Способ и устройство для обработки оптических импульсных сигналов

1 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к технологии формирования импульсов, обработке нелинейности и мониторингу в оптических коммуникационных сетях, предпочтительно в волоконно-оптических каналах связи. Настоящая заявка является заявкой в частичное продолжение заявки на патент США 09/780,572,поданной 12 февраля 2001 г. Уровень техники Известно, что скорость передачи данных по волоконно-оптическим линиям связи ограничивают три основных физических фактора, а именно, хроматическая дисперсия, потери мощности и нелинейность. Хорошо известно, что потери мощности можно компенсировать оптическими с присадками эрбия или комбинационными усилителями, периодически установленными на длинной волоконной линии. Дисперсию также можно компенсировать посредством периодически установленных относительно коротких элементов с противоположным знаком и большой абсолютной величиной дисперсии, что позволяет получить среднюю дисперсию почти равной нулю. В качестве таких компенсирующих дисперсию элементов можно использовать специально изготовленное волокно или очень короткие отрезки волокна с нанесенными на них решетками Брэгга. Нелинейность, которая проявляется как нелинейный фазовый сдвиг, накопленный световым сигналом при передаче по оптическому волокну, генерируется так называемым эффектом Керра в стекле. Благодаря этому эффекту коэффициент преломления оптического материала меняется с интенсивностью оптического сигнала согласно следующей формуле:n = n0 + KE2,(1) где K - коэффициент Керра. В заявке WO 00/49458-A1 описаны способ и устройство для компенсации оптической нелинейности в оптических устройствах и передающих системах. Два последовательных взаимодействия второго порядка приводят к генерации рассогласованной по фазе второй гармоники и, тем самым, к накоплению нелинейного фазового сдвига волны основного типа. Нелинейный фазовый сдвиг можно задать так, чтобы получить требуемую величину компенсации нелинейности. Компенсация происходит в компенсирующей среде, имеющей отрицательный эффективный нелинейный показатель преломления в предусмотренных рабочих условиях компенсирующей среды. Построенные на этих принципах компенсаторы могут встраиваться в оптические передатчики, повторители или приемники как пассивные или активные компоненты. Активные компоненты можно настраивать,меняя условия работы компенсирующей среды,например, регулируя температуру или приложенное механическое напряжение. В различных 2 вариантах этого изобретения компенсаторы используются как пред- или посткомпенсаторы в оптическом усилителе для устранения или уменьшения самофазирующейся модуляции в оптическом усилителе, которая возникает в результате эффекта Керра. С. Пэйр и др. (С. Pare et al.) в статье "SplitLetters, 1 April 1996, Vol. 21, No. 7, p.459-461,Opt. Soc. of America) обсуждают идею чередования знака нелинейности вместе со знаком локальной дисперсии, используя (общую, неопределенную) среду, имеющую одновременно отрицательный коэффициент Керра и специально подобранную дисперсию. Авторы кратко упоминают, что имеющейся нелинейной средой с отрицательным коэффициентом Керра могут быть полупроводниковые волноводы или среды,использующие механизм каскадирования. Далее авторы отмечают, что хотя такие материалы имеются только в форме коротких образцов размером 1 см, нелинейность среды может быть достаточно велика для компенсации километров низкой нелинейности волокна при необходимости с использованием предварительного усиления. Необходимо отметить, что их оценка представляется слишком оптимистичной: на практике полупроводниковые волноводы неприемлемы вовсе, поскольку обладают сильным двухфотонным поглощением, а что касается материалов ГВГ, реалистичная оценка показывает,что для компенсации нелинейного фазового сдвига, накопленного в типичном пролете волокна, равном 50 км, необходимая оптическая длина пути в материале, генерирующем вторую гармонику, должна быть не менее 5 м. Согласно одному возможному способу полного восстановления сигнала, который обсуждается в статье, компенсация дисперсии и отрицательные эффекты Керра должны происходить одновременно, используя, например,решетчатую структуру, созданную в нелинейном волноводе с отрицательным коэффициентом Керра. Другим возможным способом, предлагаемым в статье, является разделение компенсационного процесса, т.е. сначала применяется компенсация дисперсии, а затем в следующей операции гасятся нелинейные эффекты Керра. Известная в отрасли среда ГВГ может быть представлена, помимо прочего, нелинейными оптическими кристаллами, способными давать гармоники более высокого порядка оптического сигнала из их основной гармоники. Такие кристаллы как, например, титанилфосфат калия(KТР) дигидрогенфосфат калия (KDP), оптические кристаллы бората бария (ВВО) и им подобные, находят применение в лазерных генераторах различных типов. Примеры таких систем можно найти в JP 08201862 А 2, US 6047011 и др. 3 Независимо от возможной степени компенсации дисперсии и нелинейности, ими нельзя пренебрегать полностью, поскольку они изменяют форму импульсов, на которых базируется стандартный формат передачи данных в волоконно-оптических каналах связи - NZR (без возвращения к нулю). Идеально, импульс, представляющий бит данных "единица", должен иметь прямоугольную форму. В реальности нелинейность и дисперсия преобразуют его в сглаженный сигнал, обычно приближающийся к колоколообразному. Отклонение формы несущих информацию импульсов от идеальных прямоугольников приводит к возникновению проблем, вызванных перекрытием их удлиненных "срезов", принадлежащих соседним импульсам. Перекрытие таких срезов может привести к появлению паразитных максимумов между битами "единиц", что является дополнительным фактором, ограничивающим достижимую скорость передачи данных, известным как"межсимвольные помехи". Если частичное решение этой проблемы может быть достигнуто с помощью вышеупомянутой компенсации дисперсии, то полное решение проблемы межсимвольных помех может быть достигнуто только существенным переформированием колоколообразных импульсов (т.е. периодическим восстановлением требуемой, близкой к прямоугольной формы). В статье T. Zang and M. Yonemura "Pulsepp.6351-6358 описывается способ, в котором применяется оптический кристалл временной задержки и оптический кристалл KDP, тип-II,для формирования набора из двух ультракоротких импульсов на основной гармонике. Для такого формирования взаимодействующие импульсы во-первых, должны удовлетворять условию, согласно которому групповая скорость волны второй гармоники близка к средней групповой скорости двух импульсов основной гармоники. Если это условие выполняется,можно формировать импульсы, правильно подбирая основную интенсивность, остаточную интенсивность, время задержки и толщину кристалла. Ни один из вышеуказанных источников не предлагает практический способ/устройство для формирования импульсов и компенсации нелинейности в волоконно-оптических каналах связи, имеющих различную длину, качество волокна и т.п. Кроме того, известен способ мониторинга передачи оптических импульсов путем расщепления импульсного сигнала и получения информации о параметрах передачи из меньшей части расщепленного сигнала. Задача изобретения Задачей настоящего изобретения является создание способа, устройства и системы для 4 формирования импульсов, регулирования нелинейности и/или мониторинга в телекоммуникационных волоконных линиях связи. Сущность изобретения Согласно первому аспекту настоящего изобретения вышеуказанная задача может быть решена путем создания способа обработки оптического импульсного сигнала, при котором обработка включает в себя по меньшей мере одну из операций для формирования импульса,обработки нелинейности и мониторинга, при этом способ заключается в том, что предусматривают устройство обработки сигнала, выполненное с возможностью выполнения каскадной генерации второй гармоники(ГВГ) относительно конкретной основной гармоники (ОГ),выбирают длину оптического пути в указанном устройстве обработки сигнала, пригодную для выполнения по меньшей мере одной из указанных операций относительно входного оптического импульсного сигнала, переносимого на волне, длина которой определяется указанной конкретной основной гармоникой (ОГ),передают входной оптический импульсный сигнал, переносимый на волне, указанной длины, по выбранному оптическому пути в указанном устройстве обработки сигналов,получают из указанного устройства обработки сигнала по меньшей мере один выходной оптический импульсный сигнал из списка, содержащего выходной оптический импульсный сигнал на основной гармонике, который подвергся обработке нелинейности и/или формированию импульсов,выходной оптический импульсный сигнал на второй гармонике, пригодный для дальнейшего мониторинга и оценки указанного входного оптического импульсного сигнала. В одном предпочтительном варианте способа, позволяющем выполнять операцию обработки нелинейности, выбирают такую длину оптического пути для передачи входного оптического импульсного сигнала с известной амплитудой через устройство обработки сигнала,которая по существу близка к длине, при прохождении которой выходной оптический импульсный сигнал на основной гармонике достигает максимальной пиковой мощности. В другом предпочтительном варианте способа, обеспечивающем операцию формирования импульсов, выбирают такую длину оптического пути для передачи входного оптического импульсного сигнала с известной амплитудой через устройство обработки сигнала, которая по существу близка к длине кратчайшего оптического пути, при прохождении которого выходной оптический импульсный сигнал на основной гармонике достигает максимальной пиковой мощности. 