Переключаемое волоконно-оптическое устройство для волоконной системы передачи и ее компонентов

 

Волоконно-оптическое устройство для использования в волоконно-оптических системах передачи и их компонентах включает проходное волокно и один или несколько участков петлевого волокна, соединенных с проходным волокном через соответствующие оптические переключатели для избирательного направления оптического сигнала, распространяющегося по проходному волокну, по петлевым участкам волокна. Петлевые участки волокна представляют собой волокна, компенсирующие дисперсию, либо волокна, легированные веществом, которое будет усиливать или поглощать оптический сигнал соответственно при наличии или в отсутствии сигнала накачки. Таким образом, изобретение обеспечивает переключение различных величин дисперсии или усиления (поглощения) в зависимости от текущих требований. Усилительный компонент может служить в качестве предварительного усилителя, усилителя мощности или усилителя на линии в зависимости от параметров волокна с усилением, выбранного при переключении. Устройство может быть включено в систему передачи или ее компоненты путем сращивания с концами проходного волокна или через оптические переключатели, соединенные с концами проходного волокна. Техническим результатом является создание волоконно-оптической системы передачи, имеющей переключаемые в полевых условиях величины усиления, фильтрации и/или дисперсии оптического сигнала. 3 с. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам передачи и усиливающим сигнал компонентам этих систем и, в частности, к волоконно-оптическому устройству для использования в такой системе или ее компоненте, которое обеспечивает по выбору различные величины усиления, дисперсии или фильтрации (поглощения) сигнала.

Уровень техники Телекоммуникационные передающие системы, использующие волоконно-оптическую технологию, при промышленном применении превосходят системы, использующие электрические провода, благодаря своим предпочтительным характеристикам. Например, системы, использующие волоконно-оптические волноводы, могут обеспечить намного большую ширину полосы пропускания, чем системы, использующие электрические провода, они относительно нечувствительны к влиянию электромагнитных полей и обеспечивают большую скрытность, чем проводные системы. Кроме того, такие компоненты как оптические волоконные усилители превосходят ретрансляторы и регенераторы прежних типов благодаря своим явным преимуществам.

Когда волоконно-оптические передающие системы впервые ввели в употребление, ширина их полосы пропускания легко удовлетворяла требованиям того времени. Однако в настоящее время требования к ширине полосы резко возросли, а перед системами с небольшой шириной полосы ставятся новые задачи, такие как регулировка дисперсии.

Хорошо известно, что оптические волокна проявляют дисперсию, то есть различные длины волн сигнала, переносимого волокном, распространяются по волокну с различными скоростями. В то время как влияние дисперсии на сигнал с небольшой шириной полосы может быть относительно незначительным, дисперсия сигнала может быть ограничивающим фактором, когда ширина полосы сигнала увеличивается. Например, современные оптические волоконные передающие системы могут быть рассчитаны на передачу данных со скоростями больше 2,5 Гбит/с. Для надежной безошибочной передачи данных со скоростями, превышающими 2,5 Гбит/с, часто необходима компенсация дисперсии. Один способ компенсации дисперсии в волоконно-оптических системах передачи с большими интервалами заключается во введении в систему участка волокна заданной длины, компенсирующего дисперсию. Если дисперсионные характеристики участка передающей системы известны, то введение подходящего участка волокна, компенсирующего дисперсию, уменьшит или сведет к минимуму общую дисперсию системы. Этот подход излагается в патенте США N 5361234, выданном 1 ноября 1994 года, который включен в данное описание путем ссылки.

Известно, что обычное передающее волокно обеспечивает минимальное затухание сигналов в окне диапазона 1550 нм и минимальную дисперсию в окне диапазона 1300 нм. Следовательно, эффекты дисперсии имеют место, так как в основном передача происходит в окне на длине волны 1550 нм. Новые волоконные системы передачи с большими интервалами могут быть сконструированы с использованием волокна со смещенной дисперсией для регулировки дисперсии на более длинных волнах передачи. Однако уже установлены миллионы километров волоконно-оптических линий передачи, в которых волокно имеет минимальную дисперсию в окне на длине волны 1300 нм. Следовательно, передаваемые сигналы в диапазоне 1550 нм имеют достаточно большую дисперсию, которая требует компенсации. Кроме того, поскольку скорость передачи данных возрастает от, например, 2,5 Гбит/с до очень больших скоростей передачи данных, например, 40 Гбит/с, величина допустимой дисперсии в системе уменьшается, что делает желательным использование регулировки для компенсации дисперсии. До сих пор не существовало пригодного способа для компенсации или регулировки дисперсии в волоконно-оптической системе передачи в полевых условиях.

