549_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_

Здесь: , …, М – коэффициенты прямой связи, , …, – коэффициенты обратной связи, T – период следования единичного импульса и длительность линии задержки в эквалайзере с решающей обратной связью, T/s – длительность линии задержки в опережающем эквалайзере (чем больше s, тем шире может быть спектр импульса).

Литература

1.http://test.inf.sfedu.ru/foos/glava2/2.2.html.

2.http://tkc.by/ru/infocenter/wiki/polyarizatsionnaya_modovaya_dispersiya-651.html.

3.Алѐшин Н. Реферат «Поляризационная модовая дисперсия», 2006г.

4.http://archive.c-tt.ru/content/?fl=419&sn=255.

5.http://old.fibercity.ru/img/misc/optics_articles/dispersiy.pdf.

Ханмамедова Ольга Азатовна

Магистрант (2 год обучения) УрТИСИ СибГУТИ (Екатеринбург, ул. Репина, 15) тел. +7 953 041 25 89 , e-mail: olga19091990@rambler.ru.

This article discusses the phenomenon of dispersion of signals in optical fibers. In particular the reasons for the variance. In this work special attention is paid to the more detailed consideration of polarization mode dispersion (PMD), namely the effect on the transmitted signal, calculating the values of PMD and PMD compensation methods.

Key words: polarization mode dispersion compensation, the transmitter.

392

Рис. 1 Нелинейность проявляется при высоком уровне мощности

По своим нелинейным свойствам кварцевое стекло существенно (несколько порядков) уступает традиционным нелинейным оптическим материалам. Однако эффективность нелинейных эффектов определяется не только нелинейными коэффициентами, но и произведением плотности мощности Р/Аэфф (интенсивности) на длину взаимодействия Lвз:

В объемной среде длина взаимодействия Lвз ограничена (рис. 2a) из-за дифракционной расходимости света величиной порядка Аэфф/ (релеевское расстояние).

Поэтому в объемной среде коэффициент М не зависит от степени концентрации света и примерно равен:

3 Специфические свойства

Оптические волокна обладают двумя специфическими свойствами, которые обуславливают высокую эффективность протекания в них нелинейных процессов. Во- первых, свет сконцентрирован на малой площади вблизи сердцевины волокна. Во-вторых, такая высокая концентрация света сохраняется на всей многокилометровой длине волокна

(рис. 2б).

Рис. 2 Геометрия экспериментов для объемной не волноводной среды (а) и для оптических волокон

(б).

394

В волокне длина взаимодействия ограничена тем, что интенсивность света уменьшается из-за потерь в волокне, и еѐ вклад в суммарный нелинейный эффект существенен только на начальном участке. Эффективная длина этого участка волокна определяется выражением:

где L – длина волокна, - потери в волокне. Для типичной величины поглощения в волокне 0.22 дБ/км эффективная длина волокна составляет 20 км, что заметно меньше не только полной длины линии, но и расстояния между оптическими усилителями.

В SM волокнах диаметр модового пятна w равен примерно 7 и, соответственно, Аэфф = w2 /4 = 12.5 2. Из (1), полагая Lвз = Lэфф, находим величину коэффициента М в волокне:

4 Типы нелинейных эффектов

Основныетипы нелинейных эффектов в волокне наблюдаются уже при мощности в каждом из спектральных каналов DWDM системы порядка несколько милливатт. Их можно разделить на неупругие и упругие взаимодействия. К неупругим взаимодействиям относятся вынужденное (стимулированное) рассеяние Рамана (SRS – stimulatedRamanscattering) и вынужденное рассеяние Бриллюэна (SBS - stimulatedBrillouinscattering). Часто используют и другие обозначения: вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) и вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ).

Явления вынужденного рассеяния SBS и SRS проявляются в том, что лазерный сигнал рассеивается, соответственно, на звуковых волнах, распространяющихся в волокне (акустических фононах) или на молекулярных колебаниях волокна (оптических фононах), и смещается в область более длинных волн. На рисунке 3 изображены спектры SВS и SRS.

Рис. 3 Спектры SВS и SRS.

а) При вынужденном рассеянии Бриллюэна (SBS) спектр спонтанного излучения узкий (30..60 МГц) и смещен в длинноволновую сторону на 11 ГГц.

б) При вынужденном рассеянии Рамана (SRS) спектр спонтанного излучения широкий (~ 7 ТГц или 55 нм) и смещен в длинноволновую сторону на величину порядка 13 ТГц.

395

Хотя явления SBS и SRS во многом схожи, можно выделить несколько существенных отличий:

SВS наблюдается только для встречной волны (рассеяние происходит только назад). SRS наблюдается не только для встречных волн, но и для сонаправленных волн.

При SRS спектр спонтанного излучения смещен значительно сильнее и ширина его намного больше чем при SВS.

Пороговая мощность SВS намного меньше чем SRS.