5 В еще одном варианте способа, позволяющего проводить операцию мониторинга, выбирают такую длину оптического пути для передачи входного оптического импульсного сигнала через устройство обработки сигнала, которая позволяет получить из указанного устройства выходной оптический импульсный сигнал на второй гармонике с ненулевой пиковой мощностью для мониторинга входного оптического импульсного сигнала, переносимого основной гармоникой. Принципы выбора длины оптического пути поясняются ниже, в разделе подробного описания настоящего изобретения. Для получения требуемой длины оптического пути способ содержит операцию, при которой пропускают сигнал по многосегментной траектории в указанном устройстве, тем самым создавая удлиненный оптический путь. Одной из возможностей получения выбранной длины оптического пути является передача входного оптического импульсного сигнала по многосегментной зигзагообразной траектории путем создания одного или нескольких внутренних отражений в устройстве обработки сигнала. В предлагаемом способе устройство обработки сигнала базируется на элементе, выбранном из следующего неисчерпывающего списка: оптический кристалл, генерирующий вторую гармонику и полимерное волокно, генерирующее вторую гармонику, при этом оба элемента известны как дающие нелинейность или нелинейный фазовый сдвиг. Согласно наиболее предпочтительному варианту способа, дополнительно обеспечивают,чтобы знак эффекта Керра, созданного указанным элементом в волне, длина которой определяется основной гармоникой, был отрицательным. В этом случае способ позволяет обрабатывать нелинейность в виде компенсации положительной нелинейности, обычно накапливающейся в указанном входном оптическом импульсном сигнале благодаря обычному положительному эффекту Керра, возникающему в оптических волокнах. Следует подчеркнуть, что в отличие от компенсации нелинейности, формирование импульса и мониторинг можно осуществлять, используя устройство, дающее нелинейность любого знака. Точно так же, при необходимости с помощью устройства, создающего положительный эффект Керра, осуществляется регулирование положительной нелинейности, что является частным случаем обработки нелинейности. Способ наиболее эффективен при постепенной компенсации нелинейности и/или постепенном формировании импульсов в волоконно-оптической линии связи с дополнительным одновременным мониторингом сигнала и содержит дополнительную операцию, при которой передают выходной оптический сигнал по 6 цепи, содержащей по меньшей мере одно дополнительное устройство обработки сигнала причем устройства в цепи соединены секциями волоконно-оптической линии связи. Другими словами, если в линии связи установлено более,чем одно устройство обработки сигнала, которые разнесены друг от друга, то каждое из них вносит свой вклад в обработку оптического сигнала с точки зрения обработки нелинейности,формирования импульса и/или мониторинга сигнала. Выбирая тип устройства (устройств), общую длину оптического пути в указанном одном или нескольких устройствах и длины указанной одной или нескольких секций волоконно-оптической линии связи, можно регулировать полученные результаты обработки сигнала. Предложенный способ также применим к случаям многоканальной передачи оптических данных, причем каждый из оптических каналов передает определенный оптический сигнал на конкретной длине оптической волны. Обычно устройства генерации второй гармоники ГВГ способны генерировать вторые гармоники в ограниченном спектральном диапазоне соответствующих основным гармоникам, определяемым волнами, длины которых близки друг к другу. Таким образом, способ может быть применен к формату передачи WDM (wavelengthdivision multiplexing, спектральное уплотнение),в котором длины волн оптических каналов слегка отличаются друг от друга. Предложенный способ может использоваться в системах многоканальной передачи путем выполнения операций базового способа по каждому конкретному каналу. Согласно одному варианту настоящего изобретения оптические импульсные сигналы указанных различных оптических каналов подаются на соответствующие различные устройства обработки сигнала и передаются через них. В альтернативном варианте способа передают оптические импульсные сигналы различных каналов через одно и то же общее устройство обработки сигнала. В еще одном, более предпочтительном варианте, оптические импульсные сигналы указанных различных оптических каналов передают через соответствующие различные слои одного и того же общего устройства обработки импульсов. Последние два варианта пригодны для таких форматов передачи, в котором длины волн различных оптических каналов близки друг к другу и при условии, что общее устройство обработки сигнала выполняет свою функцию каскадной генерации второй гармоники в ответ на длину волны каждого из указанного множества оптических каналов. Если при многоканальной передаче результаты обработки импульсов в разных оптических каналах не являются единообразными(что обычно и бывает), то для передачи информации, имеющей более высокий приоритет,можно использовать оптические каналы, дающие лучший результат (например, лучшую компенсацию нелинейности/более эффективное формирование импульсов). Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается устройство для обработки оптического импульсного сигнала выполняющее по меньшей мере одну из следующих операций: формирование импульса, обработка нелинейности и мониторинг сигнала, при этом устройство выполнено с возможностью выполнения каскадной генерации второй гармоники относительно конкретной основной гармоники,отличающееся тем, что содержит оптический путь такой длины, выбранной для входного оптического импульсного сигнала, переносимого на волне, длина которой определяется указанной конкретной основной гармоникой, что после передачи указанного входного оптического импульсного сигнала по выбранному оптическому пути устройство позволяет получить по меньшей мере один выходной оптический импульсный сигнал из списка, содержащего выходной оптический импульсный сигнал на основной гармонике, который был подвергнут обработке нелинейности и/или формированию импульсов,выходной оптический импульсный сигнал на второй гармонике, пригодный для дальнейшего мониторинга и оценки указанного входного оптического импульсного сигнала. Устройство обработки сигнала содержит элемент, генерирующий вторую гармонику предпочтительно образованный из ГВГ оптического кристалла, выбранного из неисчерпывающего списка, содержащего титанилфосфат калия, дигидрогенфосфат калия, оптические кристаллы бората бария. Следует отметить, что впервые предложена конструкция устройства для обработки оптического импульсного сигнала, подаваемого на конкретной длине волны, выполняющего по меньшей мере одну из следующих операций: формирование импульсов, обработка нелинейности и мониторинг сигнала, при этом устройство содержит ГВГ-элемент для выполнения каскадной генерации второй гармоники относительно основной гармоники, определяемой указанной конкретной длиной волны,при этом указанный элемент покрыт зеркальными поверхностями по меньшей мере на своих двух противоположных гранях и в котором оставлены по меньшей мере два окна на противоположных гранях для входного оптического луча и выходного оптического луча соответственно, при этом окна расположены так,чтобы создавать одно или несколько внутренних отражений оптического луча, проходящего между этими двумя окнами, тем самым создавая удлиненный оптический путь. 8 Удлиненный оптический путь предпочтительно имеет длину, позволяющую получить выходной оптический импульсный сигнал на основной гармонике с пиковой мощностью,близкой к максимальной и/или выходной оптический импульсный сигнал на второй гармонике с ненулевой пиковой мощностью. Согласно одному конкретному варианту настоящего изобретения элемент (предпочтительно ГВГ-кристалл) имеет кубическую форму и две его противоположные грани имеют зеркальные поверхности (для внутреннего отражения), в котором оставлены два окна на указанных противоположных гранях, одно из которых предназначено для входного луча, а второе - для выходного. Окна расположены так, чтобы обеспечить удлиненный оптический путь оптического луча сквозь кристалл. В предпочтительном варианте настоящего устройства оно выполнено с возможностью изменения общей длины многосегментной траектории, что позволяет регулировать компенсацию нелинейности, формирования импульса и/или обеспечивает возможность мониторинга сигнала. Для этого устройство может иметь больше, чем два оптических порта для входных и выходных лучей, что