SE438396B - Anordning for att detektera avtappning av ljusenergi fran optiska fibrer - Google Patents

Description

15 20 25 30 _830læ733-2 "cut-off". Om en fiber avsiktligt avtappas "på ljusenergi i syfte att utvinna överförd information så påverkas vissa moder vilket i sin tur innebär påverkan på samtliga övriga moder. Detta leder till att energi omfördelas från ledande till icke-ledande moder och effektfördelningen i fiberns kärna och mantel ändras.

Genom att således frilägga fiber i kabeln och att utsätta fibern för böjning och samla in den läckande strålningen på en fotodetektor finns möjlighet att avtappa en optisk fiber på information. Annan teknik för avtappning är även möjlig, exempelvis att efter friläggning av fibern limma in fibern i ett kiselblock med böjd U-form, slipa ner fibern genom manteln till kärnan och ansluta en detektor. Metoderna innebär emellertid att den optiska medel- effekten den transmitterande fibern ändras, eftersom signaleffekt avtappas för avlyssningen.

Anordningen enligt föreliggande uppfinning bygger på ovan konstaterade faktum och övervakar den fiberoptiska kabeln även när ena terminalen ej är under användning.

En fiberoptisk förbindelse av gängse typ kan övervakas utan några extra atgärder för skydd av densamma genom att den optiska medeleffektens nivå detekteras, varvid en larmsignal avges då denna ändras från ett bestämt referensvärde. Detta förutsätter dock att den optiska signalen kodas så att den har konstant medeleffekt oberoende av informationsinnehållet. Vidare gäller såsom känt att sändarna på båda sidor av den optiska förbindelsen sänder ut kraftigt överlagrat ljus (s k shot-noise begränsning) över förbindelsen. Detta medför att sändarnas kvantbrus blir stort, men innebär samtidigt att en eventuellt inkopplad mottagare till förbindelsen får ett högt brusbidrag, vilket i sin tur innebär att en stor del av det överförda ljuset (ca 50%) måste avtappas för att meningsfull detektering skall ske. En sådan avtappning kommer emeller- tid att detekteras med åtföljande larmsígnal.

Anordningen enligt uppfinningen är därvid kännetecknad så som det framgår av efterföljande patentkrav. -.__..fl--..--- w 10 15 20 25 8304733-2 FIGURFÖRTECKNING Uppfinningen skall närmare beskrivas med hänvisning till bifogad ritning.

Figur 1 visar ett blockschema över tva sändar-mottagarsidor innehållande en anordning enligt uppfinningen.

Figur 2 visar ett blockschema över en nivàövervakande krets ingående i anordningen enligt uppfinningen.

Figur 3 visar ett tidsdiagram.

.Figurli visar schematiskt ett alternativt utförande av anordningen enligt uppfinningen.

UTFÜRINGSFORMER l figur 1 visas en utföringsform av anordningen enligt uppfinningen tillämpad på en datorsida DS och en terminalsida TS. I Både datorsidan DS och terminal- sidan TS kan sända och motta datasignaler över en fiberoptisk kabel FK på i och för sig känt sätt. Kabeln FK är en vanlig billig fiberoptisk kabel utan nagra speciella skyddsåtgärder.

Datorsidan DS består i det här visade utförandet av en sändenhet SD, vilken mottar data i okodad form och sänder ut en informationssignal, som kan vara kodad eller modulerad pà känt sätt över fiberlänken F 1. En mottagare MD ingående i datorsidan DS mottar en kodad eller modulerad informationssignal i form av ljusenergi i den mottagande fiberlänken FZ. Sändenheten SD och mottagningsenheten MD är av känt utförande. En nivàövervakande krets NVK 1 är ansluten till mottagaren MD på sådant sätt att den avkänner en elektrisk - motsvarighet till den mottagna optiska signalen i fiberlânken FZ, och da den avkända nivan över- eller underskrider ett visst värde avges larm".

