Одномодова двонаправлена широкосмугова система зв’язку

Одномодова двонаправлена широкосмугова система зв'язку, що містить два джерела випромінювання і два приймачі оптичних сигналів, два одномодові У-розгалужувачі і одномодову од відрізняється тим, що одномодові Урозгалужувачі виконані вузькосмуговими з рівномірним розподілом оптичної потужності на центральній довжині хвилі робочої спектральної смуги, а джерела випромінювання підключені до бічного плеча кожного з розгалужувачів, у яке із збільшенням довжини хвилі доля оптичної потужності, що направляється, збільшується (зменшується), а приймачі - до бічного плеча, у яке доля оптичної потужності, що направляється, Винахід відноситься до області волоконної оптики, зокрема, до волоконно-оптичних систем зв'язку Волоконно-оптичні системи зв'язку, в яких за допомогою направлених пасивних Урозгалужувачів здійснюється двонаправлений зв'язок по одному оптичному волокну, широко ВІ від відомої станції передається на відому станцію Станції працюють по черзі При цьому за рахунок розсіювання Бріллюена частина сигналу відбивається із лінії 16 назад і попадає на фотодетектор передавальної станції для контролю передачі Тому що система зв'язку когерентна і передача оптичних сигналів здійснюється на одній довжині хвилі, то в ній застосовуються одномодова ДОМІ Відома система двостороннього когерентного зв'язку з часовим ущільненням [Заявка 1-5735 Япония, МКИ4 Н04В9/00, G01J9/02 Система двусторонней когерентной световой связи с временным уплотнением Опубл 28 02 89г], схема якої представлена на фіг 1 Вона містить ведучу станцію 11, що включає джерело випромінювання 12, модулятор 13, фотодетектор 14 і У-роз гал ужу вач 15, відому станцію 21, що включає джерело випромінювання 19, модулятор 18, фото детектор 20 і У-роз гал ужу вач 17, а також волоконну сполучну ЛІНІЮ 16 Світловий сигнал від джерела 12 ведучої станції 11 через модулятор 13 і У-розгалужувач 15 подається в ЛІНІЮ 16 і далі через У-розгалужувач 17 надходить на фото детектор 20 відомої станції 21 Вихідний СВІТЛОВИЙ сигнал джерела 19 відомої станції 21 через модулятор 18 і У-розгалужувач 17, ЛІНІЮ 16 і розгалужувач 15 надходить на фото детектор 14 Система має два стани, що комутуються, у першому стані сигнал від ведучої станції передається на відому станцію, а в другому - сигнал ВІДПОВІДНО, зменшується (збільшується) волоконна з'єднувальна ЛІНІЯ І ОДНОМОДОВІ вузько смугові У-розгалужувачі Недоліками такої системи зв'язку є її вузька робоча спектральна смуга, через що, наприклад, у ній не можна застосовувати сучасні технології WDM для спектрального ущільнення каналів, а також через те, що передача сигналів здійснюється на одній довжині хвилі, у системі зв'язку повинні застосовуватися багатовартісні джерела випромінювання з високою точністю виконання довжини хвилі, наприклад, газові лазери, які громіздкі, багатовартісні, складні в експлуатації й обслуговуванні, або ВІДПОВІДНІ багатовартісні напівпровідникові (н/п) джерела випромінювання Як прототип обрана система двонаправленого дуплексного зв'язку [Дуплексная одноволоконная линия связи / Каток В Б , Базакуца П В Левченко Г П , Тарасенко А П // Вестник связи 1993 №1 С 26 - 28] Двонаправлений зв'язок у цій системі організується за схемою, приведеної на фіг 2 На сторонах А і Б до оптичного каналу підключені джерела оптичних сигналів 1А і 1Б, приймачі ю (О ю 56915 оптичних сигналів 2А і 2Б Направлені Ується те, що для випадку