczególności szczytu krzywej emisji włókna. Służy to do otrzymania maksymalnie płaskiej charakterystyki wzmocnienia wzmacniacza w przypadku zmieniających się długości fal. Wymaganie to jest szczególnie ważne w przypadku przesyłania sygnałów z podziałem długości fal (WDM), w którym żąda się utrzymania jednakowych warunków wzmocnienia dla wszystkich kanałów tak dokładnie, jak tylko jest to możliwe.
177 566 7 Parametry różnych typów włókien aktywnych, domieszkowanych erbem, używanych w opisanych wyżej wzmacniaczach oraz ich właściwości optyczne są zamieszczone w tabeli. Tabela Włókno Al2O3 GeO2 L3 2O 3 Er2O 3 NA wt % (mol %) wt % (mol%) wt % (mol%) wt% (mol%) nm A 4 (2,6 ) 18 (1 1,4) 1 (0,2 ) 0, 2 (0,03) 0,219 911 B 1,65 ( 1, 1 ) 22,5 (14,3) 0 (0 ) 0, 2 (0,03) 0,19 900 C 4 (2,6 ) 18 (11,4) 0 (0 ) 0, 2 (0,03) 0, 2 0 1025 D 4 (2,6 ) 0 (0 ) 3,5 (0,7) 0, 2 (0,03) 0,19 900 gdzie: wt% = (średnia) procentowa zawartość tlenku w rdzeniu w odniesieniu do masy, mol% = (średnia) procentowa zawartość tlenku w rdzeniu w odniesieniu do masy molowej, NA = apertura liczbowa (n12 - n22) 1/2, λc = punkt odcięcia (LP11). Analiza składu była wykonywana na preformie (przed wyciąganiem włókna) przy użyciu mikropróbki i skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM Hitachi). Analizy były prowadzone przy powiększeniach 1300, na dyskretnych punktach rozłożonych wzdłuż średnicy i oddalonych od siebie co 200 μm. Rozpatrywane włókna były wykonane techniką osadzania próżniowego wewnątrz rury ze szkła kwarcowego. Wprowadzanie domieszek germanu do sieci SiO2 w rdzeniu rozpatrywanego włókna jest przeprowadzane w procesie syntezy. Wprowadzanie do rdzenia włókna erbu, aluminium i lantanu odbywało się technologią roztworu (solution doping), w którym wodny roztwór chlorków substancji domieszkowej wchodzi w kontakt z materiałem tworzącym rdzeń włókna, podczas gdy znajduje się on w szczególnym stanie przed utwardzaniem preformu. Więcej szczegółów dotyczących technologii roztworu można znaleźć na przykład w opisie patentowym US 5 282 079. Większa wartość apretury liczbowej (NA) dla włókna A w stosunku do porównywanych włókien była spowodowana przez fakt, że w czasie wykonywania rdzenia włókna nie została przeprowadzona zmiana przepływu reagentu dobranego poprzednio do wykonywania włókna C (Al/Ge/Er), w szczególności zapomniano zamknąć zasilanie germanem. Wynikające stąd wprowadzenie lantanu i aluminium w czasie stosowania technologii roztworu doprowadziło do wartości współczynnika załamania światła w rdzeniu wyższej niż spodziewana, dodatkowo również do nieoczekiwanych cech dotyczących warunków wzmocnienia i transmisji. Struktura rozważanego układu doświadczalnego, przystosowanego do wyznaczania widma emisji włókna jest przedstawiona schematycznie na fig. 3, podczas gdy wykresy widma emisji wyznaczone dla włókien aktywnych A, B, C, D są przytoczone na fig. 4. Dioda lasera pompującego 11, odpowiadająca długości fali 980 nm, była połączona z badanym włóknem aktywnym 13 za pośrednictwem złącza dichroicznego 12. Emisja włókna była badana za pomocą analizatora widma światła 14. Dioda laserowa 11 dawała moc