Terminalsidan T består av en fotoelektrisk mottagare MT och en sändare ST.

Mottagarens MT ingång är ansluten till inkommande fiberlänk F 3 via en om- kopplare Kl och sändare ST är ansluten till den utgående fiberlänken F 4 via en 3304733-2 10 15 2D 25 30 andra omkopplare KZÅ De båda omkopplarna Kl och K2 är därvid så anslutna till varandra att da omkopplarna båda är slutna, de båda fiberlänkarna F 3 och F 4 är direkt anslutna till varandra, varigenom terminalsidan blir optisk kortsluten. Dä omkopplarna Kl och K2 är öppna är dessa anslutna så att de optiska signalerna i frespektive fiberlänk leds till mottagaren MT respektive från sändaren ST.

Omkopplarna Kl, K2 kan utgöras av ett fiberoptiskt relä RK av känt slag beskrivet i exempelvis svenska patentansökan 8204085-8. Reläet RK styrs till sina båda lägen över en förbindelsel från sändaren ST så att då termi- nalen (sändaren) är avstängd eller vid bortfall av matning till terminalsidan, omkopplarna Kl och K2 är i slutet läge.

Liksom på datorsidan är på terminalsidan en nívåövervakande krets NVKZ ansluten till terminalsidans mottagare MT, för att avkänna en elektrisk mot- svarighet 'till den inkommande och mottagna fiberoptiska signalen i länken F3.

De fiberoptiska länkarna Fl, F 3 och F 2, Fl: är sammanförda över linjen till den fiberoptiska kabeln FK, vilken är av gängse utförande utan något speciellt skydd. Datorsidan och terminalsidan bör emellertid vara elektromagnetiskt skärmade för att förhindra obehörig avlyssning.

Om fiberkabeln på något ställe X utsätts för åverkan t.ex om någon av fibrerna böjes eller friläggs så att ljusenergi läcker ut mot omgivningen kommer den optiska medeleffekten att ändras, vilket detekteras av den nivàövervakande kretsen NVK2 om reläet RK är i öppet läge dvs. då terminalsidan är i normal funktion. Skulle terminalsidan vara ur funktion t.ex genom att terminalen är avstängd, är reläet K i slutet läge och eventuella ljussignaler leds tillbaka till datorsidans mottagare MD. Vid eventuell àverkan pâ kabeln FK kommer en ändring av den fiberoptiska medeleffekten istället att avkännas av den nivå- övervakande kretsen NVKl och larm avges från denna krets.

Vid beräkning av en fiberoptisk mottagares brusegenskaper refereras allt brus till mottagarens ingång där fotodioden är inkopplad. Ju högre detta brus är, desto sämre är mottagarens känslighet. -Här skall endast nämnas de tva viktigaste brusbidragen då fotodioden utgörs av en pindiod nämligen resistivt brus Nl = mål-B (1) och kvantbrus NZ = 2qIB (2) där 10 20 25 30 83047334 k = Boltzmanns konstant T = Absolut temperaturen B = Mottagarens brusbandbredd R = Mottagarens ingångsresistans eller transimpedans eller båda i parallell. q = elektronladdningen l = strömmen genom fotodioden Ju mindre uttrycken (l) och (2) är, desto känsligare än mottagaren. För en given bithastighet finns det en given optimal bandbredd Bj, vilket innebär att B inte kan reduceras under det optimala värdet. Däremot kan T reduceras och R kan göras mycket stort. Detta betyder att uttrycket (l) kan reduceras så att bruset N] blir betydelselöst. I praktiken kan alla brusbidrag rninskas kraftigt utom kvantbruset NZ enligt (2).