Другим свойством волоконно-оптических систем передачи является ослабление сигнала вследствие потерь в оптических волоконных волноводах. Действительно, минимизация дисперсии и минимизация ослабления являются двумя главными задачами проектирования, относящимися как к новым, так и к существующим волоконным системам передачи. Вследствие ослабления в волокне регенераторы сигнала вообще и волоконно-оптические усилители в частности являются неотъемлемыми компонентами волоконных систем передачи. Действительно, волоконно-оптические усилители обычно присутствуют или отдельно или в комбинации с другими устройствами в начале и в конце системы, в качестве источника мощности и предварительного усилителя соответственно, и как промежуточное звено в качестве встроенного усилителя. Современные волоконные усилители включают волоконный волновод, легированный редкоземельными элементами (волновод с усилением), такими как, например, эрбий. Волновод с усилением "накачивают" от источника накачки, имеющего длину волны меньше, чем основная длина волны сигнала, передаваемого волокном. Как волна накачки, так и волна сигнала, распространяются по одному волоконному пути. Дополнительные участки волокна с усилением могут быть добавлены в канал передачи для дополнительного усиления сигналов. Например, в зависимости от компонентов, которые находятся перед волоконным усилителем или после него, и расстояния от них до усилителя, мощный усилитель может быть встроен в линию путем добавления к волоконному усилителю дополнительного участка волокна с усилением. Аналогично в систему могут быть включены дополнительные участки легированного волокна, которые могут обеспечить эффект фильтрации по меньшей мере на одной длине волны в диапазоне длин волн сигнала для формирования спектральной характеристики усиления или для выравнивания усиления в зависимости от наличия или отсутствия сигнала накачки в этих волокнах, что является важным при использовании спектрального мультиплексирования. Этот подход излагается, например, в патенте США 5131069. Однако, как и в случае регулировки дисперсии, до сих пор не существует удобный способ для регулировки или настройки усиления передаваемого сигнала или фильтрации передаваемого сигнала и/или сигнала накачки в волоконно-оптической системе передачи.

Следующим ограничением для усилительных компонентов или модулей усиления, применяемых в настоящее время в многоканальных системах, является динамический наклон характеристики усиления, то есть изменение спектральной характеристики усиления при изменении условий работы компонента или модуля. Усилитель может быть сконструирован для обеспечения некоторого оптимального уровня равномерности усиления в заданном рабочем диапазоне, но это может быть достигнуто в общем только для определенного ряда мощностей входного сигнала и мощностей накачки. Следовательно, если потребуется изменение усиления сигнала, то равномерность усиления ухудшится, когда изменится спектр усиления в целом. Рассмотрим в качестве примера оптимизированную многоканальную волоконную систему передачи, включающую по меньшей мере два каскада усиления, расположенных на типичном расстоянии примерно 90 км. В пределах этого участка волокна типичные потери сигнала, вызванные затуханием и другими факторами, составят примерно минус 23 дБ. Каждый каскад усиления, кроме того, ограничен в отношении выходной мощности величиной примерно 8 дБ•м/канал, так как при выходной мощности больше чем примерно 8 дБ•м, в волокне возникают нелинейные эффекты. К таким нелинейным эффектам относятся, например, фазовая автомодуляция и кросс-модуляция и четырехволновое смешение, которые крайне затрудняют прием сигнала с низким уровнем ошибок. Используя простую арифметику, получаем, что входная мощность для следующего усилителя будет равна минус 15 дБ•м. Для таких величин входной и выходной мощности и потерь в легированном волокне с усилением может поддерживаться средний уровень насыщения инверсной заселенности, достаточный для обеспечения относительно плоской спектральной характеристики усиления от примерно 1536 нм до 1560 нм, когда волокно легировано эрбием.