виконання її оптичного розгалужувачі ЗА, ЗБ і з'єднувальна одноволоконтракту одномодовим, у ньому застосовуються шина ЛІНІЯ 4 складають оптичний канал системи зв'ярокосмугові одномодові розгалужувачі, у яких роззку Джерело 1А і приймач 2А оптичних сигналів поділ оптичної потужності між бічними плічми рівз'єднані з бічними плічми У-роз гал ужу вач а ЗА, а номірний в широкій спектральній смузі довжин джерело 1Б і приймач 2Б - з бічними плічми Ухвиль оптичного випромінювання Висока вартість розгалужувача ЗБ Одноволоконна сполучна ЛІНІЯ таких широкосмугових одномодових розгалужува4 підключена до загальних пліч розгалужувачів ЗА чів у порівнянні, наприклад, з вартістю стандарті ЗБ З'єднання між елементами здійснюється за них вузькосмугових одномодових розгалужувачів, допомогою роз'ємних або нероз'ємних оптичних обумовлює великі витрати, які необхідні на побуз'єднувачів 5 дову таких систем зв'язку На стороні А оптичний сигнал від джерела 1А В основу винаходу поставлена задача удосконадходить у бічне плече розгалужувача ЗА, прохоналити широкосмугову двонаправлену одномододить місце розгалуження і попадає в його загальне ву систему зв'язку за рахунок поширення сфери плече, а ВІДТІЛЯ в оптичне волокно з'єднувальної застосування одномодових вузькосмугових Улінії 4 На стороні Б сигнал, що приходить, попарозгалужувачів і скорочення витрат на побудову дає в загальне плече розгалужувача ЗБ і розподіширокосмугової одномодової двонаправленої сисляється між його бічними плічми При цьому потутеми зв'язку жність сигналу, що надійшов в бічне плече, Поставлене завдання вирішується тим, що в знижується ВДВІЧІ щодо потужності сигналу, що одномодової двонаправленої широкосмугової сиснадійшов в загальне плече Сигнал, що надійшов у темі зв'язку, яка містить два джерела і приймача приймач 2Б, обробляється, а сигнал, що надійшов оптичних сигналів, два одномодових Уна джерело ЗБ, загасає Оптичний сигнал із сторорозгалужувача, і одномодову одноволоконну з'єдни Б в сторону А проходить аналогічний шлях нувальну ЛІНІЮ, ВІДПОВІДНО до винаходу, одномодові У-розгалужувачі виконані вузькосмуговими з Конструкція системи зв'язку припускає викорирівномірним розподілом оптичної потужності на стання в оптичному тракті багатомодового чи одцентральній довжині хвилі робочої спектральної номодового волокон Відзначимо, що більш висока смуги, джерела випромінювання підключені до швидкість передачі інформації по одномодовому бічного плеча кожного з розгалужувачів у яке із волокну обумовлює випереджальний розвиток і збільшенням довжини хвилі доля оптичної потужбільш широке поширення одномодових систем ності, що направляється, збільшуєтьзв'язку в порівнянні з багатомодовими ся(зменшується), а приймачі - до бічному плечу, у Ключовими елементами оптичного тракту розяке доля оптичної потужності, що направляється, глянутої системи зв'язку являються широкосмугові ВІДПОВІДНО, зменшується(збільшується) пасивні волоконно-оптичні У-розгалужувачі, які забезпечують рівномірний розподіл оптичної потуПропонований винахід дозволяє підвищити жності між бічними плічми в широкому спектральефективність використання одномодових волоконному діапазоні но-оптичних кабелів і поліпшити техніко-економічні характеристики одномодових волоконно-оптичних При розподілі оптичного сигналу на прийомсистем зв'язку за рахунок організації широкосмуному КІНЦІ втрачається половина його потужності, гового двонаправленого зв'язку по одному однотобто сигнал