Двунаправленный оптический усилитель и способ двунаправленной связи

Двунаправленный оптический усилитель и способ двунаправленной связи

Реферат

 

Изобретение относится к технике электросвязи. Двунаправленный оптический усилитель, содержащий однонаправленный оптический усилительный блок, характеризуемый одной полосой длин волн усиления; два порта ввода и вывода по меньшей мере для двух оптических сигналов с противоположными направлениями распространения, имеющих первую и вторую длины волн соответственно, отличающиеся одна от другой и входящие в полосу длин волн усиления; два первых и два вторых селективных к длинам волн оптических элемента связи, имеющих первую полосу пропускания, включающую упомянутую первую длину волны, и вторую полосу пропускания, включающую вторую длину волны, соответственно, причем упомянутые первая и вторая полосы пропускания взаимно не перекрываются, усилительный блок подсоединен между противоположными узлами оптической мостовой схемы, в узлах которой находятся упомянутые первый и второй селективные оптические элементы связи, которые размещены симметрично относительно усилительного блока и портов ввода и вывода упомянутых оптических сигналов. Техническим результатом является упрощение конструкции усилителя. 4 с. и 7 з.п.ф-лы, 16 ил., 2 табл.

Настоящее изобретение относится к оптиковолоконной двунаправленной системе связи и к двунаправленному оптическому усилителю.

В последнее время в технике электросвязи стали широко использоваться оптические волокна для передачи оптических информационных сигналов на большие расстояния.

Известно, что оптические сигналы, передаваемые по оптическому волокну, испытывают ослабление при их распространении, что приводит к необходимости усиления сигнала до уровня, обеспечивающего его передачу на необходимое расстояние до приемной станции с уровнем мощности, достаточным для корректного приема передаваемых сообщений.

Такое усиление может быть обеспечено соответствующими усилителями, расположенными с заданными интервалами вдоль линии, при этом усилители периодически повышают мощность передаваемого оптического сигнала.

Для этой цели обычно используют оптические усилители, в которых сигнал усиливается, сохраняя оптическую форму, т.е. без оптоэлектронного детектирования сигнала и обратного электрооптического его преобразования.

Такие оптические усилители основываются на свойствах флюоресцентной легирующей примеси (например, эрбия), которая при соответствующем возбуждении управляемой световой энергией формирует высокий уровень излучения в диапазоне длин волн, соответствующем минимальному ослаблению света в оптических волокнах на основе диоксида кремния.

Такие усилители представляют собой устройства однонаправленного типа, т. е. в таких усилителях оптический сигнал имеет предварительно определенное направление распространения. Это объясняется тем, что, как описано, например, в патенте США N 5204923 и в патенте США N 5210808 того же Заявителя, оптические усилители, в частности, если требуется обеспечить высокое усиление, содержат компоненты однонаправленного типа, предназначенные для того, чтобы предотвратить возврат к усилителю сигналов, отраженных вне усилителя, например, вследствие рэлеевского рассеяния в оптических волокнах, соединенных с усилителями.

Вследствие этого, двунаправленная передача требует использования двух отдельных каналов связи, снабженных соответствующими усилителями, каждый из которых используется для осуществления связи в одном направлении, что приводит к высоким затратам на осуществление связи.

Делались попытки получить двунаправленное усиление с использованием одного однонаправленного усилителя за счет использования возможности, предоставляемой усилителями с флюоресцентными легирующими примесями, усиливать сигнал на различных длинах волн независимым образом. Двунаправленный усилитель, основанный на этом принципе, описан в статье S.Seikai et al. "Novel Optical Circuirt Suitable for Wevelength Division Bidirectional Optical Amplification", опубликованной в журнале Electronics Letters, Vol 29, N 14, July 8, 1993, p.p. 1268-1270. В этом устройстве, расположенном в оптиковолоконной линии передачи, два сигнала на различных длинах волн передаются в противоположных направлениях. Это устройство содержит элементы связи, селективные к длинам волн, и однонаправленный усилительный блок на легированном оптическом волокне, соединенные между собой участками пассивного оптического волокна. Обе длины волн сигналов находятся в пределах полосы усиления легированного оптического волокна. Посредством селективных к длинам волн элементов связи два сигнала с различными длинами волн пропускают в различные оптические каналы распространения. Два оптических канала распространения совпадают только на участке, соответствующем усилительному блоку на легированном оптическом волокне, по которому распространяются два сигнала в одном и том же направлении. Устройство, которое более подробно будет описано ниже, имеет недостаток, заключающийся в нестабильности, обусловленной внутренними отражениями на длине волн, промежуточной между длинами волн двух распространяющихся сигналов. Эта проблема может быть решена только за счет использования дополнительных фильтров, причем некоторые из них должны быть перестраиваемыми. В результате требуется весьма сложная конструкция и необходимо использовать устройства для постоянной высокоточной настройки упомянутых фильтров.