позволяет выбирать и активировать любую пару таких портов для получения траектории конкретной длины. Альтернативно или дополнительно, устройство может быть оснащено коллиматорами, связанными с оптическими портами и служащими для регулирования угла падающего светового луча. Устройство может использоваться для обработки сигналов в многоканальном формате передачи данных, в котором каждый из каналов передает оптические сигналы на конкретной длине волны, при этом указанное устройство выполнено с возможностью генерации второй гармоники относительно длин волн более, чем одного канала указанного формата. Согласно одному конкретному варианту настоящего изобретения, устройство обработки импульсов, обладающее свойством генерации второй гармоники относительно длин волн нескольких из множества оптических каналов,делится на несколько слоев для соответствующей передачи сквозь них оптических сигналов различных оптических каналов. В идеале устройство обслуживает все каналы множества. Этот вариант пригоден для передачи в формате WDM, в котором длины волн различных оптических каналов близки друг к другу (и при условии, что общее устройство обработки импульсов реализует свое свойство генерации второй гармоники в ответ на по меньшей мере несколько длин волн соответствующего множества оптических каналов). Слои могут быть разделены либо геометрически, либо физически, например, оптической решеткой, служащей для предотвращения прохождения длины волны соседних оптических 9 каналов через конкретный слой. Фактически,такие средства физического разделения осуществляют фильтрование по длине волны. Устройство предпочтительно интегрировано с оптическим усилителем и предпочтительно установлено непосредственно после такого усилителя. Усилитель обычно используется для регулирования амплитуды импульса, подаваемого на устройство. На практике, предлагаемое устройство может являться частью узла сети оптической связи. Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения также предлагается способ конструирования устройства для обработки сигнала, который будет пояснен со ссылками на чертежи в разделе подробного описания настоящего изобретения. Наконец, предлагается система для обработки сигналов, проходящих по волоконнооптическим линиям связи, при этом обработка осуществляется в виде формирования импульсов, обработки нелинейности и/или мониторинга, содержащая два или несколько устройств обработки сигнала, описанных выше, встроенных в одну или несколько волоконно-оптических линий связи и осуществляющих формирование импульсов, обработку нелинейности и/или мониторинг по меньшей мере одного оптического импульсного сигнала, передаваемого по одному оптическому каналу. Настройка работы системы может быть достигнута путем:a) переконфигурирования устройств обработки сигнала (выбор портов ввода-вывода, регулирование коллиматоров и т.п.);b) встраивания дополнительных устройств или удаления избыточных устройств;c) изменения расстояния между устройствами и другими элементами линии (линий) связи. Другие аспекты и детали настоящего изобретения будут очевидны из дальнейшего описания. Краткое описание чертежей Далее следует более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые не ограничивающие чертежи, где фиг. 1 а (прототип) - схематическая иллюстрация нелинейного (ГВГ) элемента, способного генерировать вторую гармонику по основной гармонике приложенного оптического сигнала; фиг. 1b (прототип) - схема поведения выходной мощности сигналов на основной гармонике и второй гармонике в зависимости от длины пути распространения в ГВГ-элементе; фиг. 2 а - схематическая иллюстрация полезных результатов функции формирования импульсов ГВГ-устройства; фиг. 2b - схематическая иллюстрация вредных результатов функции формирования импульсов ГВГ-устройства; 10 фиг. 3 - несколько графиков, полученных с помощью математического моделирования и демонстрирующих зависимость кратчайшего оптического пути в ГВГ-кристалле от его коэффициента рассогласования q; фиг. 4 - графики, полученные с помощью математического моделирования и характеризующие способность к формированию импульсов ГВГ-элементов при разных значениях q; фиг. 5 - полученные математическим путем схематические графики нелинейности, вводимой ГВГ-элементом в случаях положительного и отрицательного коэффициентов Керра, соответственно; фиг. 6 а и 6b - схематические иллюстрации предложенного принципа мониторинга входного оптического сигнала с использованием второй гармоники, генерируемой ГВГ-элементом; фиг. 7 - схематическая иллюстрация одного варианта устройства обработки импульсов по настоящему изобретению; фиг. 8 - схематическая иллюстрация другого варианта устройства по настоящему изобретению; фиг. 9 а и 9b - иллюстрация еще одного варианта устройства обработки сигналов, пригодного для использования в многоканальных системах передачи; фиг. 10 - схематическая иллюстрация предложенного способа и системы обработки оптических сигналов путем компенсации нелинейности, мониторинга и/или формирования импульсов в волоконно-оптической линии связи; фиг. 11 - схематическая иллюстрация другого варианта системы по настоящему изобретению, предназначенной для многоканального формата передачи. Подробное описание изобретения В рамках настоящей заявки описываются три предлагаемых технологии, использующие новое, так называемое устройство обработки сигнала. С одной стороны, предложен способ регулирования нелинейности, обычно и предпочтительно - компенсации обычной положительной нелинейности в оптической линии связи путем введения в эту линию связи одного или нескольких так называемых устройств обработки импульсов, способных создавать искусственную отрицательную нелинейность для проходящего сквозь них оптического сигнала. Линия связи представляет собой волоконно-оптическую линию связи, служащую для передачи по ней одного или нескольких оптических сигналов на, соответственно, одной или нескольких длинах волн. Примеры вышеупомянутых устройств обработки импульсов можно найти в следующем неисчерпывающем списке, содержащем: нелинейный оптический кристалл, поляризованное полимерное волокно и, возможно, полупровод 11 никовый волновод. Предпочтительно, регулирование нелинейности осуществляется периодически, когда эти устройства встраиваются на расстоянии друг от друга, при этом эти расстояния перекрываются оптическим волокном. Однако регулирование может быть и непериодическим,т.е. устройство (устройства) могут, разумеется,устанавливаться в конкретной точке линии и несколько (n) экземпляров нелинейных кристаллов могут быть связаны вместе, тем самым создавая эффект n-кратного регулирования(предпочтительно, компенсации). Нелинейный оптический кристалл (например, имеющиеся в настоящее время KТР, KDP,ВВО и им подобные) - это такой кристалл, который способен принять луч света на основной гармонике и сгенерировать внутри себя луч света второй гармоники. Для простоты и в рамках настоящего описания такие кристаллы будут именоваться кристаллами, генерирующими вторую гармонику, или ГВГ-кристаллами. Известно, что полимерные волокна при равномерной поляризации приобретают свойство, подобное вышеуказанным кристаллам, т.е. способность генерировать вторую гармонику при прохождении по ним светового луча основной гармоники. И в нелинейных кристаллах, и в полимерных волокнах свойство генерации второй гармоники может придавать отрицательный знак полезной нелинейности, создаваемой таким устройством. Полупроводниковые волноводы в конкретном состоянии (когда несущая частота светового сигнала близка к значению половины полосы этого полупроводникового материала) также могут давать отрицательную нелинейность, хотя этот эффект основан на других физических принципах. Специалистам в данной области техники известно, что генерация второй гармоники в квадратично нелинейной среде может быть описана системой двух дифференциальных уравнений: где U(z) - комплексное значение амплитуды основной (первой) гармоники светового сигнала,V(z) - комплексное значение амплитуды второй гармоники светового сигнала, сгенерированной в кристалле,z - дальность распространения светового сигналаq - так называемый коэффициент рассогласования или параметр рассогласования фазовой скорости, зависящий от длины волны оптического сигнала,i - квадратный корень из (-1), - символ комплексного сопряжения. 12 Известно также, что нелинейный фазовый сдвигсветового луча на основной гармонике,выходящей из кристалла, пропорционален следующему произведению:(3) где Keff - эффективный коэффициент Керра, полученный в кристалле, и поле основной гармоники взято при z = 0 (входное поле). Кроме того известно, что очень большое значение эффективного коэффициента Керра(Keff) можно получить через генерацию с помощью так называемого каскадного механизма в оптических кристаллах, генерирующих вторую гармонику [см. обзорную статью G.I. Stegeman,D.J.Hagan, and L.Torner, Optical and QuantumElectronics., vol. 28, p.1691-1740 (1996) и более современный обзор С. Etrich, F. Lederer, B.A."