Рассмотрим теперь случай, когда расстояние между каскадами усиления необходимо сократить, например, до 50 км, из-за препятствия для размещения усилителя (например, гора или озеро). Обычное ослабление на этом уменьшенном расстоянии будет минус 13 дБ, в результате чего мощность сигнала на выходе следующего каскада усиления будет равна минус 5 дБ•м. Однако, если не уменьшить усиление каскада усилителя так, чтобы выходная мощность осталась равной примерно 8 дБ•м, например, посредством уменьшения тока возбуждения источника накачки легированного волокна, то индуцированные нелинейные эффекты в волокне снова создадут проблемы. Следует учесть, однако, что уменьшение усиления каскада усиления путем понижения среднего уровня инверсной заселенности приведет к динамическому наклону характеристики усиления, как описано выше, который необходимо минимизировать для многоканальной системы. Решение этой проблемы, не существовавшее до настоящего времени, представлено в описанном изобретении, в котором предложена усилительная платформа или оптический усилитель с переключаемым по выбору маршрутом сигнала через один из по меньшей мере двух различных участков легированного волокна, посредством чего выходная мощность усилителя может поддерживаться на требуемом уровне по существу независимо от повышения или понижения мощности входного сигнала для поддержания требуемой равномерности усиления в требуемом рабочем диапазоне.

Следовательно, целью данного изобретения является создание волоконно-оптического устройства, имеющего переключаемые характеристики для подбора в полевых условиях переменных величин усиления оптического сигнала, фильтрации сигнала и/или дисперсии сигнала в волоконно-оптической системе передачи и/или ее усилительном компоненте.

Следующей целью данного изобретения является создание компонента волоконной системы передачи, такого как волоконно-оптический усилитель либо активная или пассивная усилительная платформа, который позволяет получать переменные, подбираемые в полевых условиях уровни усиления, фильтрации и/или дисперсии оптического сигнала посредством пропускания сигнала по выбору через различные участки волокна, имеющие одинаковые или различные характеристики.

Еще одной целью данного изобретения является создание волоконно-оптической системы передачи, имеющей переменные, переключаемые в полевых условиях, величины усиления/ фильтрации и/или дисперсии оптического сигнала.

Сущность изобретения В кратком изложении, согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения оптическое волоконное устройство с переключаемыми рабочими характеристиками содержит входное волокно, оптический переключатель 1xN, общая точка соединения которого оптически соединена со вторым концом входного волокна, первое маршрутное волокно, имеющее известные характеристические параметры, оптически соединенное с первой точкой соединения переключателя, N-e маршрутное волокно, имеющее известные характеристические параметры, которые отличаются от параметров любого другого маршрутного волокна, соединенное с N-й точкой соединения переключателя, причем сигнал, распространяющийся по входному волокну по направлению к маршрутным волокнам, может быть по выбору переключен так, чтобы распространяться по одному из N маршрутных волокон. Устройство содержит также выходное волокно и средства оптического соединения N маршрутных волокон с первым концом выходного волокна. В предпочтительном варианте выполнения оптический переключатель 1хN является оптическим переключателем 1х2. Переключатели подобного типа хорошо известны специалистам и не требуют подробного обсуждения. Следует только указать на их улучшенную характеристику перекрестных помех по сравнению с хорошо известными оптическими переключателями NxN. Кроме того, N маршрутных волокон предпочтительно легированы веществом, которое флюоресцирует при наличии энергии накачки или возбуждения. К предпочтительным легирующим веществам относятся редкоземельные элементы, например эрбий, неодим, празеодим и другие.

Согласно другому варианту выполнения изобретения, оптическое волоконное устройство с переключаемыми рабочими характеристиками содержит первое волокно для распространения волны света и петлевой участок волокна для распространения волны света, соединенный с первым волокном между одним концом первого волокна и другим концом первого волокна через оптический переключатель для выбора оптического пути из первого волокна в петлевой участок волокна и опять вдоль первого волокна, когда переключатель находится в положении "включено", и для выбора оптического пути вдоль первого волокна, без прохождения вдоль петлевого участка волокна, когда переключатель находится в положении "выключено". В соответствующих вариантах выполнения устройство включает петлевой участок волокна, компенсирующего дисперсию, или легированного волокна, которое может усиливать или фильтровать оптический сигнал в зависимости от типа и концентрации легирующей примеси и наличия или отсутствия энергии оптической накачки. Когда устройство содержит более одного участка петлевого волокна, каждый участок может отличаться индивидуально. Например, если устройство содержит три участка компенсирующего дисперсию волокна, имеющие известную дисперсию, то каждый из этих трех участков может иметь различную длину для обеспечения общего суммарного эффекта компенсации дисперсии, зависящего от того, сколько участков было включено на пути распространения света. Конечно, подобный результат может быть получен при использовании различного числа одинаковых участков петлевого волокна. Специалистам понятно, что другие параметры участка петлевого волокна, такие как тип легирующей примеси и/или ее концентрация, могут быть одинаковыми или различными для каждого участка волокна. В каждом случае, однако, оптический переключатель может быть известным мультиплексирующим/демультиплексирующим переключателем, используемым при спектральном мультиплексировании.