В соответствии с одним аспектом, изобретение относится к двунаправленному оптическому усилителю, содержащему - оптический усилительный блок, включающий в себя по меньшей мере один оптический элемент развязки, характеризуемый полосой длин волн усиления, - два оптических порта ввода и вывода по меньшей мере для двух оптических сигналов с противоположными направлениями распространения, причем эти сигналы имеют соответственно первую и вторую длины волн, эти длины волн отличны одни от другой и находятся в полосе длин волн усиления, - два первых и два вторых селективных к длинам волн оптических элемента связи, имеющих первую полосу пропускания, включающую упомянутую первую длину волны, и вторую полосу пропускания, включающую упомянутую вторую длину волны, причем упомянутые первая и вторая полосы пропускания взаимно не перекрываются, при этом упомянутый усилительный блок соединен с двумя противоположными узлами оптической мостовой схемы, с другими противоположными узлами которой соединены упомянутые входной и выходной порты, причем в узлах мостовой схемы включены упомянутые оптические селективные элементы связи, отличающемуся тем, что первый и второй селективные элементы связи размещены симметрично относительно усилительного блока и упомянутых входного и выходного портов оптических сигналов.

В предпочтительном примере выполнения усилительный блок включает в себя, по меньшей мере, одно легированное эрбием оптическое волокно.

Предпочтительно оптическое волокно в числе легирующих примесей содержит оксид алюминия, германий, и наиболее предпочтительно оптическое волокно содержит в числе легирующих примесей оксид алюминия, германий и лантан.

Упомянутая полоса пропускания селективных элементов связи предпочтительно имеет ширину по меньшей мере 10 нм.

В возможном варианте выполнения по меньшей мере одна из упомянутых полос пропускания содержит по меньшей мере два сигнала различных длин волн.

В предпочтительном варианте выполнения селективные к длине волн элементы связи имеют добротность, равную или большую 0,5.

В соответствии со вторым аспектом, настоящее изобретение относится к двунаправленному оптическому усилителю, содержащему - оптический усилительный блок, включающий по меньшей мере один оптический элемент развязки, характеризуемый полосой длин волн усиления, - два оптических порта ввода и вывода по меньшей мере для двух оптических сигналов с противоположными направлениями распространения, причем упомянутые сигналы имеют соответственно первую и вторую длину волны, отличные одна от другой; - по меньшей мере два селективных к длинам волн оптических элемента связи, имеющие полосу пропускания, включающую упомянутую первую длину волны, и полосу отражения, включающую упомянутую вторую длину волны, причем упомянутые полосы взаимно не перекрываются, - при этом упомянутый усилительный блок соединен с двумя противоположными узлами оптической мостовой схемы, с двумя другими противоположными узлами которой соединены упомянутые входной и выходной порты, причем мостовая схема образует по меньшей мере одну цепь обратной связи, включающую упомянутый усилительный блок и не более трех из упомянутых элементов связи, отличающемуся тем, что выполнение упомянутых селективных к длинам волн элементов связи таково, что каждая из упомянутых цепей обратной связи имеет полное ослабление, превышающее усиление усилителя на каждой длине волны в пределах полосы усиления, в присутствии отражений по меньшей мере, 15 дБ на одном из упомянутых портов ввода и вывода и при отсутствии средств фильтрации.