послабляється як мінімум на ЗдБ модовому оптичному волокну за допомогою волоУнаслідок того, що апертура і діаметр волокон конно-оптичних пасивних одномодових бічних пліч і загального плеча однакові, на перевузькосмугових направлених У-розгалужувачів давальному КІНЦІ при переході оптичного сигналу з бічного плеча в загальне відбувається його ослабСтруктурна схема одномодової широкосмуголення приблизно також на ЗдБ Таким чином, при вої двонаправленої системи зв'язку, що заявлявикористанні розгалужувачів у системі зв'язку, в ється, приведена на фіг З оптичний канал вносяться додаткові втрати Р = Система зв'язку складається із прийомопере6дБ Крім того, в роз гал ужу вач ах відбуваються даючих сторін 1 і 2, з'єднаних одноволоконною втрати потужності, що залежать від якості його ЛІНІЄЮ 3 На прийомопередаючій стороні 1 розтавиготовлення і від типу волокна Це внесене загашовано джерело оптичних сигналів 4, приймач сання може складати величину до 1дБ оптичних сигналів 5 і У-роз гал ужу вач 6 На прийомопередаючій стороні 2 розташовані джерело опПри виборі розгалужувачів для використання в тичних сигналів 7, приймач оптичних сигналів 8 і Усистемі зв'язку необхідно враховувати, що спектрозгалужувач 9 Загальні плечі розгалужувачів 6 і ральні властивості одномодових і багатомодових 9 підключені до з'єднувальної лінії 3 за допомогою розгалужувачів істотно розрізняються роз'ємного або нероз'ємного з'єднувачів 10, 11 Багатомодові розгалужувачі, як правило, шиБічне плече 1 розгалужувача 4 за допомогою з'єдрокосмугові і забезпечують стабільний коефіцієнт нувача 12 підключено до джерела 4, а - розгалурівномірного розподілу в широкому інтервалі довжувача 9 за допомогою з'єднувача 13 - до джерела жин хвиль від 800нм до 1600нм 7 Бічне плече 2 розгалужувача 6 підключено до Одномодові розгалужувачі, мають значно меприймача оптичних сигналів 5 за допомогою з'єдншу ширину спектральної смуги пропущення, ніж нувача 14, а - розгалужувача 9 за допомогою з'єдбагатомодові, причому, чим ширше робоча спектнувача 15 - до приймача 8 Загальні плечі розгаральна смуга одномодового розгалужувача, тим лужувачів 6 і 9 підключені за допомогою складнішетехнологія його виготовлення і тим виз'єднувачів 10, 11 до одно волоконної одномодової ще його вартість з'єднувальної лінії З Недоліком розглянутої системи зв'язку явля 56915 Розгалужувачі 6, 9 і з'єднувальна ЛІНІЯ 3 складають оптичний тракт системи зв'язку На стороні 1 оптичний сигнал від джерела 4 надходить у бічне плече 1 розгалужувача 6, проходить місце розгалуження і попадає в його загальне плече, а ВІДТІЛЯ в оптичне волокно сполучної лінії 3 На стороні 2 сигнал, що приходить, попадає в загальне плече розгалужувача 9 і розподіляється між його бічними плічми При цьому потужність сигналу, що надійшов у бічне плече 2 розгалужувача 9, знижується за рахунок того, що частина потужності направляється в плече 1 Сигнал, що надійшов у приймач 8, обробляється, а сигнал, що надійшов на джерело 7 через плече 1, загасає Оптичний сигнал із сторони 2 у сторону 1 проходить аналогічний шлях Система зв'язку дозволяє здійснювати як напівдуплексну передачу сигналів, коли сторони 1 і 2 здійснюють передачу по черзі, так і дуплексну передачу сигналів, коли сторони 1 і 2 ведуть передачу одночасно В оптичному тракті системи зв'язку, що заявляється, використовують волоконно-оптичні одномодові вузькосмугові одномодові У-розгалужувачі 6 і9 Коефіцієнти розподілу між бічними плічми