В другом варианте выполнения данного изобретения устройство для усиления и/или фильтрации оптического сигнала включает волокно, несущее оптический сигнал накачки, волокно, несущее оптический сигнал данных, усиливающий оптический сигнал данных волоконный каскад, легированный веществом, которое флуоресцирует в присутствии сигнала накачки, оптический элемент связи для соединения волокна, несущего сигнал накачки, и волокна, несущего сигнал данных, по меньшей мере с одним концом волоконного каскада усиления, и устройство, включающее первое волокно, один конец которого соединен с концом волоконного каскада усиления, и петлевой участок волокна, соединенный с первым волокном через оптический переключатель, как описано выше, для выбора оптического пути из первого волокна по петлевому участку волокна и опять вдоль первого волокна, когда переключатель находится в положении "включено", и выбора оптического пути по первому волокну, без прохождения по петлевому участку волокна, когда выключатель находится в положении "выключено". В соответствующих вариантах выполнения один или несколько петлевых участков волокна могут быть сконструированы точно так, как описано выше, для создания усилительной платформы или волоконно-оптического усилителя, имеющего переключаемые характеристики усиления, фильтрации или дисперсии. В альтернативном варианте усилительная платформа или волоконный усилитель могут содержать дополнительные волоконные каскады усиления, хорошо известные в данной области техники. В этом случае переключаемое устройство предпочтительно включает петлевые участки компенсирующего дисперсию или фильтрующего волокна.

В другом варианте выполнения изобретения волоконно-оптическая система передачи включает передатчик и приемник, по меньшей мере первую и вторую части передающего волокна, соединенные с передатчиком и приемником соответственно, и устройство, включающее первое волокно, один конец которого соединен с первой частью передающего волокна, а другой конец соединен со второй частью передающего волокна, и петлевой участок волокна, соединенный с первым волокном, как описано выше, через оптический переключатель для выбора оптического пути из первого волокна в петлевой участок волокна, вдоль него и опять по первому волокну, когда переключатель находится в положении "включено", и для выбора оптического пути по первому волокну, без прохождения по петлевому участку волокна, когда переключатель находится в положении "выключено". В этом варианте выполнения участок или участки петлевого волокна изготовлены предпочтительно из волокна, компенсирующего дисперсию.

В то время как новые аспекты изобретения подробно приведены в прилагаемой формуле изобретения, сущность изобретения, его цели и преимущества станут более понятными из следующего подробного описания предпочтительного варианта выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых: на фиг.1 показано схематическое изображение устройства согласно данному изобретению, имеющего три различных участка волокна с усилением/фильтрацией или волокна, компенсирующего дисперсию, соответственно, каждый из которых по выбору оптически соединяется с передающим/проходным волокном через оптический переключатель, на фиг.2 приведено схематическое изображение варианта устройства, показанного на фиг.1, в котором проходное волокно устройства соединено через переключатели с отдельным передающим/проходным волокном для дополнительного управления путем спектрального мультиплексирования, на фиг.3 приведено схематическое изображение оптической волоконной системы передачи, включающей передатчик, приемник и устройство, показанное на фиг.1 или 2, на фиг.4 приведено схематическое изображение оптической волоконной системы передачи, показанной на фиг.3, включающей усилительный компонент, на фиг. 5 показано схематическое изображение оптического усилительного компонента, такого как усилительная платформа, включающего переключаемое устройство согласно изобретению, на фиг. 6 приведено схематическое изображение усилительного компонента, показанного на фиг.5, включающего один каскад волокна с усилением, на фиг. 7 приведено схематическое изображение усилительного компонента, показанного на фиг.5, включающего двухкаскадное усилительное волокно,
на фиг.8 показано схематическое изображение устройства согласно другому варианту выполнения изобретения, имеющее N (N=2) различных маршрутных волокон, каждое из которых оптически соединено с входным волокном через оптический переключатель 1xN (N=2) и с выходным волокном,
фиг. 9 изображает другой вариант выполнения устройства, показанного на фиг.8, в котором другая ветвь маршрутных волокон соединена с одним или несколькими первичными маршрутными волокнами.