około 60 mw (we włóknie 13). Aktywne włókno 13 miało długość odpowiednią do skutecznego wzmacniania dla przyjętej mocy pompowania. Dla badanych włókien, z których każde miało tę sama zawartość erbu, długość ta wynosiła około 11 m. Dla włókien z różną zawartością erbu, właściwą długość wyznacza się stosując znane kryteria. Analizatorem widma światła był model TQ8345. Pomiary były prowadzone przez pompowanie włókna energią o długości fali 980 nm i badanie widma emisji spontanicznej tego włókna. Uzyskane wyniki są pokazane na fig. 4, na której krzywa 15 odpowiada włóknu A, krzywa 16 - włóknu B, krzywa 17 - włóknu C, krzywa 18 odpowiada włóknu D. Jak wynika z wykresów, widmo emisji dla włókien B, C, D ma główny szczyt o dużym natężeniu dający maksimum przy około 1532,5 nm, a powstająca strefa wysokiej emisji dla większych długości fal rozciąga się do około 1560-1565 nm, włącznie z dodatkowym bardzo szerokim szczytem. Porównanie krzywych 16 i 17 (wyznaczonych odpowiednio dla włókien B i C) pokazuje, że wyższa zawartość aluminium we
8 177 566 włóknie podnosi poziom omawianej strefy wysokiej emisji. Zastąpienie germanu lantanem (włókno D, krzywa 18) umożliwia osiągnięcie jeszcze wyższego poziomu w zakresie 1535-1560 nm. Jednocześnie, dla wszystkich włókien B, C, D można dostrzec obniżenie charakterystyki widma w strefie d (położonej w przybliżeniu między 1535 a 1540 nm), zawartej między głównym szczytem charakterystyki emisji z przyległościami, a szczytem dodatkowym. W obniżeniu tym wartość emisji jest niższa przynajmniej o 2 db w porównaniu z wartością emisji w przylegających strefach, to znaczy zarówno w odniesieniu do szczytu głównego, jak i dodatkowego. Na wykresie zostało to zaznaczone wielkością h tylko dla krzywej 16, może być jednak wyraźnie odczytane również dla krzywych 17 i 18. I przeciwnie, krzywa 15 pokazuje, że przy podanych warunkach doświadczenia, włókno A nie wykazuje w strefie d wyraźnego obniżenia na charakterystyce widma, lub, kiedy daje się wyznaczyć to obniżenie, jest ono zawsze niższe od około 0,5 db. Krzywa 15 również pokazuje, że szczyt maksymalnej emisji dla włókna A będąc położony dla około 1530 nm, występuje dla niższej długości fali niż dla włókien B, C, D oraz, że włókno ma duży poziom emisji, niemal od 1520 nm. Wzmacniacze, których struktury były pokazane na fig. 1 i fig. 2 były wykonane z włókien A. Pierwsze włókno aktywne 1 miało długość około 8 m, zaś drugie włókno aktywne 6 miało w przypadkach podanych na fig. 1 i fig. 2 odpowiednio długości około 15 i 13 m. Krzywe przedstawione na fig. 5 podają wzmocnienie dla różnych długości fal przy dwóch różnych poziomach mocy wejściowej w układzie wzmacniacza pokazanego na fig. 1. Natomiast krzywe przedstawione na fig. 6 podają wzmocnienie dla różnych długości fal dla trzech różnych poziomów mocy wejściowej w układzie wzmacniacza pokazanego na fig. 2. W szczególności, w przypadku wzmacniacza pokazanego na fig. 1 krzywa 19 na fig. 5 odnosi się do mocy wyjściowej -20 dbm, zaś krzywa 20 odnosi się do mocy wejściowej -25 dbm. Z kolei, w przypadku wzmacniacza pokazanego na fig. 2 krzywa 21 na fig. 6 odnosi