каскадной генерацией второй гармоники" понимается выполнение в ГВГ-элементе по меньшей мере одного завершенного цикла трансформации энергии "основная гармоника - вторая гармоника -основная гармоника" (ОГ-ВГ-ОГ),причем входной сигнал подается на основной гармонике. Было обнаружено, что значение Keff в нелинейных (ГВГ) кристаллах значительно больше, чем естественный коэффициент Керра этого кристалла,(4) где К - внутренний коэффициент Керра. Самым важным фактом является то, что гигантский коэффициент Керра Keff, создаваемый каскадным механизмом, может быть как положительным, так и отрицательным. Как следует из системы уравнений (2), знак коэффициента легко регулировать посредством параметра рассогласования фазовой скорости q. Этот параметр, в свою очередь, может эффективно контролироваться посредством так называемого способа квази-согласования фазы, который основан на периодической поляризации оптического кристалла, см., например, статью О. Bang,С.В. Clausen, P.I. Christiansen and L. Torner, Engineering Competing Nonlinearities. Optics Letters,October 15, 1999, Vol.24, No. 20. Таким образом,можно получить отрицательный каскадногенерированный эффективный коэффициент Керра Keff для получения отрицательного формального эффекта Керра, который необходим для компенсации обычного положительного эффекта Керра, накопленного в длинных пролетах волокна. Вышеприведенная оценка того, что эффективный коэффициент Керра Keff, полученный каскадированием, может превысить внутренний 13 коэффициент Керра К на четыре порядка, означает, что для 50-километрового пролета волокна необходимый для компенсации оптический путь в кристалле, генерирующем вторую гармонику,должен составлять приблизительно 5 м. В настоящее время представляется нереалистичным реализовать это последнее условие в среде, генерирующей вторую гармонику, поскольку реальный размер имеющихся в настоящее время образцах кристаллов (имеющих кубическую форму) ограничен 5 см (однако, через некоторое время могут появиться и другие образцы, если отрасль примет предлагаемую технологию компенсации нелинейности). Принимая во внимание доступный в настоящее время реальный размер кристаллов,имеющих кубическую форму, практическим решением является нанесение на две противоположные грани кубического кристалла зеркальных поверхностей. Используя отражение луча от зеркал, можно организовать многопроходную передачу оптического луча сквозь кристалл. Согласно вышеприведенной оценке реальное количество отражений должно быть равно приблизительно 1200, исходя из расстояния между смежными траекториями 0,5 мм, что очень легко реализовать на практике. Чтобы устройство было наиболее эффективным и экономичным, его следует интегрировать с усилителями, периодически устанавливаемыми в волоконную линию связи. Предпочтительно устройство на кристалле, генерирующее вторую гармонику, следует устанавливать непосредственно за усилителем для максимального увеличения эффекта, создаваемого устройством за счет использования максимально возможной входной мощности. Приблизительный упрощенный расчет,учитывающий постепенное ослабление оптического сигнала в пролете волокна, в котором он свободно распространяется, показывает, что если такое устройство установить непосредственно за усилителем, необходимую длину оптического пути "компенсации нелинейности" можно дополнительно сократить приблизительно в 2,5 раза. Этот результат показывает, что угол падения луча, многократно отражающегося внутри кристалла, генерирующего вторую гармонику с зеркальным покрытием, имеющего размер 5 х 5 см, должен составлять приблизительно 1,5, что достаточно легко реализовать. Для многоканальной передачи, например в системах WDM, один нелинейный кристалл может использоваться для регулирования/компенсации нелинейности несколькихWDM-каналов. В устройстве компенсации нелинейности множество оптических каналов,имеющих разные длины волн, могут распространяться по разным траекториям, проложенным по разным слоям этого устройства. В общем случае коэффициент рассогласования q различен для разных длин волн (т.е. q подвер 004485 14 жен хроматической дисперсии), что, в принципе, можно компенсировать за счет немного отличающихся друг от друга углов падения для пространственно разделенных лучей, несущих различные каналы через ГВГ-кристалл, как указано выше. В любом случае, если заранее известно, какие каналы страдают от неполной компенсации нелинейности, их можно использовать для передачи менее ответственной информации. Было замечено, что предлагаемое устройство, являясь эффективным в регулировании/компенсации нелинейности, также успешно обеспечивает и формирование импульсов. Другими словами, формирование оптического импульсного сигнала может осуществляться путем пропускания его сквозь вышеупомянутое ГВГустройство, которое может быть небольшим оптическим кристаллом или, в принципе, поляризованным участком полимерного волокна. Предполагается, что несущая частота оптического сигнала совпадает с частотой основной гармоники, которая принимает участие в параметрическом преобразовании энергии внутри ГВГ-модуля. Параметры модуля (прежде всего,оптический путь луча, проходящего внутри модуля) можно легко подбирать так, чтобы пиковая мощность данного входного сигнала точно или приблизительно соответствовала полному каскаду преобразования: ОГВГОГ, чтобы часть сигнала вокруг его центра пропускалась модулем с очень малой потерей мощности на генерацию остаточной части второй гармоники. Однако для частей того же сигнала, соответствующих меньшим локальным значениям мощности, фактическая длина распространения в модуле будет совершенно иной по сравнению с длиной полного каскада, следовательно, существенная часть энергии будет этими частями потеряна (поскольку волна второй гармоники не может распространяться в оптическом волокне). Этот простой механизм может эффективно срезать крылья сглаженного импульса, приближая его форму к прямоугольной. Разумеется, предложенный механизм формирования вызывает дополнительные потери энергии, которые требуют компенсации путем увеличения коэффициента усиления оптического усилителя, встроенного в линию связи. Из-за этого предпочтительной конфигурацией линии связи будет такая конфигурация, в которой устройство обработки импульсов устанавливается непосредственно после усилителя, что позволяет уменьшить длину распространения сигнала внутри устройства, необходимого для завершения каскада нелинейного (зависящего от мощности) преобразования. Однако оценки показывают, что даже при такой конфигурации длина распространения второй гармоники, необходимая для формирования импульса при конкретной амплитуде входной мощности, которую можно достичь в 15 имеющихся ГВГ-кристаллах, значительно превышает наибольший размер кристалла. И вновь к этой проблеме применимо то же решение, которое было предложено выше для компенсации нелинейности: сигнал можно пропускать через кристалл многократно. Другими словами, и для компенсации нелинейности и для формирования импульса предложена конфигурация с ГВГэлементом (фактически - кристаллом), покрытым отражающими зеркалами на передней и задней гранях с двумя узкими окнами, используемыми как вход для входного сигнала и выход для выходного. Фактически, описанное выше устройство может легко встраиваться в подходящей точке оптической линии связи. Например, оно может быть интегрировано в сетевой узел, который обычно содержит усилители и устройства для компенсации других нежелательных эффектов(например, оптические волокна). Чертежи, на которые даются ссылки ниже,иллюстрируют наиболее предпочтительный вариант настоящего изобретения, согласно которому устройство обработки импульсов основано на оптическом ГВГ-кристалле. Известна теоретическая статья изобретателей Sharing HRZ Pulses by a Second HarmonicGenerating Module (отправленная на публикацию одновременно с подачей настоящей заявки), в которой описаны дополнительные технические детали. Далее, предложено использовать устройство обработки сигнала, содержащее ГВГ-элемент для мониторинга входного сигнала, поданного на это устройство на основной гармонике (ОГ) путем мониторинга и дальнейшей обработки выходного сигнала на второй гармонике (ВГ). Выбирая внутренний оптический путь в устройстве обработки сигнала, можно получить подходящий ВГ-сигнал, который можно подвергать мониторингу и оценивать по нему входной сигнал, определяя несколько его параметров. Мониторинг можно объединить с обработкой/компенсацией нелинейности, если эти операции выполняются одним и тем же устройством. На фиг. 1 а показаны оптический нелинейный кристалл 10, входной оптический сигнал 12 на основной гармонике U (ОГ), оптическая ось'z' кристалла, обозначенная позицией 14. Кристалл вырабатывает выходной сигнал 16 на основной гармонике U' (ОГ) и выходной сигнал V(ВГ) (18) на второй гармонике. Поведение выходной мощности основной гармоники (ОГ) U' и (ВГ) V в зависимости от длины пути распространения сигнала в кристалле показано на фиг. 1b. Для формирования импульсов и обработки нелинейности изобретение концентрируется на получении от кристалла сигнала U' (ОГ), который всегда характеризуется конкретным знаком полученного каскадированием эффективного 16 коэффициента Керра. Характер нелинейности,создаваемой кристаллом при положительном или отрицательном эффективном коэффициенте