В предпочтительном варианте, согласно этому второму аспекту изобретения, двунаправленный оптический усилитель отличается тем, что оптическая мостовая схема содержит два селективных к длинам волн элемента связи с первой полосой пропускания и два селективных к длинам волн элемента связи с второй полосой пропускания, расположенные в узлах упомянутой схемы, причем элементы связи расположены симметрично относительно усилительного блока.

Согласно другому аспекту, настоящее изобретение относится к двунаправленному оптическому усилителю, содержащему - оптический усилительный блок, включающий по меньшей мере один оптический элемент развязки, характеризуемый полосой длин волн усиления, - два порта ввода и вывода по меньшей мере для двух оптических сигналов с противоположными направлениями распространения, эти сигналы имеют соответственно первую и вторую длину волны соответственно, причем упомянутые длины волн отличны одна от другой и находятся в пределах упомянутой полосы длин волн усиления, - два селективных к длинам волн оптических элемента связи одного типа и два селективных к длинам волн оптических элемента связи второго типа, - соответственно имеющих первую полосу пропускания, включающую упомянутую первую длину волны, и полосу пропускания, включающую упомянутую вторую длину волны, причем упомянутые полосы пропускания первой и второй длин волн взаимно не перекрываются; - и соответственно имеющих первую полосу отражения, включающую упомянутую вторую длину волны, и вторую полосу отражения, включающую упомянутую первую длину волны; - и имеющих каждый одно волокно общего доступа, одно волокно доступа, передающее на свой выход сигналы в упомянутой полосе пропускания, и одно волокно доступа, передающее на свой выход сигналы в упомянутой полосе отражения, отличающемуся тем, что первый порт ввода/вывода соединен с общим оптическим волокном первого селективного элемента связи первого типа; оптическое волокно, передающее на свой выход сигналы в упомянутой полосе пропускания первого селективного элемента связи первого типа, соединено с оптическим волокном, передающим на свой выход сигналы в упомянутой полосе отражения первого селективного элемента связи второго типа; оптическое волокно, передающее на свой выход сигналы в полосе отражения первого селективного элемента связи первого типа, соединено с волокном, передающим на свой выход сигналы в упомянутой полосе пропускания второго селективного элемента связи второго типа, однонаправленный усилительный блок включен между общим оптическим волокном первого селективного элемента связи второго типа и общим оптическим волокном второго селективного элемента связи второго типа, так, что оптический элемент развязки обеспечивает прохождение излучения в направлении от первого к второму селективному элементу связи второго типа; оптическое волокно, передающее на свой выход сигналы в полосе пропускания первого селективного элемента связи второго типа, соединено с волокном, передающим на свой выход сигналы в упомянутой полосе отражения второго селективного элемента связи первого типа; оптическое волокно, передающее на свой выход сигналы в упомянутой полосе отражения второго селективного элемента связи второго типа, соединено с волокном, передающим на свой выход сигналы в упомянутой полосе пропускания второго селективного элемента связи первого типа; общее волокно второго селективного элемента связи первого типа соединено с вторым портом ввода/вывода.

Согласно еще одному аспекту, настоящее изобретение относится к способу двунаправленной связи, включающему - генерирование первого оптического сигнала и второго оптического сигнала соответственно с первой и второй длинами волн в первой и второй передающих станциях; - введение упомянутого первого и второго сигналов в противоположные концы оптического волокна линии связи соответственно, - усиление упомянутых первого и второго сигналов по меньшей мере однократно в оптическом усилителе, введенном в линию связи, - прием упомянутых первого и второго сигналов соответственно первой и второй приемными станциями на противоположных концах оптического волокна канала связи относительно упомянутых первой и второй передающих станций, причем операция усиления упомянутых первого и второго сигналов осуществляется одним оптическим усилителем, содержащим оптико- волоконный усилительный блок с оптическим элементом развязки, и включает - передачу каждого из упомянутых сигналов по меньшей мере однократно через первый селективный к длинам волн оптический элемент связи, - отражение каждого из упомянутых сигналов, по меньшей мере, однократно посредством второго селективного к длинам волн оптический элемент связи, как в одном направлении, так и в противоположном направлении усилительного блока, - отличающемуся тем, что операции передачи и отражения осуществляются в одной и той же последовательности для каждого из сигналов.