się do mocy sygnału wejściowego -20 dbm, krzywa 22 odnosi się do mocy sygnału wejściowego -25 dbm, zaś krzywa 23 odnosi się do mocy sygnału wejściowego -30 dbm. Jak można odczytać z wykresów, w szczególności przez porównanie krzywych 19 i 21 odpowiadających poziomowi mocy -20 dbm, który jest szczególnie interesujący w telekomunikacji i wyznaczonych w układach bez filtru i z filtrem, użycie włókna zawierającego rdzeń domieszkowany aluminium, germanem i lantanem jako uzupełnieniami do erbu, umożliwia uzyskanie płaskiej charakterystyki wzmocnienia, w szczególności w strefie między 1536 a 1540 nm. Taki sam wynik można również osiągnąć w układzie bez filtru. W szczególności, bez filtru, przy mocy -20 dbm różnica wzmocnienia dla sygnałów o różnych długościach fal była niniejsza niż 1,6 db, podczas gdy z filtrem, przy mocy -20 dbm różnica wzmocnienia dla sygnałów o różnych długościach fal była mniejsza niż 0,9 db. Krzywe przedstawione na fig. 7 podają wzmocnienie przy różnych długościach fal dla trzech różnych poziomów mocy wejściowej we wzmacniaczu, mającym strukturę pokazaną na fig. 2 i wykonanym z włókna C (Al/Ge/Er). W szczególności krzywa 24 na fig. 7 odnosi się do mocy sygnału wejściowego -20 dbm, krzywa 25 odnosi się do mocy -25 dbm, a krzywa 26 odnosi się do mocy sygnału wejściowego -30 dbm. Przy -20 dbm różnica wzmocnienia dla sygnałów o różnej długości była około 2,1 db. Przeprowadzając porównanie można stwierdzić, że również we wzmacniaczu pozbawionym filtru włókno A (Al/Ge/La/Er) zapewnia bardziej płaską charakterystykę wzmocnienia niż włókno C (Al/Ge/Er) we wzmacniaczu wyposażonym w filtr. Zostały przeprowadzone próby transmisji na duże odległości z wieloma wzmacniaczami w kaskadzie, to znaczy połączonymi szeregowo. Użyto wzmacniaczy wykonanych według fig. 1 i fig. 2 albo z włókna A (Al/Ge/La/Er) albo z włókna C (Al/Ge/Er). Jeden z układów doświadczalnych jest przedstawiony na fig. 8. Jeden sygnał 27 o długości fali λ1 = 1536 nm i drugi sygnał 28 o długości fali λ2 = 1556 nm były doprowadzone do włókna 29 przez multiplekser 230.
177 566 9 Jeden tłumik 31 został umieszczony zgodnie z kierunkiem przesyłania fali za wzmacniaczem mocy 32a. Pozostałe, kolejne tłumiki 31, jednakowe pod względem właściwości, były umieszczone w torze, wzdłuż którego znajdują się cztery wzmacniacze 32, 32', 32, 32"' połączone kolejno po sobie na drodze do odbiornika 33. Odbiornik 33 był poprzedzony demultiplekserem optycznym 34 składającym się z filtru interferencyjnego o szerokości pasma 1 nm przy -3 db, za pomocą którego odbywała się selekcja fali podlegającej detekcji. Oba sygnały 27, 28 wytwarzane przez odpowiednie lasery miały moc 0 dbm. Całkowita moc przełączana we włóknie 29 miała wartość 0 dbm (jako wynik 3 db strat sprzęgania). Multiplekser 30 był znanym sprzęgaczem 1x2. Wzmacniacz mocy 32a był wzmacniaczem optycznym dostępnym w handlu i charakteryzującym się następującymi cechami: - moc wejściowa od -5 do +2 dbm, - moc wyjściowa 13 dbm, - robocza długość fali 1530-1560 nm. Wzmacniacz mocy był pozbawiony filtru okienkowego. We wzmacniaczu zastosowane zostało domieszkowane erbem