вузькосмутових розгалужувачі в залежать від довжини хвилі На центральній довжині хвилі робочого спектрального діапазону розподіл між бічними плічми розгалужувачів 6 і 9 рівномірний Із збільшенням довжини хвилі, в інтервалі довжин хвиль робочої спектральної смуги, доля оптичної потужності, що направляється в плече 1 розгалужувача збільшується(зменшується), а - у плече 2, ВІДПОВІДНО, зменшується(збільшується) При розподілі оптичного сигналу з довжиною хвилі, що відповідає центру робочого спектрального діапазону, на прийомному КІНЦІ втрачається половина його потужності, тобто коефіцієнт відгалуження оптичної потужності між загальним і бічними 1 і 2 плічми складе 0,5, що відповідає додатковому ослабленню сигналу на ЗдБ Унаслідок того, що апертура і діаметр волокон бічних пліч і загального плеча однакові, на передавальному КІНЦІ при переході оптичного сигналу із бічного плеча в загальне відбувається його ослаблення також на ЗдБ Таким чином, сумарний коефіцієнт відгалуження двох розгалужувачів в оптичному тракті на центральній довжині хвилі складе 0,5*0,5 = 0,25, що відповідає додатковим втратам, що вносяться, Р = 6дБ Якщо довжина хвилі джерела відрізняється від центральної на величину +ДЛ (-ДЛ), то коефіцієнти розподілу оптичної потужності між бічними плічми розгалужувача будуть відрізнятися від рівномірного і складуть 0,5 + 5(0,5 - 5) для плеча 1 і 0,5 - 5(0,5 + 5) для плеча 2 Розглянемо два випадки підключення джерел і приймачів до оптичного тракту системи зв'язку упорядковане і неупорядковане При упорядкованому підключенні, джерела підключені до однойменних пліч розгалужувачів 6 і 9, наприклад, до пліч 1, а приймачі, ВІДПОВІДНО - до пліч 2, як показано на фіг 3 При неупорядкованому підключенні, джерела підключені до різнойменних пліч розгалужувачів, наприклад, до плеча 1 розгалужувача 6 і до плеча 2 розгалужувача 9, а приймачі 5 і 8, ВІДПОВІДНО, до пліч 2 і 1 розгалужувачів 6 і 9 Для упорядкованого підключення сумарний коефіцієнт відгалуження двох розгалужувачів в оптичному тракті для довжини хвилі Л + ДЛ складе + 2 К = (0,5 + 5) (0,5 - 5) = 0,25 - 5 (1) а для довжини хвилі Л - ДЛ 2 К" = (0,5 - 5) (0,5 + 5) = 0,25 - 5 (2) Для неупорядкованого підключення сумарний коефіцієнт відгалуження двох розгалужувачів в оптичному тракті для довжини хвилі Л + ДЛ складе + 2 К = (0,5 + 5) (0,5 + 5) = 0,25 + 5 + 5 (3) а для довжини хвилі Л - ДЛ 2 К" = (0,5 - 5) (0,5 - 5 ) = 0,25 - 5 + 5 (4) Як видно з формул (1) - (4), із зміною довжини хвилі коефіцієнти відгалуження оптичного тракту при неупорядкованому підключенні змінюються значно сильніше, ніж при упорядкованому Наприклад, при значенні 5 = 0,1 значення коефіцієнтів відгалуження для упорядкованого підключення складуть К+ = К = 0,24, а для неупоряд~ кованого підключення К+ =0,36, а К = 0,16 ~ Для практичної реалізації системи зв'язку, що заявляється, можуть бути використані, наприклад, стандартні сплавні біконічні ОДНОВІКОННІ вузькосмугові розгалужувачі C-MS фірми Lumment, які призначені для роботи в діапазонах довжин хвиль 1310 ± 10нм або 1550 ± Юнм, із шириною робочої спектральної смуги 20нм На фіг 4 приведена типова залежність коефіцієнта відгалуження від довжини хвилі стандартного сплавного одномодового вузькосмугового розгалужувача [Moore D R Wavelength-dependent coupling in single-mode fused biconical taper couplers // SPIE Vol 722 Components for Fiber Optic Applications, 1986 P 11-18] 3 приведеного графіка видно, що доля