Фиг. 1 - блок-схема двунаправленной линии передачи согласно изобретению, Фиг. 2 - блок-схема блока сопряжения линии, выполненного согласно изобретению, Фиг. 3 - блок-схема элемента связи с селективным отражением, предназначенного для использования в двунаправленных усилителях, и его спектральная характеристика передачи, Фиг. 4 - характеристика спектрального ослабления сигналов, передаваемых между двумя парами волокон доступа элемента связи с селективным отражением первого типа, Фиг. 5 - блок-схема двунаправленного оптического усилителя, известного из предшествующего уровня техники, Фиг. 6 - блок-схема двунаправленного оптического усилителя, экспериментально опробованного заявителем, Фиг. 7 - схема дополнительного двунаправленного оптического усилителя, экспериментально опробованного заявителем, Фиг. 8 - характеристика спектрального ослабления сигналов, передаваемых между двумя парами оптических волокон доступа элемента связи с селективным отражением второго типа, Фиг. 9 - блок-схема линии передачи, содержащей устройство, выполненное согласно одному варианту осуществления изобретения, Фиг. 10 - график, иллюстрирующий перекрывающиеся спектр сигналов на двух выходах двунаправленного оптического усилителя в линии передачи по фиг. 9; Фиг. 11 - график частоты ошибок по битам в зависимости от ослабления между усилителями в линии передачи по фиг. 9, Фиг. 12 - детальная блок-схема двунаправленного оптического усилителя, выполненного согласно второму варианту осуществления изобретения, Фиг. 13 - график, иллюстрирующий перекрытие спектров, измеренных на двух выходах двунаправленного оптического усилителя в отсутствие оптических входных сигналов, Фиг. 14 - график, иллюстрирующий перекрытие спектров, измеренных на двух выходах двунаправленного оптического усилителя в присутствии оптических входных сигналов, Фиг. 15 - блок-схема однонаправленного усилительного блока, который может быть использован в двунаправленном усилителе, соответствующем изобретению, Фиг. 16 - блок-схема системы контроля и управления для двунаправленного оптического усилителя.

Как показано на фиг. 1, двунаправленная оптическая система связи, соответственно изобретению, содержит две оконечные станции А и В, каждая из которых содержит соответствующую передающую станцию 1A, 1B и соответствующую приемную станцию 2A, 2B.

В частности, передающая станция 1A содержит лазерный передатчик с первой длиной волны ₁ (например, 1533 нм), а передающая станция 1B содержит лазерный передатчик с длиной ₂ волны (например, 1556 нм).

Передатчики 1A, 1B представляют собой передатчики, модулированные непосредственно или посредством внешней модуляции, согласно требованиям линии связи, в частности во взаимосвязи с хроматической дисперсией оптиковолоконной линии, ее длиной и предусмотренной скоростью передачи.

Выходной сигнал каждого из передатчиков 1A, 1B поступает на вход соответствующего усилителя 3 и затем на вход элемента связи 4, который является селективным к соответствующим длинам волн указанных лазерных передатчиков 1A, 1B.

Выходной сигнал селективного элемента связи 4, в котором две длины волны ₁ и ₂ мультиплексированы совместно в одном волокне, подается в оконечную часть оптической линии 5, содержащей оптическое волокно, соединяющее две оконечные станции A и B друг с другом.

Оптическое волокно оптической линии связи 5 обычно представляет собой одномодовое оптическое волокно типа со ступенчатым индексом (S1) или типа с дисперсионным смещением, обычным образом введенное в соответствующий оптический кабель. Его длина составляет несколько десятков (или сотен) километров между каждым из усилителей, обеспечивая перекрытие требуемой дистанции связи.

В линию передачи 5 введен двунаправленный оптический усилитель 6, соответствующий настоящему изобретению.

Хотя в настоящем описании показан только один оптический усилитель, могут использоваться несколько последовательно соединенных оптических усилителей, в зависимости от общей длины оптической линии связи и уровней мощности в различных ее частях. Например, участок оптического волокна между оконечным пунктом и усилителем или между двумя последовательными усилителями может составить до 100 км.