Керра, схематически показан на фиг. 5. Вышеуказанные эффекты основаны на выходном сигнале U' на основной гармонике, тогда как эффект мониторинга использует выходной сигнал второй гармоники (см. фиг. 6 а, b). Для получения выходного сигнала на основной гармонике после завершения процесса каскадирования, длину 'z' требуемого оптического пути в кристалле (по оси z) можно прогнозировать используя систему уравнений (2). Известно и схематически показано на фиг. 1b, что выходная основная гармоника периодически увеличивается и уменьшается, в зависимости от длины оптического пути в кристалле (см. точки Z' и Z" максимума выходной основной гармоники). Поэтому для получения эффектов формирования импульсов и обработки нелинейности, в кристалле должен иметься оптический путь такой длины, который обеспечивал бы максимальную выходную мощность основной гармоники. Дополнительные условия поясняются ниже со ссылками на фиг. 2 а и 2b. Для конструирования устройства, пригодного для компенсации нелинейности, знак эффекта Керра, возникающего в кристалле, должен быть отрицательным. Для конструирования устройства, предназначенного главным образом для формирования импульсов и мониторинга,знак возникающего эффекта Керра не важен,хотя должен приниматься во внимание при расчете сети. Следует подчеркнуть, что для решения любой из поставленных задач можно создать и использовать один нелинейный кристалл с отрицательным значением эффекта Керра. На фиг. 2 а и 2b показано, как механизм формирования импульсов зависит от оптического пути (длины распространения) основной гармоники в ГВГ-элементе. Было обнаружено и показано, что если оптический импульсный сигнал 15 колоколообразной формы с амплитудой Рмакс подать на ГВГ-устройство 10 как его основную гармонику, можно найти кратчайший оптический путьZ' в устройстве, соответствующий первому максимуму мощности выходного сигнала на основной гармонике, после прохождения по которому импульс выходит из ГВГ-устройства без потери его пиковой мощности, тогда как крутизна импульса передается с потерями. Полученный восстановленный импульс, приближающийся к прямоугольному, на фиг. 2 а обозначен позицией 17. Когда оптический путь существенно отклоняется от кратчайшего пути Z' и приближается к пути Z", соответствующему второму максимуму мощности выходного сигнала на основной гармонике, форма полученного импульса становится искаженной и может в итоге принять форму, близкую импульсу 19, схематически показанному на фиг. 2b сплошной линией. Если оптический путь увеличить еще больше, и достигнуть третьего максимума, форма выходного импульса может принять форму дубового листа(показанную волнистой линией). Поэтому для получения эффекта формирования импульса в предлагаемом устройстве обработки сигнала предпочтительно использование кратчайшего оптического пути. Другие максимумы выходной энергии основной гармоники (второй, третий и пр.) и связанные с ними оптические пути могут использоваться для компенсации нелинейности,но представляются непригодными для формирования импульсов из-за сильных искажений выходного импульса. Фиг. 3, 4 и 5 иллюстрируют полученные математическим моделированием графики, характеризующие различные ГВГ-элементы и которые были использованы для конструирования устройства обработки сигналов по настоящему изобретению. В этом конкретном примере будет описан процесс конструирования устройства,пригодного для формирования импульсов и обработки нелинейности. Для того, чтобы практически определить"кратчайший оптический путь" или наименьшую длину распространения в конкретном устройстве обработки импульсов, предпочтительно осуществляющем формирование импульсов,можно выполнить следующие операции. Поскольку каждый конкретный ГВГэлемент характеризуется двумя внутренними параметрами - коэффициентом нелинейности у и коэффициентом рассогласования q (который,в принципе, зависит от длины волны несущей),можно построить график каскадной генерации ОГ-ВГ-ОГ для конкретного элемента и конкретной длины волны основной гармоники (на фиг. 3 показано несколько кривых для различных значений коэффициента рассогласования q). Каждый конкретный график составлен для конкретного значения нормализованной безразмерной мощности и нормализованного, также безразмерного расстояния распространения и показывает, как степень передачи основной гармоники через элемент зависит от длины распространения. Нижеприводимое уравнение, предложенное изобретателями, определяет нормализованную длину распространения через реальную длину распространения и образует так называемое условие оптимального переформирования импульса:Z' - нормализованная длина оптического пути в конкретном ГВГ-элементе в точке первого максимума передаваемой мощности основной гармоники;- коэффициент нелинейности, известный для конкретного ГВГ-элемента; 18 Рмакс - пиковая мощность импульса, поданного на этот ГВГ-элемент на основной гармонике;Zреал - реальный оптический путь, который входной оптический луч должен пройти в ГВГ-элементе для удовлетворения условия полной передачи пиковой мощности импульса. Точку, показывающую на каком оптическом пути Z' возникает первый максимум основной гармоники, можно найти с помощью вышеуказанного графика, построенного для конкретного ГВГ-элемента. Полученное безразмерное значения Z1 используется для решения уравнения и численно мы получаем:(6) Другими словами, зная Z' идля выбранного ГВГ-элемента и используя вышеприведенное уравнение, можно выбрать подходящую пропорцию между величиной амплитуды реального оптического импульса, поданного на ГВГэлемент и реальным оптическим путем, который этот реальный импульс должен пройти в этом элементе. Подходящая пропорция позволяет получить выходной импульс, подвергшийся формированию и/или регулированию нелинейности. Такое устройство может быть сконструировано либо для обработки предпочтительно одного эффекта (например, формирования импульсов), либо для формирования импульсов с одновременной обработкой нелинейности. Далее показано, что эффективность формирования импульсов зависит от значения коэффициента рассогласования q ГВГ-кристалла,а именно, чем меньше рассогласование q, тем более выражен эффект формирования импульса(фиг. 4). В свете вышеизложенного для конструирования устройства для обработки импульсов, предпочтительно для формирования импульсов, следует выбирать ГВГ-элементы с малыми значениями q. Для практической оценки степени положительного или отрицательного нелинейного фазового сдвига, который вводится конкретным ГВГ-устройством, можно построить дополнительный график, который должен рассматриваться вместе с вышеупомянутым графиком передачи. Фактически, для тех же значенийи q конкретного ГВГ-элемента, и для той же длины волны основной гармоники мы строим график фазового сдвига относительно нормализованной длины распространения (фиг. 5). Точка на графиках фазового сдвига 22 или 24, соответствующая первому максимуму 20 (на Z) на графике передачи будет указывать на степень нелинейности, которая может быть привнесена конкретным устройством обработки сигнала в волоконно-оптической линии связи. Учитывая,что знак нелинейности является либо положительным, либо отрицательным, как показано на 19 фиг. 5 (кривые 22 и 24 представляют полученный положительный и отрицательный эффект Керра, соответственно), устройство может использоваться для регулирования общей нелинейности в оптической линии связи. На основе вышеизложенного и в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается способ конструирования устройства обработки сигналов для обработки по меньшей мере одного эффекта из списка,содержащего нелинейности и искажение формы импульса, подаваемого на устройство на конкретной длине волны, заключающейся в том,что: выбирают элемент, генерирующий вторую гармонику (ГВГ-элемент) для этого устройства,чувствительный к основной гармонике (ОГ),определяемой конкретной длиной волны, и характеризующийся своими физическими параметрами,выбирают путем соответствующих расчетов, по меньшей мере одно соотношение между амплитудой импульса, подаваемого на устройство обработки импульса на указанной длине волны, и оптическим путем, который он должен пройти в этом устройстве для обеспечения максимальной пиковой мощности выходного импульса на основной гармонике,выбирают входной и выходной порты, определяющие выбранный оптический путь. Последняя операция предпочтительно содержит операцию конструирования элемента с зеркальными поверхностями для формирования между входным и выходным портами необходимой многосегментной траектории, образованной одним или несколькими внутренними отражениями от зеркала. Необходимость в удлиненном (многосегментном) оптическом пути диктуется тем фактом, что оптический путь, обеспечивающий максимальную пиковую мощность импульса на основной гармонике, исходящего из устройства,обычно превышает реально существующие размеры ГВГ-элемента, используемого в устройстве. При конструировании/изготовлении устройства для компенсации нелинейности оптического сигнала на конкретной длине волны, этот способ должен обеспечить отрицательный знак эффективной нелинейности Керра, создаваемой полученным элементом для конкретной длины волны. При изготовлении