włókno aktywne typu C (Al/Ge/Er). Przez wzmacniacz mocy rozumie się wzmacniacz działający w warunkach nasycenia i w których moc wyjściowa zależy od mocy pompowania. Po pierwszym tłumiku 31, na wejściu wzmacniacza 32, całkowita moc sygnału świetlnego wynosiła około -18 dbm. W roli tłumika 31 został użyty znany tłumik Va5. Każdy z nich dawał tłumienie 30 db odpowiadające około 100 km światłowodu. Wzmacniacze 32, 32', 32", 32"' były identyczne i każdy z nich dawał wzmocnienie około 30 db dla obu długości fal λ1, i λ2, przy całkowitej mocy wyjściowej +12 dbm. Sygnał 27 o długości fali λ1 = 1536 nm był sygnałem bezpośrednio modulowanym sygnałem 2,5 Gbit/s, generowanym przez laser DFB wchodzący w skład urządzenia SLX-1/16 model SDH dostępny na rynku. Aparat ten był używany jako odbiornik 33. Sygnał 28 o długości fali λ2 = 1556 nm był sygnałem ciągłym (CW), generowanym przez laser DFB model MG0948L3 o mocy 0 dbm. Zastosowano filtr interferencyjny 34 model TB4500. Przykład 1. W pierwszym przykładzie były użyte wzmacniacze wykorzystujące włókno A (Al/Ge/La/Er), bez filtru okienkowego 10, o strukturze pokazanej na fig. 1. Przykład 2. W drugim przykładzie były użyte wzmacniacze wykorzystujące włókno A (Al/Ge/La/Er), z filtrem okiennym 10, o strukturze pokazanej na fig. 2. Dla sygnału o długości fali λ1 (1536 nm) był mierzony wskaźnik błędu transmisji (BER) w warunkach zmiany średniej mocy odbieranej przez odbiornik 33. Wyniki są przedstawione w postaci wykresu na fig. 9, gdzie krzywa 35 odnosi się do przykładu 1, zaś krzywa 36 do przykładu 2. Jak widać z wykresu na fig. 9, pomimo tego, że charakterystyka wzmocnienia pojedynczego wzmacniacza wykorzystującego włókno A (Al/Ge/La/Er) i dysponującego filtrem okienkowym była identyczna, a nawet bardziej płaska niż dla wzmacniacza pozbawionego filtru okienkowego 10 lecz wykorzystującego również włókno A, na sygnale o długości 1536 nm odbiło się to ujemnie bardziej, dając wyraźnie wyższy wskaźnik błędu przy równej mocy odbieranej. Przykład 3. Schemat drugiego z użytych schematów doświadczalnych jest pokazany na fig. 10. W doświadczeniu tym za pośrednictwem multipleksera długości fal 42 do włókna 41 były wprowadzane cztery sygnały 37, 38, 39, 40 o długościach λ1 = 1536 nm, λ2 = 1556 nm, λ3= 1550 nm i λ4 = 1544 nm. Poziom sygnału na wejściu do łącza był strojony za pomocą wstępnego układu wyrównawczego 43. Sygnały po wyjściu ze wzmacniacza mocy 44 były wysyłane do łącza zawierającego cztery wzmacniacze 45, 45', 45", 45'" mające odpowiadające im tłumiki 46 umieszczone między wzmacniaczami, w celu symulacji odcinków światłowodu. Stacja odbiorcza składała się ze wzmacniacza wstępnego 47, demultipleksera sygnału świetlnego 48 i odbiornika 49. Odpowiednie sygnały były generowane przez laser DFB o długości fali 1536 nm modulowany bezpośrednio sygnałem 2,5 Gbit/s, wchodzący w skład aparatu tworzącego odbiornik 49, przez laser DFB o długości fali 1556 nm, dający sygnał ciągły, przez laser DFB o długości fali 1550 nm, dający sygnał ciągły, przez laser ECL o zmiennej lecz ustalonej wstępnie długości fali 1544 nm, dający sygnał ciągły, model HP81678A.