Если передаваемые оптические сигналы должны генерироваться источниками сигналов, имеющими свойственные им характеристики передачи (например, длину волны, тип модуляции, мощность), отличные от тех, которые указаны в описываемой системе связи, каждая передающая станция 1A, 1B должна содержать соответствующий блок сопряжения, предназначенный для приема внешних исходных оптических сигналов и для детектирования и регенерирования их повторно с новыми характеристиками, адаптированными к передающей системе.

В частности, упомянутые блоки сопряжения генерируют соответствующие оптические рабочие сигналы с длинами волн ₁,₂ (также называемые для краткости ₁ - сигнал и ₂ - сигнал), адаптированные к требованиям системы, как поясняется ниже.

В патенте США N 5267073 того же Заявителя, приведенном здесь для ссылки, описаны блоки сопряжения, которые, в частности, содержат передающий преобразователь, предназначенный для преобразования оптического входного сигнала в оптический сигнал, форма которого соответствует оптической линии передачи, а также приемный преобразователь, предназначенный для преобразования передаваемого сигнала в форму, соответствующую приемному блоку.

Для использования в системе, соответствующей изобретению, передающий преобразователь предпочтительно содержит лазер с внешним типом модуляции в качестве лазера, генерирующего выходной сигнал.

Блок-схема предназначенного для сопряжения передающего блока, выполненная в соответствии с изобретением, представлена на фиг. 2, на которой для наглядности линии оптической связи представлены сплошной линией, а линии электрической связи - прерывистой линией.

Оптический сигнал от внешнего источника 7 принимается фотодетектором (фотодиодом) 8, излучающим электрический сигнал, поступающий на электронный усилитель 9.

Электрический выходной сигнал с усилителя 9 подается на схему управления 10 модулируемого лазерного излучателя 11, предназначенного для генерирования оптического сигнала с предварительно выбранной длиной волны, содержащего информацию входного сигнала.

В необходимом случае разрешающая схема 12 канала обслуживания может быть подсоединена к схеме управления 10.

Модулированный лазерный излучатель 11 содержит лазер непрерывного излучения 13 и внешний модулятор 14, например, типа Маха-Зендера, управляемый выходным сигналом схемы 10.

Схема 15 контролирует длину волны излучения лазера 13, поддерживает ее постоянной, соответствующей предварительно выбранному значению, за счет компенсации возможных внешних возмущений, например, обусловленных температурой и т.п.

Предназначенные для сопряжения приемные блоки вышеуказанного типа описаны в упомянутом патенте и поставляются Заявителем с торговой маркой TXT/E-EM.

Как вариант, лазерные передатчики 1A, 1B могут представлять собой лазерные передатчики, работающие на выбранных длинах волн, использующие лазеры с распределенной обратной связью (DFB-лазеры) с длиной волны 1533 и 1556 нм. В экспериментах по передаче сигнала, описанных ниже, в частности, использовался лазер с распределенной обратной связью с длиной волны 1533 нм, непосредственно модулированный с частотой 2,5 Гбит/с, включенный с приемником в оконечное устройство SDH модели SLX-1/16, введенной в коммерческий оборот компанией PHILIPS NEDERLAND BV, 2500 BV, 's Gravenhage (Нидерланды), лазер с распределенной обратной связью с длиной волны 1556 нм непрерывного излучения, изготавливаемый компанией ANRITSU CORP. , 5-10-27 Minato-ku, Токио (Япония).

Как показано на фиг. 1, усилители 3 повышают уровень сигналов, генерируемых передатчиками 1A, 1B, до значения, достаточного для обеспечения распространения сигналов на участке оптического волокна до приемной станции или средства усиления, при сохранении достаточного уровня мощности на приемном конце, чтобы обеспечить требуемое качество передачи.

Для выполнения целей изобретения и вышеуказанного его использования усилитель 3 выполнен, например, в виде оптиковолоконного усилителя коммерчески доступного типа со следующими характеристиками: - входная мощность от -5 до +2 дБмВт - выходная мощность 13 дБмВт - рабочая длина волны 1530-1560 нм Соответствующей моделью является ТРА/Е-12, выпускаемая Заявителем.