Används nu ett kraftigt konstant ljus på vilket den informationsbärande signalen är iivczrlatjrail kunurier uttrycket (2) att dorninera, helt oavsett hur rnottagarens övriga brusegenskaper är. l föreliggande iippfinriing görs kvantbruset enligt uttrycket (2) stort genom att det överlagrade ljuset ökan strömmen I, vari- genom i princip alla typer av mottagare far samma "dåliga" känslighet. Detta innebär att om någon med liten avtappning vid X vill avlyssna överföringen av de optiska signalerna över förbindelsen FK, lönar det sig inte att använda en hyperkänslig mottagare, eftersom enligt ovan alla typer av mottagare har samma känslighet. Då uttrycket (2) dominerar är signal till brusförhallandet i mottagaren proportionellt mot P/2qB (P=optiska effekten). En avtappning av en liten del 'av effekten ger således ej tillräckligt bra signal till brusförhâllande i den avlyssnande mottagaren. För att avlyssning skall vara möjlig erfordras således att en relativt stor del av ljuseffekten mäste avtappas vid X, i storleksordningen 25%. Dessutom måste mottagaren vid X använda större delen av det ljus som fibern FK förlorar, vilket i praktiken är omöjligt. Om så stor del av ljuset avtappas kommer emellertid nivåövervakningen att enligt ovan träda i funktion.

Då reläet RK ändrar läge ändras även medeleffekten hos ljussignalerna i fibern.

Denna ändring skall ej förorsaka larm i eller efter respektive nivåövervakande kretsar NVKl, NVK2. Dessa kretsar kan exempelvis vara konstruerade så att en kortvarig ändring av medeleffekten ej detekteras. 830h733~2 ,___r..r...__..._. _.. __, . 10 15 20 25 30 Figur 2 visar blockschemat för en utföringsform av den nivåövervakande kretsen NVKl eller NVKZ. En differentiator DF vars ingång bildar kretsens ingång är med sin utgång ansluten till ingången av ett lågpassfilter LP. Dess utgång är ansluten till ena ingången av en komparator K, vars andra ingång är ansluten till en referensspänning Uref. Över komparatorns utgång, som bildar den nivåövervakande kretsens larmutgång, fås en spänning U3. Ingångsspän- ningen till .differentiatorn DF är betecknad Ul.

Differentiatorn DF och lågpassfiltret LP kan utgöras av exempelvis en åter- kopplad operationsförstärkare med två RC-kretsar, vilken ger ett Bodediagrarn med två brytpunkter, av vilka den lägre brytpunkten infaller vid låg fre- kvens (æ 1 Hz).

Vid avtappning av ljusenergi från kabeln sker en långsam eller snabb sänkning av I nivån hos inspänningen Ul till differentiatorn DF såsom är visat i tidsdia- grammet enligt figur 3, mellan tidpunkterna tl och tz. Lågpassfiltret LF ger en utspänning U2 till komparatornsK ena ingång, vilken utgörs av en mycket lågfrekvent signal och som på grund av den svaga lutningen hos den inkommande signalspänningen Ul får ett lågt värde efter differentieringen. I figurš har lutningen hos spänningen Ul mellan tidpunkterna överdrivits för att bättre illustrera förloppet. I komparatorn K jämförs den låga nivån hos UZ med en referensnivå Uref av lämpligt vald storlek och om nivån hos Uz underskrider referensnivån Uref fås en utspänning UB från komparaton, vilken utgör larm- signalen.

Som ovan nämnts fås en omkoppling av reläet RK vid aktiveringssignal över förbindelsen l. Detta ger i allmänhet upphov till en kortvarig förändring av ljusflödet i fibern F 3-F4, vilket antas medföra en spänningstopp vid tiden t; i figur 3. Eventuellt kan en icke visad fördröjningskrets anslutas efter kompa- ratorn K för att ge en utsignal U3 endast om spänningssänkningen i U2 varat under en viss bestämd tid tz-tl.

I den ovan beskrivna utföringsformen mäter den nivåavkännande eller nivå- övervakande kretsen en förändring av en elektrisk signal, som svarar mot ljusnivån i fíbern, relativt en referensnivå, dvs. en relativ förändring av nivån.