10 177 566 Wstępny układ wyrównawczy 43 składał się z czterech zmiennych tłumików 43a. Ich nastawianie odbywało się w zależności od mocy sygnału świetlnego w odpowiednim kanale. Multiplekser 42 był wykonany za pomocą rozdzielacza 1x4. Wzmacniacz mocy 44 był opisywanym już modelem TPA/E-13, dostępnym w handlu. Każdy ze wzmacniaczy 45, 45', 45", 45"' był taki sam i dawał wzmocnienie około 30 db przy całkowitej mocy wyjściowej +12 dbm. Wzmacniacze 45 mają strukturę przedstawioną na fig. 1, a zastosowano w nich włókna A (Al/Ge/La/Er). Każdy z tłumików 46 wprowadza tłumienie 30 db odpowiadające około 100 km długości światłowodu. Tłumiki sygnału świetlnego były modelami VA5. Wzmacniacz wstępny 47, dostępny w handlu, ma następujące właściwości: - wzmocnienie 22 db, - współczynnik szumów < 4,5 db, - moc wyjściowa od -26 do -11 dbm, - pasmo robocze 1530-1569 nm. W użytym wzmacniaczu RPA/E-F, dostępnym w handlu, zastosowane było włókno aktywne typu C (Al/Ge/Er). Za wzmacniacz wstępny należy traktować wzmacniacz dobrany w celu odbierania bardzo słabego sygnału (na przykład -50 dbm) i wzmacniania go przed przesłaniem do urządzenia odbierającego, po uprzednim osiągnięciu przez sygnał mocy odpowiedniej dla tego urządzenia. Demultiplekser sygnału świetlnego 48 składa się z filtru Fabry - Perota z przestrajaną długością fali o szerokości pasma 0,8 nm (-3 db). Filtr ten jest włączony do wzmacniacza wstępnego 47. Dla wykonania doświadczenia filtr Fabry - Perota był nastrojony na długość fali λ = 1536 nm (stwierdzoną jako krytyczna) przez sygnał pilotujący, wysyłany przez nadajnik 37. Odbiornik 49 składa się z aparatu SDH model SLX-1/16, dostępnego w handlu. Rysunki od fig. 11 do fig. 15 pokazują przechodzenie sygnału przez kolejne stopnie, w szczególności na wejściu odpowiednio wzmacniacza 45, 45', 45, 45"' i na wejściu przedwzmacniacza 47. Wstępny układ wyrównawczy 43 służy do przeprowadzenia początkowej korekty sygnałów do około 7 dbm między różnymi kanałami, jak zostało to pokazane na fig. 11. Ma to służyć kompensacji efektów nasycenia na niższych długościach fal, zachodzących w kaskadzie wzmacniaczy. Wstępne wyrównywanie było przeprowadzone w ten sposób, że można było korygować stosunek sygnału do szumu (S/N) na wyjściu wzmacniacza wstępnego 47. W kolejnych stopniach wzmocnienia można zobaczyć spadek na charakterystyce wzmocnienia w rejonie mniejszych długości fal spowodowany opisanym wyżej zjawiskiem nasycenia, podczas gdy współczynnik S/N w każdym z kanałów pozostawał wysoki (S/N 15 db dla λ, = 0,5 nm), aż do wyjścia przedwzmacniacza 47. W doświadczeniu przeprowadzonym z użyciem wzmacniaczy zgodnie ze schematem z fig. 2, zawierających włókno aktywne typu C, zostało stwierdzone zarówno silne zmniejszenie mocy sygnału na długości fali 1536 nm i 1544 nm, jak i duże niezrównoważenie stosunku sygnału do szumu między różnymi kanałami, jak to jest widoczne z wykresu fig. 16 pokazującego moce w różnych kanałach na wejściu przedwzmacniacza. Jeszcze bardziej ujemnych skutków można oczekiwać dla kanału działającego w otoczeniu długości fali 1540 nm. W tym przypadku wstępne wyrównywanie mogłoby wywołać nierównowagę między różnymi kanałami (w części, szczególnie tych pracujących między 1535 a 1540 nm, wywołałoby to szkody większe niż w