Селективные элементы связи 4 являются оптическими компонентами, предназначенными для передачи оптических сигналов на различных длинах волн в единое выходное оптическое волокно и для разделения двух перекрывающихся сигналов в едином входном оптическом волокне на два оптических выходных волокна соответственно, в зависимости от конкретных длин волн. Указанные селективные элементы связи необходимы для получения ширины полосы пропускания, обеспечивающей разделение сигналов в двух направлениях, в отсутствие перекрестных помех.

Селективные элементы связи 21, 22 могут предпочтительно иметь вид, схематично представленный на фиг. 3A. Они имеют четыре оптических волокна доступа (входные или выходные порты) 101, 102, 103, 104 соответственно и содержат селективно отражающий элемент 105 в средней части, причем отражающий элемент действует подобно полосно пропускающему элементу при передаче и подобно полосно режектирующему элементу при отражении. Таким образом этот элемент предназначен для обеспечения прохождения сигналов с длиной волны в предварительно определенной полосе и для отражения сигналов с длиной волны, вне этой полосы. Входной сигнал, поступающий в оптическое волокно 101 селективного элемента связи, с длиной волны _p внутри полосы пропускания элемента 105 передается без значительного ослабления в оптическое волокно 103, и, аналогично, сигналы с длиной волны _p передаются из оптического волокна 104 в оптическое волокно 102 или симметричным образом из оптического волокна 103 в оптическое волокно 101 и из оптического волокна 102 в оптическое волокно 104. Входной сигнал, поступающий в оптическое волокно 101, с длиной волны _r за предела ми такой полосы, наоборот, отражается в оптическое волокно 104, и, аналогично, сигналы с длиной волны _r проходят из оптического волокна 102 в оптическое волокно 103 и симметричным образом - из оптического волокна 104 в оптическое волокно 101 и из оптического волокна 103 - в оптическое волокно 102.

На фиг. 3B представлена рассмотренная ниже полоса пропускания селективно отражающего элемента 105 или, более широко, полоса пропускания селективного элемента связи; полоса, длины волн которой близки к волне с минимальным ослаблением при передаче и которой при передаче через селективно отражающий элемент 105 соответствует ослабление не более 0,5 дБ дополнительно к минимальному ослаблению. Ширина этой полосы пропускания представлена на фиг. 3B как ширина полосы на уровне - 0,5 дБ ("-0,5 dB BW").

Аналогичным образом ниже будет рассмотрена в качестве полосы отражения селективно отражающего элемента 105 или, более широко, в качестве полосы отражения селективного элемента связи, полоса, длины волн которой близки к длине волны минимального ослабления при отражении и которой при отражении селективным отражающим элементом 105, соответствует ослабление не более 0,5 дБ в дополнение к минимальному ослаблению.

Селективные элементы связи выбраны таким образом, что, по меньшей мере, часть их полосы пропускания и, по меньшей мере, часть их полосы отражения находятся в полосе усиления двунаправленного усилительного блока, и что длины волн ₁ и ₂ входят соответственно в упомянутые полосу пропускания и полосу отражения.

В то время как описаны четыре оптических волокна доступа, могут быть использованы селективные элементы связи только с тремя оптическими волокнами доступа, при этом четвертое из них (например, 104) остается неиспользованным.

К примеру, пригодным для применения селективным элементом связи является модель WD 1515AY-A3, введенная в коммерческий оборот компанией JDS FITEL INC., Hesion Drive Hepean, Онтарио (Канада), структура которой соответствует приведенному описанию со ссылками на фиг. 3A, в варианте использования только трех оптических волокон доступа 101, 102, 103.

