Глава 10 Функциональные элементы оптических сетей

Оборудование, как основное, так и вспомогательное, используемое в оптических сетях не менее разнообразно, чем в аналогичных электрических сетях, и включает как усилители, регенера­торы (повторители), мультиплексоры и коммутаторы, так и модуляторы, преобразователи (кон­вертеры), источники, приемники, фильтры, кабели и т.д. Это оборудование имеет не только доста­точно широкую номенклатуру, но и большое разнообразие функциональных характеристик. В этом издании мы не собираемся описывать все это оборудование в целом, а лишь кратко остановимся на основных блоках: усилителях, коммутаторах, модуляторах и преобразователях, как формирующих топологию сети, так и отвечающих за основные функциональные характеристики сети.

Более полный охват указанного оборудования или более подробные его характеристики по отдельным блокам можно найти в ряде других источников, например, [169, 170, 196, 216, 217, 246, 260], или на Web-страницах фирм производителей и в фирменных спецификациях конкретного оборудования.

10.1. Оптические усилители

Усиление оптических сигналов рассматривалось первоначально (60-е годы) как сопутствующее явление, наблюдаемое при исследовании процессов в лазерных устройствах [194]. Однако уже в начале 80-х годов в связи с развитием волоконно-оптической техники и технологии оно стало са­мостоятельным направлением развития оптической техники. В это время наметились несколько направлений в создании оптических усилителей:

- наиболее старое - использование оптических световодов, легированных активными редкозе­ мельными ионами, для усиления оптического пучка (один из результатов развития лазерной тех­ ники) - 1964 [194] (нами не рассматривается);

• использование полупроводниковых усилителей, разрабатываемых на единой основе (физики твердого тела) с полупроводниковыми источниками излучения для формирования интеграль­ ного твердотельного устройства (1983) [195];

• прямое использование ОБ, как усилительной среды, а не только как среды распространения, возможное в двух направлениях:

• использование нелинейных явлений типа ВКР и ВРМБ (1981, Ikeda М, см. ссылку в [ 168, с.228]),

• использование легирования материала ОБ редкоземельными материалами;

- параметрическое усиление (1982) [168]

Необходимость в использовании оптических усилителей (ОУ) в синхронных цифровых се­тях стала особенно очевидной в связи с использованием регенераторов в технологии SONET/SDH. Она диктовалась, в первую очередь, высокими скоростями передачи - 155 Мбит/с, 622 Мбит/с и выше. На первом уровне SDH - 155 Мбит/с - использовались как электрический, так и оптический SDH-трибы, однако регенераторы работали только с оптическими трибами на входе по схеме: прием оптического сигнала - оптоэлектрическое преобразование (ОЭП) - электрическое усиление и регенерация электрического сигнала - электрооптическое преобразование ООП) - передача оп­тического сигнала.

Уже на следующем уровне SDH - 622 Мбит/с и выше - использование электрических три-бов, ввиду необходимости дополнительного ОЭП, было бы неэффективным. Поэтому на этих уровнях используют только оптические SDH-трибы, однако регенераторы работают по той же схеме. С точки зрения минимизации числа преобразователей ОЭП-ЭОП, было бы логично осуще­ствлять регенерацию по схеме: прием оптического сигнала - усиление и регенерация оптического сигнала (с помощью оптических усилителя и регенератора) - передача оптического сигнала.

Реализовать указанную схему пока не удается ввиду отсутствия собственно оптических регенераторов (понимая под этим оптическое восстановление формы деградированного оптиче­ского сигнала и определенного уровня отношения сигнал/шум). Однако использование ОУ позво­ляет увеличить длину регенерационного участка до 600-700 км, за счет разбивки его на несколько пролетов, на границе которых используется только оптическое усиление. Это уменьшает число регенераторов и упрощает схему передачи (за счет исключения промежуточных ОЭП-ЭОП преоб­разований) и в целом удешевить оборудование.

Это дало дополнительный мощный толчок исследованиям в области оптических усилите­лей. Особенно интенсивно начали разрабатываться полупроводниковые оптические усилители (ППОУ) и усилители на основе нелинейных явлений в ОВ, а затем и оптические усилители на ос­нове ОВ, легированного примесями редкоземельных элементов (главным образом эрбия). Эти по­следние (а также ППОУ) и стали в настоящее время основными типами ОУ синхронных оптиче­ских сетей.