innych), co należy ograniczać. W wyniku przeprowadzenia takiego wstępnego wyrównywania nie mógłby zostać utrzymany we wszystkich przypadkach dopuszczalny stosunek sygnału do szumu dla wszystkich sygnałów leżących w interesującym pasmie. W rzeczywistości, aby uczynić możliwym wstępne wyrównywanie kanałów należałoby na początku silnie wytłumić najbardziej uprzywilejowane kanały (1550 i 1556 nm), co mogłoby prowadzić do bardzo niskich wartości współczynników S/N (rzędu 8-10 db), przez co stałby się niemożliwy poprawny odbiór sygnałów przesyłanych. Można sądzić, że uzyskane lepsze wyniki w porównaniu z przypadkiem użycia wzmacniacza wyposażonego w filtr okienkowy i włókno Al/Ge/Er wynikają z faktu, że dla włókna A charakterystyka emisji praktycznie nie wykazuje obniżeń lub lokalnych minimów o wyraźnej
177 566 11 wartości, a w szczególności jest pozbawiona minimum w zakresie długości fal przylegających do szczytu charakterystyki emisji w strefie 1535-1540 nm. W rzeczywistości można sądzić, że gdy kilka sygnałów o różnych długościach fali jest wprowadzanych do włókna, istnienie obniżeń lub lokalnych minimów na charakterystyce emisji (pojawiające się w widmach porównywanych włókien) powodują, że sygnały o długościach fal odpowiadających omawianym obniżeniom są wzmacniane mniej niż sygnały o długościach fal, leżących w przyległych zakresach. Zgodnie z powyższą interpretacją większe wzmocnienie sygnału dla długości fal z obszarów przyległych zmniejsza energię pompującą dla sygnału, który jest nasycony do dolnego poziomu (co oznacza, że ten poziom po wzmocnieniu już więcej nie zależy od poziomu wejściowego lecz tylko od mocy pompowania dostępnej we włóknie), przez co wzrasta różnica poziomów między różnymi sygnałami. W przypadku istnienia kaskady wzmacniaczy i transmisji WDM zjawisko takie pogłębia się w każdym stopniu i można sądzić, że jest odpowiedzialne za obserwowaną nierówność odpowiedzi, która nie daje się skompensować przez wstępne wyrównywanie lub w inny sposób podobny do omówionego. Zostało dostrzeżone, że powyższe zjawisko występuje dla sygnałów odpowiadających obniżeniom krzywej emisji i zależnie od wyniku porównania wzmocnienia sygnału dla długości fal w otoczeniu tych obniżeń, zaś nie występuje (a przynajmniej nie w takim samym stopniu) dla sygnałów o długości fal znajdujących się na brzegach użytecznego pasma, chociaż dla tych długości wartość emisji może być równa lub niższa od tej w omawianych obniżeniach. Zgodnie z niniejszym wynalazkiem wprowadzenie lantanu do włókna Al/Ge/Er wywołało nieoczekiwanie możliwość zlikwidowania tych lokalnych minimów na charakterystyce emisji, chociaż nie można było tego przewidzieć na podstawie dostępnych danych dla włókien Al/La/Er i Al/Ge/Er. W rzeczywistości włókna Al/La/Er i Al/Ge/Er wykazują istotne obniżenie charakterystyki emisji w strefie 1535-1540 nm i dlatego znając wykonania tych popularnych włókien można by wykluczyć różne korzystne zachowania włókna Al/Ge/La/Er oraz, że takie włókno mogłoby umożliwić wzmacniane przesyłanie multipleksowane z podziałem długości fal. Nieoczekiwanie zostało odkryte, że zgodnie z inną, jeszcze bardziej istotną cechą, gdy występuje szczyt w strefie wysokiej emisji, to obecność tego obniżenia w obszarze przyległym do szczytu, a w każdym razie jego