устройства эффективным коэффициентом Керра, возникающем в кристалле, можно управлять путем периодической поляризации этого оптического ГВГкристалла. Устройство может конструироваться с множеством дополнительных портов ввода/вывода и оптических коллиматоров, что позволяет регулировать устройство на месте, в соответствии с меняющимися условиями и тре 004485 20 бованиями, например, для выполнения функции мониторинга. На фиг. 6 а схематически показано, как устройство 10 обработки сигналов, содержащее ГВГ-элемент может быть использовано для мониторинга входного сигнала (U) (12) на основной гармонике с длиной волны 1, путем мониторинга выходного сигнала V (18) на второй гармонике, имеющей длину волны 1/2 и для обработки результатов мониторинга. Контрольный фильтр 26 отвечает за вывод определенной части (например, 5% или более) сигнала на второй гармонике из нелинейного элемента, процессор сигнала на второй гармонике (ПСВГ) 28 выполняет операции, необходимые для сравнения поведения полученного сигнала с поведением оптического сигнала на основной гармонике(ОГ) и для определения таких параметров сигнала на основной гармонике, как частота ошибок по битам, мощность сигнала на основной гармонике, спектр основной гармоники и пр. Процессор 28 может быть настроен на генерирование различных информационных сообщений и/или управляющих команд на основании результатов мониторинга. Положение контрольного фильтра относительно ГВГ-элемента может не совпадать с выходом основной гармоники, т.е. внутренний оптический путь, выбранный для мониторинга, может отличаться от пути, выбранного для передачи главного сигнала на основной гармонике через ГВГ-элемент. Такое необязательное положение контрольного фильтра помечено схематическим прямоугольником 27. На фиг. 6b показано, как следует выбирать фазу выходной мощности выходного сигнала 18 на второй гармонике для получения ненулевой выходной мощности второй гармоники, пригодной для ее мониторинга. Как объяснялось выше,фаза мощности выходных сигналов на второй гармонике зависит от длины внутреннего оптического пути, проходимого в устройстве входным лучом. Поэтому, чтобы обеспечить возможность операции мониторинга на второй гармонике с одновременным обеспечением передачи исходного импульсного сигнала через устройство и его выход на основной гармонике,внутренний оптический путь предпочтительно выбирают так, чтобы не получить выходной пик мощности основной гармоники (ОГ), например,где-то в точках ml, m2, m3, показанных на чертеже. В общем, сигнал на второй гармонике можно извлечь из устройства на выходном порте, отличающемся от того порта, через который выводится сигнал на основной гармонике. В любом случае, следует принимать во внимание,что мощность, извлеченная из ГВГ-элемента с помощью сигнала на второй гармонике, приведет к уменьшению амплитуды получаемого сигнала на основной гармонике. Поэтому, сигнал на второй гармонике можно отбирать для мони 21 торинга на выходном порте элемента, соответствующем точке m4 на чертеже, но с помощью контрольного фильтра, который допускает лишь частичное его извлечение. В рамках единого устройства функция мониторинга может выполняться либо самостоятельно, либо, предпочтительно, в комбинации с функцией обработки нелинейности. Функцию формирования импульсов, если ее также необходимо выполнять, лучше выполнять с помощью отдельного устройства обработки сигналов, хотя возможны и другие комбинации. На фиг. 7 схематически показано сечение одного варианта устройства обработки сигнала,содержащего оптический кристалл, адаптированы для формирования многопроходной (многосегментной) траектории оптического луча и приспособленного для регулирования нелинейности, формирования импульсов и/или мониторинга оптических сигналов. Оптический кристалл 30 является, например, нелинейным кристаллом КТР или ВВО кубической формы,снабженный внутренними отражающими поверхностями 32 на двух его противоположных гранях. Как известно в данной области техники,имеется много способов создания таких отражающих поверхностей. На фиг. 7 кристалл оснащен одним входным отверстием 34 в отражающей поверхности, через которое в кристалл входит входной оптический импульсный сигнал, который соответствует основной гармоникеU несущей в соответствии с записью, принятой в математической модели, представленной выше. Кристалл подвергается предварительному регулированию (схематически показано стрелкой 38) для регулировки знака и значения, создаваемого им эффективного коэффициента Керра. Предположим, отрицательный коэффициент Керра обеспечен. В кристалле, благодаря отражающим поверхностям, световой луч вынужден двигаться по многопроходной траектории 35 для удлинения оптического пути и выходит через выходное окно 36, как модифицированный сигнал U'. В сигнале U' ранее накопленный положительный эффект Керра компенсирован отрицательным эффектом Керра, созданным кристаллом. Как пояснялось выше, траекторию можно сделать достаточно длинной, чтобы значение эффективного коэффициента Керра было достаточно велико, чтобы компенсировать накопленный эффект Керра. Накопленный компенсирующий фазовый сдвиг почти прямо пропорционален длине полного оптического пути через кристалл. Для получения эффекта формирования импульса в дополнение к эффекту компенсации нелинейности, эта длина должна приблизительно соответствовать первому максимуму распространения основной гармоники. Общая длина траектории, в свою очередь, может регулироваться изменением угла падения луча 39. 22 Для расчета удлиненного оптического пути, требуемого для компенсации нелинейности,можно использовать систему уравнений (2), при этом следует учитывать пограничные условия отражения, чтобы принять во внимание фазовый сдвиг, возникающий в точках отражения луча от зеркальных поверхностей. Кроме того, для выполнения и формирования импульсов и компенсации нелинейности, следует учитывать и соотношение между минимальной длиной распространения и величиной амплитуды на входе. Следует отметить, что для выполнения функции мониторинга выбранная длина траектории не должна соответствовать максимуму основной гармоники (т.е. минимуму второй гармоники). Кристалл 30 можно разместить в контейнере, а окна 34 и 36 могут быть снабжены коллимирующими линзами для фокусирования и регулирования светового луча. На фиг. 8 показан другой вариант предлагаемого устройства, в котором нелинейный оптический кристалл (показанный в сечении) полностью покрыт отражающей поверхностью 42. Отверстия 44 и 46 в зеркальной поверхности оснащены регулируемыми коллимирующими линзами (схематически показанными в виде прямоугольников), соединенными с оптическими волокнами 43 и 45. Благодаря дополнительной отражающей поверхности на нижней грани кристалла, оптический путь луча 48 в кристалле может быть вдвое длиннее по сравнению с путем, показанным на фиг. 7 (если кристаллы одинаковы). Более того, на поверхностях кристалла может быть выполнено одно или несколько дополнительных окон 49. Таким образом, можно регулировать длину траектории, выбирая конкретный угол падения и конкретную пару окон,между которыми проходит луч. В принципе,такое устройство может также служить как настраиваемый модуль обработки сигнала. Его можно подстроить под меняющиеся условия и требования и, тем самым, оно может выполнять любую из трех описанных функций - формирование импульса, обработку нелинейности и мониторинг сигнала. На фиг. 7 и 8 также успешно иллюстрируют устройство обработки сигнала для многоканальной оптической передачи. В этом случае(например, в передающей системе WDM) входной световой луч, приходящий из оптического волокна, содержит множество основных гармоник с соответствующими длинами волн 1, 2, n (n оптических каналов). При одном и том же угле падения основные гармоники распространяются в кристалле по почти общей траектории. Следует принимать во внимание, что значение эффекта Керра, создаваемого в кристалле, зависит от длины волны, поэтому результаты требуемых операций обработки сигна 23 ла в кристалле могут быть разными для разных оптических каналов. На фиг. 9 а и 9b показаны два взаимно перпендикулярных сечения, иллюстрирующие другой вариант устройства обработки сигналов,специально сконструированного для использования в многоканальных системах, таких какWDM-системы. Мультиплексоры и демультиплексоры, связанные с ними, обозначены позициями 52 и 54. Этот вариант содержит ГВГкристалл, геометрически разделенный на множество слоев 56 (предпочтительно, параллельных), причем каждый слой служит отдельным ГВГ-элементом, предназначенным для регулирования нелинейности, формирования импульсов и мониторинга в конкретном оптическом канале. Слои 56 кристалла 50 и каналы 58 многоканального формата соответствуют друг другу один к одному. В этом варианте кристалл оснащен зеркалами 60, расположенными у двух противоположных граней, позволяющими осуществлять внутреннее отражение каждого входного оптического луча. Зеркала 60 имеют пару окон 62, 64 на каждом из слоев для входного оптического луча и выходного оптического луча каждого конкретного оптического канала. Поскольку каждый оптический луч распространяется в собственном пространственном слое, он