Характеристики относительного спектрального ослабления приведены на фиг. 4A и 4B. Приведенные кривые показывают ослабление при изменении длины волны, испытываемое сигналом, введенным в данное оптическое волокно селективного элемента связи, при его распространении до достижения конкретного выходного оптического волокна. Кривая 4A, в частности, относится к случаю распространения сигналов между оптическими волокнами 102 и 103 и показывает значительное ослабление ( > 20 дБ) для длин волн в пределах полосы около 10 нм с центральной длиной волны 1533 нм и очень малое ослабление (около 0,5 дБ) для длин волн, превышающих 1543 нм. Кривая 4B, относящаяся к случаю распространения сигналов между оптическими волокнами 101 и 103, симметрична относительно предыдущей кривой и проявляет очень малое ослабление (около 0,7 дБ) для длин волн в полосе около 10 нм с центральной длиной волны 1533 нм и значительное ослабление ( > 20 дБ) для длин волн, превышающих 1543 нм.

Для селективного элемента связи указанной модели ширина определенной выше полосы пропускания составляет около 10 нм.

По аналогии, возвращаясь к фиг. 3B, отметим, что на ней представлена полоса пропускания на уровне - 20 дБ селективного элемента связи; полоса длин волн, которой соответствует ослабление не более 20 дБ дополнительно к минимальному ослаблению, при передаче через селективный элемент связи.

Ширина этой полосы пропускания на уровне - 20 дБ ("-20 dB BW" на фиг. 3B) соответствует ширине около 20 нм для селективного элемента связи упомянутой модели.

Добротность селективного элемента связи, определяемая как отношение ширины полосы пропускания к ширине полосы пропускания на уровне -20 дБ, составляет около 0,5 для селективного элемента связи указанной модели.

На фиг. 5 представлена блок-схема известного двунаправленного усилителя с разделением длин волн, описанного в упомянутой выше статье в журнале Electronics Letters авторов S.Seikai и др. Эта блок-схема приведена на фиг. 1 указанной статьи.

Устройство содержит оптический однонаправленный усилительный блок EDFA, четыре селективных к длинам волн оптических элемента связи WSC1, WSC8, WSC9, WSC2 и два оптических соединителя 106, 107.

Усилительный блок, представленный на чертеже в упомянутой статье, содержит два каскада легированного эрбием оптического волокна, причем первый оптический элемент развязки введен между двумя каскадами, а второй оптический элемент развязки введен на выходе второго каскада, оба они на блок-схеме имеют обозначение ISO.

В качестве селективных к длинам волн оптических элементов связи в статье указаны элементы типов JDS1535 (WSC1, WSC2) и JDS1550 (WSC8, WSC9).

В соответствии с указанной статьей оба типа элементов при их использовании не выявляют никаких различий.

Селективные элементы связи WSC имеют два канала с длинами волн _a и _b в окрестности 1,533 и 1,550 мкм.

Схема усиления, включенная между соединителями 106, 107, представляет собой мостовую схему, в которой, ввиду свойств селективных элементов связи WSC, оба противоположно распространяющихся оптических сигнала на разных длинах волн проходят через усилительный блок EDFA в одном и том же направлении.

В упомянутой статье утверждается, что такая простая конфигурация, использующая четыре коммерчески доступных (не отличающихся друг от друга) селективных элемента связи WSC, может работать в случае усилителей с усилением ниже 25 дБ, в то время как для усилений, превышающих 30 дБ, схема становится неустойчивой, вследствие потерь при прохождении через селективные элементы связи. Для решения этой проблемы в статье предлагается использовать селективный элемент WSC4 типа JDS 1535, во входной ветви на длине волны 1,55 мкм петли, и два оптических перестраиваемых фильтра TOF1 и TOF2 во входных ветвях для снижения шумов спонтанного излучения; если упомянутые фильтры заменить селективными элементами связи WSC, система становится неустойчивой на длине волны 1,54 мкм в области пересечения полос пропускания селективных элементов связи.

Использование дополнительных селективных оптических элементов связи, как это предложено, существенно усложняет структуру системы. Кроме того, использование фильтров перестраиваемого типа, которые требуют высокоточной и непрерывной настройки, а также использование других средств контроля, делает практическое осуществление предложенной конфигурации еще более трудным.

Устройство, обозначенное на блок-схеме по фиг. 6, позицией 6, соответствует двунаправленному усилителю, соответствующему одной из конфигураций, исследованных Заявителем.

Он содержит один однонаправленный усилительный блок 20, который будет описан ниже, два селективных к длинам волн оптических элемента связи 21 и 22, два оптических соединителя 106, 107 и участки 23, 29 пассивного оптического волокна.