niekorzystna relacja w stosunku do przyległych stref, była odpowiedzialna za niewystarczającą wartość stosunku sygnału do szumu dla sygnałów w omawianym obniżeniu, i że włókno aktywne, które jest zdolne do samoistnej eliminacji lub zmniejszenia tego obniżenia pozwala rozwiązać problem dzięki możliwości przesyłania multipleksowanego z podziałem długości fal w układzie z jednym lub wieloma wzmacniaczami. Stąd, zgodnie z niniejszym wynalazkiem zostało wykryte, że włókno aktywne, którego domieszki dają krzywą emisji o względnie dużej wartości w pasmie długości fal, nie wykazującą lokalnych obniżeń w strefie mieszczącej się wewnątrz tego pasma i znajdującą się w funkcjonalnej zależności z pozostałymi strefami w tym pasmie (takimi, które mogłyby powodować istotne różnice wzmocnienia dla sygnałów telekomunikacyjnych dla różnych długości fal w pasmie ich multipleksowania we włóknie), umożliwiają wykonanie wzmacniaczy szczególnie nadających się do użycia w łączach telekomunikacyjnych, zawierających przynajmniej dwa połączone szeregowo wzmacniacze optyczne z podziałem długości fal dla multipleksowanych sygnałów. Rozwiązanie to zapewnia wysoką jakość. Z drugiej strony, zgodnie z niniejszym wynalazkiem zostało odkryte, że sterowanie stosunkiem S/N sygnału do szumu w omawianych tu systemach przesyłowych można uzyskać nie tylko za pomocą filtrów albo przez dostosowanie pasma transmisji o ograniczonej szerokości (zdolnych do ominięcia niewygodnych stref długości fal), lecz przez wybór rodzaju i koncentracji domieszek w rdzeniu aktywnego włókna wzmacniacza. Wybór ten powinien być taki, aby charakterystyka emisji, którą można narysować w dostatecznie szerokim pasmie (rozciągającym się od 1525 do 1560 nm, a przynajmniej od 1530 do 1560 nm) nie dawała
12 177 566 niepożądanego wzrostu wzmocnienia sygnału w jednej lub kilku wybranych strefach krzywej emisji, chociaż w omawianym pasmie występuje szczyt emisji. Przez funkcyjną zależność należy rozumieć, jak było to wyżej wyjaśniane, że występowanie zwiększonej emisji w strefach przylegających do omawianych obniżeń, w szczególności szczytu emisyjnego oraz występowanie sygnałów w tych przylegających strefach wywoła ujemne skutki dla wzmocnienia sygnału na długościach fal odpowiadających omawianym obniżeniom. Przez treść pojęcia krzywej emisji (lub widma) mającej względnie dużą wartość w pasmie długości fal należy rozumieć, że w danym pasmie długości fal, najkorzystniej między 1525 a 1560 nm, pompowane włókno wykazuje emisję o wartości przewyższającej emisję poza tym pasmem i jest ona dostosowywana do wzmacniania sygnału w omawianym pasmie. Jak pokazuje wskaźnik, strefę tę wyznacza się jako strefę zawartą między dwoma skrajnymi wartościami, przy których emisja jest o 3 db niższa od tej zawartej wewnątrz przedziału lub pasma (najkorzystniej w odniesieniu do tej strefy w pasmie, w której emisja jest stała). W rzeczywistości, pasmo takie odpowiada pasmu, w którym skutecznie można przeprowadzać operację wzmacniania. Przez szczyt emisji należy rozumieć występowanie w pewnym przedziale długości fal emisji znacznie wyższej niż w pozostałych strefach widma- poza tym przedziałem. Wywołuje to różne właściwości światłowodu w odniesieniu do sygnałów do niego wprowadzanych dla długości fal znajdujących