Купругим взаимодействиям относятся явления обусловленные зависимостью показателя преломления от интенсивности света (эффектом Керра): фазовая самомодуляция волн (SPM - Self-PhaseModulation), четырехволновое смешение (FWM – FourWaveMixing), перекрестная фазовая модуляция (ХРМ – CrossPhaseModulation), модуляционная нестабильность (MI – ModulationInstability). Явления, обусловленные эффектом Керра, могут приводить, в зависимости от величины и знака дисперсии волокна, к значительным изменениям ширины и формы импульсов, а также к появлению перекрестных помех, зависящих от числа каналов в DWDM системе (рис.4).[1]

Рис 4. Примерный вид зависимости максимальной мощности в спектральном канале от числа каналов.

Знание принципов возникновения нелинейных искажений позволит правильно выбрать не только тип ОВ, но и правильно спроектировать оптическую систему. В связи с этим постараемся представить некоторые обобщающие положения.

5 Эффекты рассеяния

Врезультате анализа, было показано, что ВКР обладает сравнительно большим порогом по мощности (около 600мВт на 1,55 мкм.), что означает малое влияние в системах WDM c малым количеством и возможные негативные последствия в системах WDM с большим количество используемых длин волн.

Вотличие от ВКР, ВРМБ обладает чрезвычайно низким порогом мощности (около 1 мВт на 1,55 мкм.), что уже существенно может сказаться при использовании технологии WDM. Однако, данное явление становится пренебрежимо мало, при использовании оптических

систем передачи со скоростями более 1 Гбит/с (пороговая мощность составляет сотни мВт),

396

6 Эффекты самомодуляции

Было показано, что ФСМ может оказывать как отрицательное воздействие на оптический сигнал, так и положительное. Так в ОВ с отрицательной хроматической дисперсий, эффект ФСМ приводит к «расплыванию» импульса и уширению спектра, а так же к появления различных амплитудных искажений и джиттера. В волокне с положительной дисперсией возможно получение солитона, спектр и форма которого при определенных условиях остаются неизменным по мере распространения по ОВ, что позволяет в будущем получить оптические системы передачи с длиной регенерационного участка до 1000 км. В общем случае, действие ФСМ увеличивается с увеличением вводимой мощности, увеличением скорости передачи, а так же в системах с большим значением накопленной дисперсии.

7 Параметрические эффекты

Было показано, что одним из наиболее деструктивных эффектов в WDM является эффект Четверть Волновое Смешение, приводящий к появлению огромного количества интермодуляционных паразитных составляющих, которые могут попасть на рабочие длины волн системы WDM и привести к необратимым искажениям. Однако эффективность ЧВС можно существенно понизить за счет использования большего межканальный интервал расстановки оптических несущих, а так же при наличии с системы небольшого уровня дисперсии.

Исходя из вышеперечисленного можно сформулировать основные меры, которые способны привести к снижению эффективности всех нелинейных явлений в ОВ:

необходимо по возможности снижать мощность, вводимую в ОВ;

необходимо использовать больший шаг между оптическими несущими (согласно

Rec.ITU-TG.692)[3];

необходимо использовать ОВ с наличием небольшой ненулевой дисперсии, т.е. ОВ стандартов G.655, G.656

На сегодняшний день большинство производителей высокоскоростных систем волнового уплотнения пошло именно по последнему пути, т.е. по пути использования волокна с ненулевой смещенной дисперсий.

На сегодняшний день разработаны и находятся на стадии экспериментального тестирования системы ВОСП-WDM со следующими параметрами:

Таблица 1. – Конфигурации экспериментальных ВОСП-WDM

Анализ выше указанных ВОСП-WDM показывает, что повышение пропускной способности, уменьшение межканального интервала, увеличение длины линейного тракта достигается не только за счет примененения современной электроники (рамановские усилители, усилители EDFA, высокоточные лазеры и т.д.), но и за счет применения

сверхчистого оптического NZDS волокна c высокой эффективной площадью оптического

397

скорость передачи. Достигнутая пропускная способность 7 Тбит/с или 11 Тбит/с превысила потребности сегодняшних дней при всем разнообразии представляемых услуг связи.

8 Характеристики NZDS волокон

В современных наземных линия связи, использующих технологию WDM используется волокно с положительной ненулевой дисперсией (+D NZDS) соответствующее рекомендациям ITU-T G.655 и G.656.