Как показано на фиг. 6, соединитель 106 подсоединен к оптическому волокну 101 селективного элемента связи 21. Соединение между оптическим волокном 102 селективного элемента связи 21 и оптическим волокном 102 селективного элемента связи 22 осуществлено посредством оптического волокна 23, а соединение между оптическим волокном 104 селективного элемента связи 21 и оптическим волокном 104 селективного элемента связи 22 осуществлено посредством оптического волокна 29. Однонаправленный усилительный блок 20 включен между оптическим волокном 103 селективного элемента связи 21 и оптическим волокном 101 селективного элемента связи 22, так что рабочее направление этого блока соответствует направлению от селективного элемента связи 21 к селективному элементу связи 22. Наконец соединитель 107 подсоединен к оптическому волокну 103 селективного элемента связи 22.

Однонаправленный усилительный блок 20 представляет собой оптический усилительный блок предпочтительно типа оптического линейного усилителя, характеризуемый полосой длин волн усиления, в пределах которой выбраны рабочие длины волн ₁ и ₂ в обоих направлениях двунаправленного усилителя 6. Соответствующим линейным усилителем является, например, усилитель, введенный в коммерческий оборот Заявителем с торговой маркой OLA/EMW, детально описываемый ниже. Селективные элементы связи 21, 22 такие, как описано со ссылками на фиг. 3A.

Селективные элементы связи подбираются таким образом, что по меньшей мере часть их полосы пропускания и по меньшей мере часть их полосы отражения находятся в пределах полосы усиления усилительного блока, при этом длина волны ₁ находится в пределах их полосы пропускания, а длины волны ₂ - в пределах их полосы отражения.

Соответствующими селективными элементами связи являются, например элементы связи модели WD 1557AY-4, изготавливаемые вышеупомянутой компанией JDS FITEL; эта модель подобна ранее упомянутой модели WD 1515AY-A3, которая, однако, снабжена четырьмя оптическими волокнами доступа 101, 102, 103, 104. Соответствующие характеристики спектрального ослабления между оптическими волокнами 101 и 104 и между оптическими волокна ми 102 и 103 практически идентичны показанным на фиг. 4A. Аналогично, характеристики спектрального ослабления между оптическими 101 и 103 и между оптическими волокнами 102 и 104 практически идентичны показанным на фиг. 4B. Для этой модели селективной связи добротность также имеет значение около 0,5.

Оптические соединители 106, 107 могут быть серии SPC, производимой компанией SEIKON GIKEN, 296-1 Matsuhidal, Matsudo, Chiba (Япония).

Как показано на фиг. 6, в случае селективного элемента связи 21 входной сигнал с длиной волны ₁ , поступающий на вход оптического волокна доступа 101, проходит через селективный элемент связи без изменений и выходит из оптического волокна 103. Входной сигнал с длиной волны ₂ , поступающий на вход оптического волокна 104, отражается и передается на выход оптического волокна 101. Входной сигнал с длиной волны ₂ поступающий на вход оптического волокна 102, отражается и передается на выход оптического волокна 103. Аналогично, для селективного элемента связи 22 при наличии входных сигналов, поступающих на вход оптического волокна доступа 101 с длиной волны ₁ и длиной волны ₂ , сигнал с длиной волны ₁ проходит через этот селективный элемент связи без изменений и выходит из оптического волокна 103, в то время как сигнал с длиной волны ₂ отражается и передается на выход к оптическому волокну 104; входной сигнал с длиной волны ₂ поступающий на вход оптического волокна 103, отражается и передается на выход в оптическое волокно 102. Сигнал с длиной волны ₂ из линии передачи, проходящий через соединитель 107, поэтому претерпевает два отражения (22 и 21), усиливается в усилительном блоке 20 и претерпевает два последующих отражения (22 и 21) перед выходом из соединителя 106. Сигнал волны ₁ из линии передачи, проходящий через соединитель 106, передается через селективный элемент связи 21, усиливается и затем передается через селективный элемент связи 22.

Таким образом, устройство обеспечивает одновременное усиление сигналов двух длин волн в каждом