не влияет на процессы, происходящие в соседних слоях. Расчеты показывают, что толщина каждого слоя не должна превышать 1 мм. Однако каждый оптический канал может содержать паразитные длины волн, отличающиеся от основной гармоники. Кроме того, такие посторонние длины волн могут попадать в слои при пропускании демультиплексированных каналов в ГВГ-кристалле 50. Для недопущения этого вариант, показанный на фиг. 9 а, 9b,может содержать ГВГ-слои 56, разделенные друг от друга любым изолирующим интерфейсом (не показан), например, интерфейсом на основе решеток. Каждый слой может выполнять одну или несколько функций обработки сигнала в зависимости от длины внутреннего оптического пути, выбранного для оптического луча конкретного канала и дополнительного оборудования(усилителей, мониторов, коллиматоров и пр.). На фиг. 10 схематически показана система,в которой множество устройств по настоящему изобретению (показаны 66 и 68) периодически встроены в волоконно-оптическую линию 70 связи для компенсации обычного положительного эффекта Керра, накопленного в длинных пролетах волокна, для формирования искаженных импульсов и для мониторинга сигнала. Для этой цели пригодны нелинейные оптические кристаллы. Зная, что каскадно возникающий эффективный коэффициент Керра (Keff) в относительно небольшом ГВГ-кристалле может быть очень большим, и зная, как отрегулировать 24 знак эффекта Керра в кристалле, эту проблему можно решить. Процедура проверки знака эффекта Керра в кристалле выполняется заранее,при его изготовлении. Если знак эффективного коэффициента Керра не соответствует цели, его меняют периодической поляризацией (способ квази-согласования фазы). В конечном итоге с помощью этой процедуры также можно регулировать значение эффективного коэффициента Керра. Убедившись, что эффективный коэффициент Керра отрицателен (стрелка 71 означает операции, проводимые заранее), его значение можно далее регулировать под данную длину пролета оптического волокна для компенсации накопленной в нем нелинейности. Наиболее предпочтительным вариантом является регулирование эффективного оптического пути светового луча внутри устройств 66 и 68 путем организации многопроходной внутренней передачи,как показано на фиг. 7 или 8. Дополнительным вариантом является установка большего количества устройств обработки сигнала в линию 70 связи. Предположим, что нелинейный оптический кристалл 66 также выполняет функцию формирования импульсов. Его внутренний оптический путь регулируется до минимального оптического пути, при котором выходная мощность основной гармоники достигает своего первого максимума. Зная пиковую мощность,необходимую для эффективной работы линии связи, необходимо согласовать и поддерживать соответствующий минимальный оптический путь. Усилители 72, 74 оптического сигнала,помимо прочего, предназначены для регулирования пиковой мощности импульсов на основной гармонике, приходящих в устройства 66 и 68, соответственно. Предположим, что устройство 68, помимо компенсации нелинейности, также выполняет функцию мониторинга сигнала на второй гармонике, используя блок 75, показанный схематически и в общем называемый "процессор мониторинга второй гармоники" (ПМВГ). Например, блок 75 может анализировать амплитуду сигнала на второй гармонике, выводимого из кристалла 68, и на основе этого анализа регулировать коэффициент усиления усилителя 74. Альтернативно или дополнительно блок 75 можно настроить на анализ прямоугольности приходящих импульсов и на воздействие на усилитель 72 нелинейного элемента 66 для регулирования его функции формирования импульсов. Дополнительный выход 77 блока 75 предназначен для передачи результатов мониторинга на управляющее устройство (не показано) для анализа, управления, регулирования и обслуживания (например, можно изменять битовую скорость передачи на основании измерения частоты ошибок по битам). 25 Нелинейные кристаллы 66 и 68 могут физически образовывать часть сетевых узлов, обозначенных позициями 76 и 78. Предпочтительно, кристаллы устанавливаются непосредственно после оптических усилителей 72, 74 этих узлов. Фиг. 11 иллюстрирует вариант многоканальной оптической коммуникационной системы 80, в которой используются предлагаемые устройства обработки сигнала разных типов(т.е. предназначенных для выполнения одной или нескольких из упомянутых функций). В этом случае система относится к типу OADM и содержит компоненты для мультиплексирования и демультиплексирования для обработки множества каналов в формате WDM. Пусть устройства для обработки импульсов, предназначенные для компенсации нелинейности, будут обозначены позицией "А", устройства, предназначенные для формирования импульсов, будут обозначены позицией "В", а устройства, предназначенные для мониторинга сигнала на второй гармонике, будут обозначены позицией "С". Множество оптических каналов с длинами волн, 2,n передаются по линии 82 связи. Устройство обработки сигнала типа "А" может встраиваться в линию 82 связи для предварительной компенсации нелинейности, накопленной во всех оптических каналах из-за свойств оптического волокна линии связи. Оптические сигналы демультиплексируются демультиплексором 86. Один из каналов (n) перенаправляется к абоненту, и затем, принимается от абонента, но перед перенаправлением, нелинейность,накопленная в оптическом сигнале, точно компенсируется устройством 88. Это устройство относится к комбинированному типу "А" и "С",что позволяет осуществлять мониторинг сигнала. Если сигналы данных в этом канале передаются с относительно низкой битовой скоростью,никакого серьезного формирования сигналов не требуется. В других каналах осуществляется и компенсация накопленной нелинейности, и восстановление искаженной формы импульсов. Например, оптический сигнал, приходящий по каналу 1, пропускается через устройство 90 типа "А", а затем, дополнительно, через устройство 92 типа "В". Оптический сигнал канала 2,обрабатывается устройством 94 комбинированного типа "А,В", которое осуществляет обработку этих двух эффектов. Восстановленные сигналы различных каналов со вновь добавленным и еще не искаженным сигналом 96 на длине волны n мультиплексируются мультиплексором 98 для передачи по оптической линии 100 связи. Оптические сигналы других каналов могут обрабатываться подобным образом или с использованием многослойного варианта устройства обработки сигналов, показанного на фиг. 9 а, 9b. 26 Следует подчеркнуть, что вышеприведенное описание конкретных вариантов настоящего изобретения не имеет ограничительного характера и в рамках предложенной концепции могут существовать и другие варианты, которые должны рассматриваться как часть настоящего изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки оптического импульсного сигнала путем выполнения по меньшей мере одной операции из следующих: формирование импульсов, обработка нелинейности и мониторинг, заключающийся в том, что предусматривают устройство обработки сигналов, выполненное с возможностью выполнения каскадной генерации второй гармоники относительно конкретной основной гармоники,выбирают длину оптического пути в указанном устройстве обработки сигнала, пригодную для выполнения по меньшей мере одной из указанных операций в отношении входного оптического импульсного сигнала, переносимого на волне, длина которой определяется указанной конкретной основной гармоникой,передают входной оптический импульсный сигнал, переносимый на волне указанной длины по выбранному оптическому пути в указанном устройстве обработки сигналов,получают из указанного устройства обработки сигналов по меньшей мере один выходной оптический импульсный сигнал из списка,содержащего выходной оптический импульсный сигнал на основной гармонике, который подвергся обработке нелинейности и/или формированию импульсов,выходной оптический импульсный сигнал на второй гармонике, пригодный для дальнейшего мониторинга и оценки указанного входного оптического импульсного сигнала. 2. Способ по п.1, в котором обеспечивают операцию обработки нелинейности, причем при выборе длины оптического пути выбирают такую длину оптического пути для передачи входного оптического импульсного сигнала с известной амплитудой через устройство обработки сигналов, которая по существу близка к длине, при прохождении которой выходной оптический импульсный сигнал на основной гармонике достигает максимальной пиковой мощности. 3. Способ по п.1, в котором обеспечивают операцию формирования импульсов, причем при выборе длины оптического пути выбирают такую длину оптического пути для передачи входного оптического импульсного сигнала с известной амплитудой через устройство обработки сигнала, которая по существу близка к длине кратчайшего оптического пути, при прохождении которого выходной оптический им 27 пульсный сигнал на основной гармонике достигает максимальной пиковой мощности. 4. Способ по п.1, в котором осуществляют операцию мониторинга, причем при выборе длины оптического пути выбирают такую длину оптического пути для передачи входного оптического импульсного сигнала через устройство обработки сигналов, которая позволяет получить из указанного устройства выходной оптический импульсный сигнал на второй гармонике с ненулевой пиковой мощностью. 