V._,.____..___....__ .._.,___... ...___ _ .-"-.._..__._.. 10 15 20 25 8304733-2 Det är även möjligt att mäta den optiska effektens absolutniva eller en kombination av de bada.

Det fiberoptiska reläet RK anslutet på terminalsidan används för att få en detekteringssignal pà datorsidan i det fall att terminalsidan är avstängd eller vid kraftbortfall. I en annan utföringsform av anordningen kan ett relä vara anslutet på liknande sätt även på datorsidan för att få en detekteringssignal på terminalsidan vid kraftbortfall på datorsidan.

Det är även möjligt att få en detekteringssignal på terminalsidan (eller datorsidan) genom att utnyttja en fiberoptisk parallellkoppling istället för ett relä enligt figur l. Figur 4 visar schematiskt hur en sådan parallellkoppling kan vara utförd. Datorsidan sänder ut effekten Pl och en del P2 ur effekten Pl avtappas. Effekten P2+P3 sänds därvid tillbaks till datorsidan. Eftersom P2 << P3 datorsidan, eftersom digitala mottagare kan tala avsevärd överhörning fran har den information som finns i effekten P2 ingen inverkan pâ andra kanaler.

Om terminalsidan förlorar sin kraft blir effekten P3=IJ och enbart effekten P2 sänds tillbaks till datorsidan. Visserligen är effekten P2 så svag att datorsidan ej kan detektera någon information i P2. Detta är dock helt betydelselöst.

Huvudsaken är att den nivaövervakande kretsen NVKl på datorsidan i detta fall är känslig nog att detektera eventuell ändring i effekten P2. Kretsen NVKl är tillräckligt känslig eftersom den arbetar inom ett mycket smalt frekvens- omrâde. Nackdelen med att avtappa fiberoptisk effekt enligt figur 4 är emel- lertid att man far större förluster än om ett fiberoptiskt relä används.

I ovanstående utföringsformen har antagits att det kan uppstå avbrott i strömförsörjningen, vilket medför användning av ett fiberoptiskt kopplings- organ. Om strömförsörjningen alltid kan upprätthàllas till terminalsidan behövs ej nagot sådant fiberoptiskt kopplingsorgan (relä eller optisk parallellkoppling).

Claims (3)

8304733-2 1D

1. PATENTKRAV _ 1. Anordning för att detektera eventuell avtappning av ljusenergi från någon av fibrerna i en fiberoptisk kabel, vilken förbinder en första sänder-mottagar- sída (SD,MD) med en andra aändar-mottagarsida (ST,MT) i ett dataöverförings- system där sändarna utsänder shot-noise-begränsat, dvs kraftigt överlagrat ljus, varvid i de bada sändar-mottagarsidornas mottagarenheter (MT,MD) nivåav- kännande enheter (NVK1,NVK2) är anordnade för att avkänna nivån hos signaler svarande mot nivàn hos mottaget ljus och för att avge en larmsignal om nämnda nivå väsentligen avviker från ett visst referensvärde, k ä n n e t e c k - n a d av att fiberoptiska organ (RK) är anordnade vid åtminstone den andra sändar-mottagarsidan (ST,MT) för att vid bortfall av sändande ljus fran den andra sändar-mottagarsidans sändare (ST) vidarekoppla ljuset fran den första sändar-mottagarsidans sändare (SD) tillbaks till samma sidas mottagare (MD).

2. Anordning enligt patentkrav l., k ä n n e t e c k n a d av att nämnda fiber- optiska .organ är anordnade ävenvid den första sändar-mottagarsidan (SD,MD) för att vid bortfall .av sändande ljus från den första sändar-mottagarsidans sändare (SD) vidarekoppla ljuset .från den andra sändar-mottagarsidans sän- dare (ST) tillbaks till samma sidas mottagare (MT).

3. Anordning enligt patentkrav 1-2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda fiberoptiska organ utgörs av fiberoptiskt relä (RK).