się wewnątrz i na zewnątrz omawianego przedziału. Przez istotną różnicę wzmocnienia w omawianym pasmie należy rozumieć na przykład różnicę wyższą niż 2 db między wzmocnieniami w najbardziej i najmniej uprzywilejowanym zakresie długości fal (przy mocy wejściowej równej lub mniejszej niż -20 dbm). Przez lokalne obniżenie krzywej emisji należy rozumieć zakres długości fal wewnątrz omawianego pasma, przy którym występuje minimum emisji, czyli wartość mniejsza niż na brzegach tego zakresu. Wartość emisji powinna być też mniejsza o ustaloną wcześniej wartość w stosunku do wartości w przylegających zakresach długości fal (w szczególnym przypadku erbu - dla głównego szczytu emisyjnego, leżącego poniżej obniżenia i drugiego szczytu, dla wyższych długości fal). Dla celów mniejszego wynalazku omawiane obniżenie większe niż 0,5 db, a praktyczniej - większe niż 1 db wywołuje zauważalne efekty. Biorąc pod uwagę powyższe rozważania, będzie się w stanie określić szczególne warunki działania i szczególne zawartości domieszek, dobierając je do zamierzonego zastosowania, w celu uzyskania określonych wyników końcowych. W ramach niniejszego wynalazku, działając na włóknach zawierających główną domieszkę, najkorzystniej erb, gdy dotyczy to zastosowań w telekomunikacji, która wykazuje cechy fluorescencyjne w interesującym zakresie długości fal, w połączeniu z innymi domieszkami współdziałającymi tam na zasadzie sumowania lub mieszania cech, można określić szczególne domieszki lub ich kombinacje oraz stosowne składy w celu uzyskania zmian krzywych emisji włókna i odpowiadających im wykonań wzmacniaczy i systemów na nich opartych, zarówno laserów, żyroskopów optycznych i im podobnych, jak i systemów przesyłowych, telekomunikacyjnych lub pomiarowych, w których są stosowane, jak również w celu uzyskania pożądanej jakości z punktu widzenia stosunku sygnału do szumu wewnątrz interesującego pasma. W specjalnym obszarze, który jest przedmiotem szczególnej uwagi, badania zostały ograniczone do erbu jako głównej domieszki fluorescencyjnej i Ge, Al, La wprowadzonych do włókna w formie tlenków jako dodatkowych domieszek, ponieważ wyniki tych badań były wystarczające do rozwiązania szczególnych problemów technicznych. Wskazówki udzielone w niniejszym wynalazku mogą być użyte w celu rozwiązania własnych problemów przez osoby znające w sposób przeciętny tę dziedzinę techniki. Problemy te mogą być podobne lub różne od tutaj opisanych. Można też wykonywać badania różnych domieszek i ich dawkowania tak samo jak to zbadano i opisano, stosować wyniki w praktyce lub używać takich samych zależności funkcyjnych między wynikami, a użytymi środkami. Osobom tym doradza się nie porzucać prób z pojedynczymi domieszkami lub zestawami aż do ich zakończenia, nawet jeśli wyniki cząstkowe rozpatrywane oddzielnie są nie-
177 566 13 zadowalające z punktu widzenia stosunku sygnału do szumu. Kombinacja domieszek może bowiem pozwolić na uzyskanie lepszych wyników, tak jak to jest widoczne w opisie przykładów według niniejszego wynalazku.
177 566 Fig.16
F ig.15 177 566
177 566 Fig.14
177 566 Fig.13
177 566 Fig.12
177 566 Fig.11
177 566 Fig.10 Fig.8
177 566 Fig.7 Fig.9
177 566 Fig.6 Fig.5
177 566 Fig.4 Fig.3
177 566 Fig.1 Fig.2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.