5. Способ по п.1, в котором передачу осуществляют путем пропускания сигнала по многосегментной траектории в указанном устройстве, тем самым создавая удлиненный оптический путь. 6. Способ по п. 5, в котором передачу осуществляют по многосегментной зигзагообразной траектории, обеспечивая одно или несколько внутренних отражений в устройстве обработки сигнала. 7. Способ по п.2, в котором для компенсации нелинейности, дополнительно осуществляют предварительную операцию, при которой обеспечивают отрицательный знак эффекта Керра, создаваемого устройством на указанной длине волны. 8. Способ по п.1, в котором для постепенной обработки оптического сигнала в волоконно-оптической линии связи осуществляют дополнительную операцию, при которой передают выходной оптический сигнал по цепи, содержащей по меньшей мере одно дополнительное устройство обработки сигнала, причем устройства в цепи соединены секциями волоконнооптической линии связи. 9. Способ по п.1, в котором для обработки оптических импульсных сигналов при многоканальной передаче оптической информации,причем каждый из оптических каналов передает определенный оптический сигнал на конкретной длине оптической волны, операции по п.1 выполняют в отношении каждого конкретного оптического канала. 10. Способ по п.9, в котором передают оптические импульсные сигналы различных оптических каналов через соответствующие различные устройства обработки сигналов. 11. Способ по п.9, в котором передают оптические импульсные сигналы различных оптических каналов через одно и то же общее устройство обработки сигналов. 12. Способ по п.9, в котором выбирают оптические каналы с наилучшими результатами обработки сигнала для передачи информации,имеющей более высокий приоритет. 13. Устройство для обработки оптического импульсного сигнала, выполняющее по меньшей мере одну из следующих операций: формирование импульсов, обработку нелинейности и мониторинг сигнала, 004485 28 при этом устройство выполнено с возможностью выполнения каскадной генерации второй гармоники относительно конкретной основной гармоники,отличающееся тем, что содержит оптический путь такой длины, выбранной для входного оптического импульсного сигнала, переносимого на волне, длина которой определяется конкретной основной гармоникой, что после передачи указанного входного оптического импульсного сигнала по выбранному оптическому пути, устройство позволяет получить по меньшей мере один выходной оптический импульсный сигнал из списка, содержащего выходной оптический импульсный сигнал на основной гармонике, который был подвергнут обработке нелинейности и/или формированию импульсов,выходной оптический импульсный сигнал на второй гармонике, пригодный для дальнейшего мониторинга и оценки указанного входного оптического импульсного сигнала. 14. Устройство по п.13, которое имеет длину оптического пути, близкую к пути, при прохождении которого выходной оптический импульсный сигнал на основной гармонике достигает максимальной пиковой мощности, и, тем самым, пригоден для обработки нелинейности. 15. Устройство по п.13 или 14, которое имеет длину оптического пути, близкую к кратчайшей, при прохождении которой выходной оптический импульсный сигнал на основной гармонике достигает максимальной пиковой мощности, тем самым являясь пригодным для формирования импульса. 16. Устройство по п.13, которое имеет длину оптического пути, позволяющую получить выходной оптический импульсный сигнал на второй гармонике с ненулевой пиковой мощностью, пригодный тем самым для мониторинга. 17. Устройство по п.13, которое содержит элемент, генерирующий вторую гармонику, выбранный из неисчерпывающего списка: оптический кристалл, генерирующий вторую гармонику и полимерное волокно, генерирующее вторую гармонику. 18. Устройство по п.17, в котором элемент,генерирующий вторую гармонику, является оптическим кристаллом, генерирующим вторую гармонику, выбранным из неисчерпывающего списка, содержащего титанилфосфат калия, дигидрогенфосфат калия и оптические кристаллы бората бария. 19. Устройство для обработки оптического импульсного сигнала, подаваемого на конкретной длине волны, и выполняющее по меньшей мере одну из следующих операций: формирование импульсов, обработку нелинейности и мониторинг сигнала,содержащее элемент, генерирующий вторую гармонику для выполнения каскадной ге 29 нерации второй гармоники относительно основной гармоники, определяемой указанной конкретной длиной волны,при этом указанный элемент покрыт зеркальными поверхностями по меньшей мере на своих двух противоположных гранях и в котором оставлены по меньшей мере два окна на противоположных гранях для входного оптического луча и выходного оптического луча соответственно, при этом окна расположены так,чтобы создавать одно или несколько внутренних отражений оптического луча, проходящего между этими двумя окнами, за счет чего создается удлиненный внутренний оптический путь. 20. Устройство по п. 19, в котором указанный удлиненный внутренний оптический путь имеет длину, пригодную для получения выходного оптического импульсного сигнала на основной гармонике с пиковой мощностью, близкой к максимальной и/или выходного оптического импульсного сигнала на второй гармонике с ненулевой пиковой мощностью. 21. Устройство по п.20, в котором указанный удлиненный внутренний оптический путь имеет по существу кратчайшую длину, при прохождении которой выходной оптический импульсный сигнал на основной гармонике достигает максимальной пиковой мощности. 22. Устройство по п.19, в котором указанный элемент имеет кубическую форму и две его противоположные грани имеют зеркальные поверхности, в котором оставлены два окна на указанных противоположных гранях для входного оптического луча и выходного оптического луча, соответственно, при этом окна расположены так, чтобы получить удлиненный оптический путь для оптического луча через указанный элемент. 23. Устройство по п.19, которое снабжено более, чем двумя указанными окнами, что позволяет выбирать и активировать любую пару окон для регулирования длины указанного внутреннего оптического пути. 24. Устройство по п.19, которое дополнительно снабжено коллиматорами, связанными с указанными окнами и служащими для регулирования угла падения светового луча. 25. Устройство по п.19, которое выполнено с возможностью обработки сигнала в многоканальном формате передачи, в котором множество каналов передают оптические сигналы на соответствующих длинах волн, отличающихся друг от друга, при этом устройство выполнено с возможностью генерации второй гармоники относительно длин волн более, чем одного канала этого формата. 26. Устройство по п.25, в котором устройство обработки импульсов, выполненное с возможностью генерации второй гармоники относительно длин волн нескольких из множества 30 оптических каналов, разделено на множество слоев для соответствующей передачи оптических сигналов этих нескольких из множества оптических каналов. 27. Устройство по п.26, в котором слои геометрически отделены друг от друга. 28. Устройство по п.27, в котором слои отделены друг от друга фильтрующими по длине волны средствами. 29. Устройство по п.19, которое интегрировано с оптическим усилителем и установлено непосредственно после этого усилителя. 30. Система для обработки оптических сигналов,проходящих по волоконнооптическим линиям связи, путем выполнения формирования импульсов,обработки нелинейности и/или мониторинга, содержащая два или несколько устройств обработки сигнала по п.13 или 19, встроенных в одну или несколько волоконно-оптических линий связи и выполняющих формирование импульсов, обработку нелинейности и/или мониторинг по меньшей мере одного оптического импульсного сигнала. 31. Способ конструирования устройства для обработки оптических сигналов путем выполнения по меньшей мере одной операции из списка, содержащего обработку нелинейности,формирование импульсов и мониторинг оптического импульса, поданного на устройство на конкретной длине волны, заключающейся в том,что выбирают для устройства элемент, генерирующий вторую гармонику, чувствительный к основной гармонике, определяемой конкретной длиной волны,выбирают путем соответствующего расчета по меньшей мере одно соотношение между амплитудой импульса, подаваемого на устройство обработки импульсов на указанной длине волны, и оптическим путем, проходимым в устройстве для обеспечения либо максимальной выходной пиковой мощности выходного импульсного сигнала на основной гармонике, либо ненулевой пиковой выходной мощности выходного импульсного сигнала на второй гармонике,создают по меньшей мере один входной порт и по меньшей мере один выходной порт,определяющие по меньшей мере один оптический путь с выбранными соотношениями. 32. Способ по п.31, в котором конструируют элемент с зеркальными поверхностями так, чтобы образовать между входным и выходным портами по меньшей мере одну многосегментную траекторию, полученную за счет внутренних отражений в указанном элементе. 33. Способ по п.30, в котором для эффективного формирования импульсов выбирают элемент, генерирующий вторую гармонику с меньшими значениями параметра рассогласования.