С одной стороны, дисперсия должна быть достаточно малой, так чтобы не вызывала уширение импульсов. С другой стороны, для подавления перекрестных помех, возникающих из-за ЧВС и ФСМ эффектов, дисперсия должна быть достаточно большой. Величина дисперсии NZDS волокон определяется требованиями Rec. G.655 и G.656 и должна лежать соответственно в диапазонах: (G.655,656) 0,1…6 пс/нм/км и 2…14 пс/нм/км

NZDS волокна не только эффективно уменьшают влияние ЧВС и ФСМ в системах WDM, но и обеспечивают возможность передачи без компенсации дисперсии сигналов со скоростью 10 Гбит/с(STM-64) на расстояние порядка 250 км (в SM волокнах оно около 60 км):

Рис 5. – Зависимость максимального расстояния передачи без компенсации дисперсии от скорости передачи в SM и NZDS волокнах

На современном этапе развития WDM систем можно выделить следующие основные требования к дисперсионным и нелинейным характеристикам NZDS волокна:

для уменьшения влияния нелинейных эффектов необходимы волокна с большей площадью модового пятна;

для работы в широкой полосе частот, включающей в себя третье (С), четвертое (L) и пятое (S) окна прозрачности, необходимы волокна с малым наклоном дисперсионных кривых;

для систем со скоростью передачи данных 10 Гбит/с и более необходимы волокна с малой величиной поляризационной модовой дисперсии;

для очень плотных DWDM систем с большим числом каналов и высокой скоростью передачи данных в каналах необходимы волокна с большой (около 8 пс/нм/км) дисперсией.

Современные волокна, отвечающие Rec. G.655 или G.656, удовлетворяют большинству этих требований. При этом их можно разделить на три основных типа:

волокна с большой площадью модового пятна (LEAF(Corning), Freelight(Pirelli),Teralight(Alcatel);

волокна с малым наклоном дисперсионной кривой

(TruewaveRS(Lucent),Teralight(Alcatel));

волокна с большой дисперсией (Teralight(Alcatel)).

398

Все типы выпускаются основными производителями волокон: Corning, LucentTechnologies, Alcatel, Fujikura, SumitomoElectricIndustries и др.

Несмотря на то, что все рассмотренные ОВ соответствуют Rec. G.656[4], они значительно различаются между собой по таким основным параметрам, как диаметр модового поля и связанная с ним эффективная площадь сечения и абсолютные величины коэффициента хроматической дисперсии и наклон дисперсионной кривой.

Эти параметры взаимосвязаны: чем больше эффективная площадь, тем больше наклон дисперсионной кривой, и наоборот. Отсюда при всех преимуществах сверхмалого наклона волокна FutureGuide-USS в нем потенциально более легко могут проявляться нелинейные эффекты при меньших уровнях сигнала, что скажется на протяженности линии связи, несмотря на то, что самые низкие уровень хроматической дисперсии и наклон дисперсионной кривой этого ОВ весьма выгодны для передачи без компенсации дисперсии, по крайней мере при скоростях 10 Гбит/с. Компания Fujikura рекомендует это волокно для эффективного использования только в городских сетях. Волокно TeraLightUltra имеет самый высокий уровень хроматической дисперсии и самый большой угол наклона дисперсионной кривой и, соответственно, самую большую эффективную площадь сечения.

Это обстоятельство может позволить использовать в DWDM-системах узкие межканальные интервалы, вплоть до 25 ГГц. Отличительной особенностью волокна TrueWaveReach LWP по сравнению с другими волокнами этого класса является низкий коэффициент затухания в области гидроксильного пика, что, как отмечалось выше, не только открывает дополнительные длины волн для CWDM-систем, но и повышает эффективность рамановского усиления. В сочетании с достаточно большой эффективной площадью и относительно низким наклоном дисперсионной кривой и, соответственно, простыми схемами компенсации дисперсии волокно TrueWaveReach LWP наглядно выявляет преимущества для использования его как в городских системах, так и в высокоскоростных протяженных системах DWDM.

9Заключение

ВДанной работе была рассмотрена информация по нелинейным явления в оптическом волокне, и приведены специфические свойства ОВ, основные типы нелинейных эффектов. Так же рассмотрены такие эффекты как: Эффект рассеяния, эффекты самомодуляциии, параметрические эффекты.

Показано что NZDS волокна не только эффективно уменьшают влияние ЧВС и ФСМ в системах WDM, но и обеспечивают возможность передачи без компенсации дисперсии сигналов со скоростью 10 Гбит/с(STM-64) на расстояние порядка 250 км.

Литература

1.Листвин А.В.Листвин В.Н.Швырков Д.В.Оптические волокнадля линий связи - Москва

2003.

2.Rec. ITU-TG.662

3.Rec.ITU-TG.692

4.Rec.ITU-TG.656

Хрущев Сергей Александрович

Магистрант (2 год обучения), кафедра многоканальной электрической связи, УрТИСИ

СибГУТИ, (620000, Екатеринбург, ул. Репина, 15) тел. 8-904-169-89-38, e-mail:

Khruschev_s.a@mail.ru

399

Nonlinear effects in the optical fiber possible solutions.

C. Khrushchev

In this paper, have been considered: the specific properties of the optical fiber, the main types of non-linear effects. Were similarly examined effects such as scattering effect, the effects of modulation and parametric effects.

It is shown that NZDS fiber not only effectively reduce the influence of FWM and SPM systems WDM, but also provide the ability to transmit signals without dispersion compensation at a rate of 10 Gbit / s (STM64 ) at a distance of about 250 km .

Keywords: non-linear effects, optical fiber, the effect of scattering, the effects of modulation and parametric effects

400