Подробное описание изобретения
На фиг. 1 в схематичном виде изображено волоконно-оптическое устройство 10 с переключаемыми характеристиками. Устройство включает первый (проходной) волоконный волновод 12, имеющий первый конец 14 и второй конец 16. Как показано, устройство 10 также включает три участка петлевого волокна 18, каждый из которых соединен с первым волокном 12, между концами 14 и 16, через соответствующий оптический переключатель 20 1xN (N=2). Оптический переключатель 20 является устройством, хорошо известным специалистам и не является изобретением, а используется как составная часть заявленного изобретения, описанного здесь. Как известно, оптический переключатель 20 может быть мультиплексирующим/демультиплексирующим переключателем для ответвления любой требуемой длины волны или длин волн, которые распространяются по волокну 12.

Для ясности изобретение будет описываться в предположении, что оптические сигналы распространяются слева направо, но изобретение этим не ограничивается. Когда один или более оптический сигнал с разными длинами волн, такими как 980 нм и/или 1550 нм, распространяются по первому волокну 12, которое на практике будет соединено с одним или несколькими волокнами или устройствами на концах 14, 16, каждый оптический переключатель 20 может быть установлен в положение "выключено", в этом случае распространяющийся сигнал пройдет от точки 20(а) до точки 20(b) прямо, а не до точки 20(с) и вдоль волокна 18, или каждый переключатель 20 может быть установлен в положение "включено", в этом случае распространяющийся сигнал пройдет от точки 20(а) до точки 20(с), вдоль волокна 18 до точки 20(d), через точку 20(b) и снова в волокно 12. Так, например, сигнал (λ₁) на длине волны 980 нм и сигнал (λ₂) на длине волны 1550 нм могут поступить в волокно 12 на конце 14. Переключатель 20 может быть сконструирован так, чтобы в положении "выключено" направлять λ₁ и λ₂ только по волокну 12, а в положении "включено" направлять λ₁ и λ₂ через волокно 18 и опять в волокно 12 или, поскольку переключатель 2 осуществляет спектральное мультиплексирование, λ₁ может распространяться только по волокну 12, в то время как λ₂ по выбору может проходить по волокну 18 и затем опять в волокно 12. Устройство 10 может включать от 1 до N участков петлевого волокна 18_N с соответствующими переключателями 20_N.

Согласно одному варианту данного изобретения, каждый петлевой участок 18 волокна является волокном, компенсирующим дисперсию. Если устройство 10 содержит N петлевых участков 18, каждый из которых имеет известную величину дисперсии, имеющую размерность пс/нм-км, то переменная величина дисперсии, обеспечивающая компенсацию, может быть выбрана в реальном времени, в зависимости от количества участков 18_N, подключенных к пути распространения, если таковые имеются. Петлевые участки 18_N могут иметь одинаковую или различную длину для обеспечения различных величин дисперсии. Следовательно, устройство 10 обеспечивает настройку или выбор различных величин дисперсии (компенсацию дисперсии) в полевых условиях.

В альтернативном варианте каждый участок петлевого волокна 18 включает волокно, легированное веществом, которое усиливает или поглощает (фильтрует) одну или несколько длин волн оптического сигнала в зависимости от состава и концентрации примеси в волокне и отсутствия или наличия оптического сигнала накачки, если примесь является флуоресцирующей. В предпочтительном варианте выполнения примесь является подходящей ионной формой редкоземельного элемента, такого как эрбий. Другие известные флуоресцирующие примеси, такие как неодим и празеодим, но не только они, или нефлуоресцирующие примеси, такие как железо, могут быть использованы в зависимости от эффекта, который нужно получить в устройстве. Каждый петлевой участок 18 волокна имеет критическую длину волны λ_c в диапазоне примерно от 900 нм до 1600 нм.

Следует учесть, что устройство 10 может быть связано с другими частями волокна или компонентами на концах 14, 16 либо прямым соединением посредством сращивания сплавлением, как показано большими черными точками на фиг. 1, или посредством соединения концов 14, 16 с соответствующими переключателями 21, 21', которые соединены специальным вторым проходным волокном 30 и присоединены к другим частям волокна или компонентам, как показано на фиг.2.

