Оптические волокна для систем спектрального уплотнения.

Все оптические волокна делятся на две основные группы: многомодовые MMF (multi mode fiber) и одномодовые SMF (single mode fiber). В многомодовых ОВ, имеющих диаметр светонесущей жилы на порядок больше длины волны передачи, распространяется множество различных типов световых лучей - мод. Многомодовые волокна разделяются по профилю показателя преломления на ступенчатые (step index multi mode fiber) и градиентные (graded index multi mode fiber). Системы передачи со спектральным уплотнением используют одномодовые SMF волокна.

Первые волокна, которые стали широко использоваться на линиях связи большой протяженности – одномодовые волокна со ступенчатым показателем преломления и нулевой дисперсией на длине волны 1310 нм (G.652 по классификации ITU), стандартные одномодовые волокна SF. В ступенчатом одномодовом оптическом волокне диаметр светонесущей жилы составляет 8-10 мкм и сравним с длиной световой волны. В таком волокне при достаточно большой длине волны распространяется только один луч (одна мода). Одномодовый режим в оптическом волокне реализуется в окнах прозрачности 1310 нм и 1550 нм. Распространение только одной моды устраняет межмодовую дисперсию и обеспечивает очень высокую пропускную способность одномодового волокна в этих окнах прозрачности. Наилучший режим распространения с точки зрения дисперсии достигается в окрестности длины волны 1310 нм, когда хроматическая дисперсия обращается в ноль. С точки зрения потерь это не самое лучшее окно прозрачности. В этом окне потери составляют 0,3 - 0,4 дБ/км, в то время как наименьшее затухание 0,20 - 0,25 дБ/км достигается в окне 1550 нм. Хотя стандартное волокно G.652 имеет нулевую хроматическую дисперсию на длине волны 1310 нм, его дисперсия на длине волны 1550 нм достаточно высока (18 пс/нм*км).

Производители волокна разработали волокно со смещенной дисперсией DSF (G.653 по классификации ITU), которое имеет нулевую дисперсию на длине волны около 1550 нм. На этой длине волны затухание ниже, чем на 1310 нм, а потому работа в окне 1550 нм более предпочтительна, особенно для линий связи большой протяженности. Однако, волокно со смещенной дисперсией не является безусловно лучшим для передачи каналов DWDM. Показатель дисперсии достаточно резко изменяется при отдалении от длины волны нулевой дисперсии, из-за чего приходится отдельно компенсировать дисперсию каждого канала.

Волокно со смещенной дисперсией оказалось неудачным при передаче составного сигнала DWDM. При передаче по каналу связи составного сигнала DWDM необходимо вводить в волокно сигнал очень большой мощности, из-за чего в волокне начинают проявляться нелинейные эффекты и ЧВС.

Нелинейные эффекты порождают генерацию паразитных гармоник на частотах равных сумме или разности основных частот системы. Эти дополнительные сигналы приводят к непредсказуемым явлениям потерь в ВОСП.

Четырехволновое смешение FWM (Four-Wave Mixing) является одним из самых вредных нелинейных оптических явлений в системах WDM. Генерация излучения на новой длине волны по причине взаимодействия сигналов, передаваемых на двух или более различных длинах волн. В волокне со смещенной дисперсией влияние эффекта четырехволнового смешения FWM ограничивает использование длин волн, близких к длине волны нулевой дисперсии 1550 нм

Для подавления нелинейных эффектов, и особенно FWM, были разработаны волокна, в которых длина волны нулевой дисперсии выведена из рабочего диапазона усилителей EDFA (1530-1565 нм) за счет специальных профилей показателя преломления (рис. 2.28) – волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF (G.655 по классификации ITU). В пределах рабочего диапазона EDFA волокно G.655 имеет небольшую, хорошо контролируемую хроматическую дисперсию (от более чем 3 пс/нм*км на 1530 нм до менее чем 0,7 пс/нм*км на 1560 нм). Такого значения дисперсии вполне достаточно, чтобы подавить FWM – при этом еще возможна передача со скоростью по меньшей мере 2,5 Гбит/с на канал на расстояния порядка 1000 км.

Рисунок 4.8 - Типичные значение дисперсии для различных типов оптических волокон

Вывод: Волокна G.655 наилучшим образом подходят для использования в системах DWDM.

Оптические волокна для компенсации дисперсии. Компенсатор дисперсии зачастую представляет собой просто отрезок оптического волокна, материал которого обладает аномальной хроматической дисперсией на рабочей длине волны. Его дисперсия отрицательная, в то время как среда основного волокна имеет положительную дисперсию. Величина удельной дисперсии компенсатора, приходящаяся на единицу длины, гораздо больше удельной дисперсии основного (компенсируемого) волокна. Это позволяет обходиться относительно короткими отрезками волокна для компенсации дисперсии в обычном волокне на значительных расстояниях (рис. 4.9). Компенсация дисперсии может также осуществляться с помощью дискретных компонентов, таких как брэгговские дифракционные решетки.

Рисунок 4.9 - Диаграмма компенсации дисперсии волокна