оптичної потужності, що направляється в одне з бічних пліч, монотонно зростає і, ВІДПОВІДНО, убуває для іншого плеча в широкому діапазоні довжин хвиль від 1200 до 1 бООнм На фіг 5 представлена схема оптичного тракту двонаправленої системи зв'язку з вузькосмуговими У-розгалужувачами Розглянемо випадки упорядкованого і неупорядкованого підключення джерел оптичних сигналів до полюсів оптичного тракту При упорядкованому підключенні джерела підключаються до полюсів 1 і 3 (2 і 4), а приймачі - до полюсів 2 і 4 (1 і 3) При неупорядкованому підключенні джерела підключаються до полюсів 2 і 3 (1 і 4), а приймачі до полюсів 1 і 4 (2 і 3) На довжині хвилі 1310нм коефіцієнти розподілу оптичної потужності розгалужувачів становлять ЗдБ(тут і далі не враховуються додаткові втрати, що вносяться, які не залежать від довжини хвилі) Якщо довжина хвилі джерела оптичних сигналів не дорівнює 1310нм то, доля оптичної потужності, що вводиться в оптичний тракт, у залежності від знака цього відхилення, буде або більше, або, ВІДПОВІДНО, менше ЗдБ Разом з тим частка оптичної потужності, що направляється на приймач оптичних сигналів, навпаки буде, ВІДПОВІДНО, або менше, або більше ЗдБ Наприклад, задамо значення смуги пропущення оптичного тракту 80нм із центральною довжиною хвилі 1310нм 56915 8 При упорядкованому підключенні джерел і приймачів оптичних сигналів до оптичного тракту за рахунок взаємної компенсації коефіцієнтів передачі У-розгалужувачів забезпечується стабільність результуючого коефіцієнта передачі оптичного сигналу Зміна коефіцієнта передачі оптичного тракту в спектральній смузі 80нм при упорядкованому підключенні не перевершує 0,1дБ, а при неупорядкованому - досягає 1,7дБ Таким чином, за рахунок застосування в оптичному тракті недорогих одномодових вузькосмугових У-розгалужувачів і нового методу упорядкованого підключення до них джерел і приймачів оптичних сигналів, з урахуванням особливостей поведінки коефіцієнта розподілу між бічними плічми таких розгалужувачів із зміною довжини хвилі, розширюється смуга пропущення оптичного тракту і знижується вартість системи зв'язку На фіг 6 приведеш графіки залежності коефіцієнтів передачі між полюсами одномодового оптичного тракту при упорядкованому і неупорядкованому підключенні джерел і приймачів оптичних сигналів до полюсів оптичного тракту(без врахування додаткових втрат) Як видно із графіка на фіг 6 для випадку упорядкованого підключення джерел і приймачів спостерігається слабка залежність коефіцієнта передачі оптичного тракту від довжини хвилі, а для неупорядкованого - сильна Для упорядкованого підключення коефіцієнти передачі оптичного тракту на крайніх довжинах хвиль 1350 і 1270нм і центральній довжині хвилі(без врахування додаткових утрат) складуть 6,1дБ(24,8%), 6,0дБ(25%) і 6,1дБ(24,8%), ВІДПОВІДНО, для неупорядкованого ж підключення 6,9дБ(20,3%), 6,0дБ(25%) і 5,2дБ(30,3%), ВІДПОВІДНО П І 12 ь 21 1 13 N ОО 1 6 / / // 1 \1 1 \8 9 1 \ 7 15 1 4 2 0 Фіг 1 Джерело ІА оптичних сигналів Приймач 2А оптичних 5 ЗА 5 о І } 5 5 -т—b*-Z—СХЗ Джерело ОПТИЧНИХ сигналів Приймач ОПТИЧНИХ сигналів сигналів Фіг 2 1Б 2Б 56915 Бічне плече 1 Бічне плече 2 ФІг.З 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 Довжина хвилі, им Фіг. 4 Бічне плече 1 Бічне плече 2 Фіг 5 10 11 12 56915 1220 1250 1280 1310 1340 1370 1400 Довжина хвилі, нм Г упорякованє підключення Неупорядковане підключення Фіг 6 Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24