Оптический усилительный компонент, такой как пассивная или активная усилительная платформа или волоконный усилитель, в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения показан на фиг.5-7. В общем виде усилительный компонент 60 согласно изобретению показан на фиг.5. Компонент 60 содержит блок 70, который включает обычные составные части однокаскадного усилительного компонента, хорошо известного специалистам, и переключаемое устройство 10. На фиг. 6 оптический сигнал λ_p накачки и оптический сигнал λ_s данных переносятся волокнами 62 и 64 соответственно. Волокно 64, несущее сигнал данных, соединено с волокном 62, несущим сигнал накачки, устройством 66 связи со спектральным мультиплексированием, выход 67 которого соединен с первым концом 69 усилительного волокна 68, легированного редкоземельными элементами. Как известно, различные параметры системы, такие как, например, диаметр поля моды, определяют, будет ли волокно с накачкой или волокно с сигналом соединено с усилительным волокном. По существу фиг.6 (и фиг.7, описанная ниже) является просто иллюстрацией такой конструкции, и изобретение не ограничено показанной схемой. В то время как волны сигнала накачки и сигнала данных распространяются по волокну 68, предпочтительно легированному эрбием, сигнал данных усиливается в присутствии сигнала накачки. Устройство 10 соединено с другим концом 71 легированного волокна 68 согласно схеме соединения, рассмотренной выше при описании фиг.1 и 2. В одном варианте выполнения, показанном на фиг.6, устройство 10 содержит первое проходное волокно и один или более петлевой участок 18 волокна, компенсирующего дисперсию, причем сигнал данных может быть по выбору переключен переключателем 20 так, чтобы он не проходил ни через один из участков 18 волокна или проходил через любую их комбинацию для получения требуемой величины дисперсии. Альтернативно, участки 18 волокна могут быть легированы, как описано выше, так что сигнал данных, если требуется, будет дополнительно усилен при его прохождении по каждому дополнительному участку 18 легированного волокна, в котором присутствует сигнал накачки, для создания усилительного компонента с переключаемым в полевых условиях переменным усилением. В отсутствии значительной остаточной мощности накачки в участках 18 или если примесь не является флуоресцирующим веществом, устройство 10 осуществляет ослабление или фильтрацию сигналов данных или накачки, которые поглощаются примесью в участке или участках 18 волокна. В любом случае, однако, реализуется переключаемое в полевых условиях устройство, имеющее переменное усиление, ослабление или дисперсию.

На фиг. 7 схематически показан двухкаскадный усилительный компонент, содержащий волокно 62 накачки, волокно 64 сигнала, устройство 66 связи, усилительные волокна 68 и 68' первого и второго каскадов, легированные редкоземельными элементами, и устройство 10, размещенное между двумя каскадами 68, 68' усиления. В этом варианте выполнения участки 18 волокна в устройстве 10 являются предпочтительно волокнами, компенсирующими дисперсию, а устройство 10 размещено так, как показано, вследствие известных преимуществ размещения средств, компенсирующих дисперсию, между каскадами усиления усилительного компонента. Как и прежде, устройство 10 может быть связано с усилительными волоконными каскадами с помощью схемы соединения, показанной на фиг.1 или 2.

На фиг.3 схематично показана волоконно-оптическая система передачи согласно данному изобретению, включающая передатчик 40 и приемник 50 на противоположных концах частей 42, 42' линии передачи и волоконно-оптическое устройство 10, расположенное на линии передачи между передатчиком и приемником. В варианте выполнения, проиллюстрированном на фиг.3, устройство 10 включено в систему так, как описано выше при рассмотрении фиг.1 и 2. Каждый участок 18 петлевого волокна является предпочтительно волокном, компенсирующим дисперсию, или легированным волокном для осуществления соответственно компенсации дисперсии или фильтрации.

На фиг. 4 показана система передачи, приведенная на фиг.3, с оптическим усилительным компонентом 60, рассмотренным при описании фиг.5-7 и являющимся частью системы.

В варианте выполнения, проиллюстрированном на фиг.8, волоконно-оптическое устройство 100, имеющее переключаемые рабочие характеристики, включает входное волокно 140, которое может соединяться с передающим волокном или с другим компонентом на его первом конце 141, и оптический переключатель 200 1xN, оптически соединенный со вторым концом 142 входного волокна 140 в общей точке 201 соединения переключателя 200. Первое маршрутное волокно 150, имеющее известные характеристические параметры (например, длину, критическую длину волны, Δ, концентрацию примесей и т. п.) оптически соединено с первой точкой 210 соединения переключателя 200, a N-e маршрутное волокно 160, имеющее известные характеристические параметры, которые отличаются от параметров любого другого маршрутного волокна, соединено с N-й точкой 211 соединения переключателя 200, при этом сигнал λ, распространяющийся по входному волокну 140 по направлению к маршрутным волокнам может быть по выбору переключен переключателем 200 так, чтобы он распространялся по одному из N маршрутных волокон.

Средства 300 обеспечивают оптическую связь N маршрутных волокон с первым концом 171 выходного волокна 170, которое может быть затем соединено с другим волокном или компонентом на втором конце 172. Средства 300 связи могут содержать любой тип пассивного устройства связи или оптический переключатель, хорошо известные специалистам. Маршрутные волокна 150, 160 предпочтительно легированы веществом, которое флуоресцирует в присутствии энергии накачки или возбуждения. Типичные примеси могут включать редкоземельные элементы, например, эрбий, неодим, празеодим и другие, но не только их. Устройство, показанное на фиг.8, имеет то преимущество, что переключатель 200 1xN более устойчив к эффектам перекрестных помех и многолучевой интерференции, чем существующие оптические переключатели NxN, где N обычно равно 2.

Другой вариант выполнения устройства, показанного на фиг.8, приведен на фиг. 9. Аналогичные цифровые обозначения использованы для тех частей этого устройства, которые совпадают с показанными на фиг.8. В этом варианте изобретения устройство 100' содержит другие N маршрутных волокон 150', 160', которые соответственно оптически соединены с маршрутным волокном 151 другим оптическим переключателем 200' 1xN аналогично тому, как описано в отношении фиг. 8. Сигнал λ, распространяющийся по входному волокну 140, может быть по выбору направлен в волокно 151 или 152 через оптический переключатель 200. Если сигнал λ распространяется по маршрутному волокну 151, то он затем может быть по выбору пропущен через одно из маршрутных волокон 150', 160' и направлен в конечную часть маршрутного волокна 151 средствами 300', а затем в выходное волокно 170 средствами 300. Альтернативно, сигнал λ может распространяться по входному волокну 140 и может быть направлен в волокно 152 через оптический переключатель 200 и далее в выходное волокно 170 средствами 300.

Варианты выполнения изобретения, проиллюстрированные на фиг.8 и 9, особенно удобны для поддержания равномерности усиления в усилителе на легированном волокне по существу независимо от мощности входного сигнала, что является очень полезным для многоканальной работы. Устройства 100, 100' подходят для конструирования активных или пассивных блоков усиления, волоконно-оптических усилителей или компонентов волоконной системы передачи, включающей передатчик и приемник.

Хотя описан предпочтительный вариант выполнения изобретения, специалистам понятно, что возможны различные модификации и изменения, не выходящие за пределы сущности и объема изобретения, которое ограничено только прилагаемой формулой.

Формула изобретения

1. Оптическое волоконное устройство с переключаемыми рабочими характеристиками, содержащее первое волокно для распространения световой волны и петлевой участок волокна, компенсирующего дисперсию, для распространения световой волны, соединенный с указанным первым волокном между первым и вторым концами первого волокна через оптический переключатель для формирования оптического пути из первого волокна в указанный петлевой участок волокна и опять вдоль первого волокна, когда указанный переключатель находится в положении "включено", и для формирования оптического пути вдоль первого волокна, без прохождения петлевого участка волокна, когда переключатель находится в положении "выключено".

2. Оптическое волоконное устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный петлевой участок волокна включает множество участков волокна, отделенных один от другого, причем каждый участок соединен с указанным первым волокном между его первым и вторым концами через оптический переключатель, связанный с каждым участком волокна, для обеспечения оптического пути из первого волокна по каждому указанному петлевому участку волокна и опять вдоль первого волокна, когда каждый указанный переключатель, связанный с каждым участком волокна, находится в положении "включено" и для обеспечения оптического пути вдоль первого волокна, без прохождения каждого соответствующего петлевого участка волокна, когда каждый указанный переключатель находится в положении "выключено".

3. Оптическое волоконное устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит первый и второй дополнительные оптические переключатели, соединенные соответственно с указанными первым и вторым концами первого волокна для соединения указанного устройства с другим волокном.

4. Устройство для усиления и/или фильтрации оптического сигнала, содержащее волокно, несущее сигнал накачки, волокно, несущее сигнал данных, волоконный каскад для усиления сигнала данных, легированный веществом, флуоресцирующим в присутствии сигнала накачки, оптическое устройство связи для соединения волокна, несущего сигнал накачки, и волокна, несущего сигнал данных, с первым концом волоконного каскада усиления и блок, включающий первое волокно, первый конец которого соединен со вторым концом волоконного каскада усиления, и петлевой участок волокна, соединенный с указанным первым волокном между первым и вторым концами первого волокна через оптический переключатель для обеспечения оптического пути из первого волокна в петлевой участок волокна и опять вдоль первого волокна, когда указанный переключатель находится в положении "включено", и для обеспечения оптического пути вдоль первого волокна, без прохождения петлевого участка волокна, когда указанный переключатель находится в положении "выключено".

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что указанный петлевой участок является компенсирующим дисперсию волокном или волокном, легированным веществом, способным усиливать или поглощать указанный сигнал данных соответственно в присутствии или в отсутствии сигнала накачки в указанном петлевом волокне.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что легирующим веществом является подходящая форма редкоземельного элемента.

7. Устройство по любому предыдущему пункту, отличающееся тем, что указанное первое волокно и указанный петлевой участок волокна содержит волокна, имеющие критическую длину волны в диапазоне от примерно 900 нм до примерно 1400 нм.

8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что указанный петлевой участок волокна содержит множество участков волокна, отделенных один от другого, каждый из которых соединен с указанным первым волокном между его первым и вторым концами посредством оптического переключателя, связанного соответственно с каждым участком волокна, для формирования оптического пути из первого волокна в каждый соответствующий петлевой участок волокна и опять вдоль первого волокна, когда каждый указанный переключатель, связанный соответственно с каждым участком волокна, находится в положении "включено", и для формирования оптического пути вдоль первого волокна, без прохождения каждого петлевого участка волокна, когда каждый указанный переключатель находится в положении "выключено".

9. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что оно содержит первый и второй дополнительные оптические переключатели, соединяющие соответственно первый конец первого волокна со вторым концом волоконного каскада усиления, а второй конец первого волокна с другим участком передающего волокна, параллельно участку передающего волокна, связывающему второй конец волоконного каскада усиления и указанный другой участок передающего волокна.

10. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй волоконный каскад для усиления сигнала данных, легированный веществом, флуоресцирующим в присутствии сигнала накачки, и подключенный своим первым концом ко второму концу первого волокна.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что петлевой участок волокна содержит волокно, компенсирующее дисперсию.

12. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что указанные участки петлевых волокон выбирают из а) участков волокна одинаковой длины, имеющих одинаковые величины дисперсии, б) участков волокна одинаковой длины, имеющих разные величины дисперсии, в) участков волокна разной длины.

13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что оно содержит первый и второй дополнительные оптические переключатели, соединяющие соответственно указанный первый конец первого волокна с указанным вторым концом волоконного каскада усиления, а второй конец первого волокна с первым концом второго волоконного каскада усиления сигнала данных, параллельно участку передающего волокна, соединяющему второй конец волоконного каскада усиления и первый конец второго волоконного каскада усиления сигнала данных.

14. Оптическое волоконное устройство с переключаемыми рабочими характеристиками, содержащее входное волокно, оптический переключатель 1хN, общая точка соединения которого оптически соединена со вторым концом входного волокна, первое маршрутное волокно с известными характеристическими параметрами, оптически соединенное с первой точкой соединения переключателя, N-е маршрутное волокно с известными характеристическими параметрами, которые отличаются от параметров любого другого маршрутного волокна, соединенные с N-й точкой соединения переключателя, причем сигнал, распространяющийся по входному волокну по направлению к маршрутным волокнам, может быть по выбору переключен так, чтобы он распространялся по одному из N маршрутных волокон, а каждое из N маршрутных волокон является либо волокном, компенсирующим дисперсию, либо волокном, легированным веществом, флуоресцирующим в присутствии энергии накачки, выходное волокно и средства для оптического соединения N маршрутных волокон с первым концом выходного волокна.

15. Оптическое волоконное устройство по п. 14, отличающееся тем, что оно содержит дополнительный оптический переключатель 1хN, первая точка соединения которого оптически соединена с любым одним из N маршрутных волокон между оптическим переключателем 1хN и средствами оптического соединения, дополнительные N маршрутных волокон, соединенных с другими N точками соединения дополнительного переключателя и средства для соединения дополнительных N маршрутных волокон с указанным одним из N маршрутных волокон после дополнительного оптического переключателя 1хN.

Приоритет по пунктам:
02.04.1996 по пп. 1-3;
04.04.1996 по пп. 14 и 15.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9