Таблица 3.6. Номенклатура оптических ответвителей под одномодовое волокно [11]

3.4. Устройства волнового уплотнения WDM

Устройство волнового (спектрального) уплотнения WDM – WDM фильтр – выполняет функции мультиплексирования MUX (объединения) или демультиплексирования DEMUX (выделения или фильтрации) оптических сигналов разных длин волн – каналов – в одно волокно

из множества волокон или из одного волокна в несколько волокон. На передающей и приемной сторонах могут устанавливаться однотипные устройства, но работающие в режимах MUX и DEMUX соответственно. Сам факт существования устройств WDM основан на свойстве волокна пропускать множество каналов, которые распространяются по волокну, не взаимодействуя между собой, рис. 3.14.

Первые устройства WDM появились в начале 90-х годов. В основном это были широкозонные двухканальные системы с длинами волн 1310 нм и 1550 нм. В дальнейшем по мере все большего освоения окна 1550 нм появляются прецизионные узкозонные WDM устройства

ñмультиплексируемыми длинами волн, полностью лежащими в окне 1550 нм. Это позволяет строить протяженные магистрали с множеством каналов на волокно. Катализатором прогресса становятся оптические усилители EDFA. Практически вся рабочая область длин волн (passband), в которой усилитель EDFA имеет достаточно высокий коэффициент усиления и приемлемое отношение сигнал/шум (1530-1560 нм), отводится в распоряжение систем волнового уплотнения. Термин DWDM (dense wavelength division multiplexer) – плотное волновое мультиплексирование – используется по отношению к WDM устройствам с расстоянием между соседними каналами 1,6 нм и менее. Для построения многоканальных WDM систем наряду с пассивными WDM фильтрами также требуются узкополосные лазеры, стабильно выдерживающие нужную длину волны. Пока именно лазеры остаются наиболее дорогим элементом в таких системах, несколько сдерживая их развитие. В настоящее время поставляются системы

ñчислом каналов 4, 8 и 16. Предполагается рост числа мультиплексных каналов до 32.

Ðèñ. 3.14. Схема оптического сегмента, использующего передачу мультиплексного сигнала по волокну

Основные технические параметры WDM фильтров

Терминология одинаково применима ко всем WDM устройствам. Поэтому начнем обсуждение с простейшего двухканального мультиплексора. Наряду с функцией объединения (рис. 3.15 а) устройства WDM также могут выполнять обратную функцию (функцию демультиплексирования) – выделения сигналов разных длин волн из волокна, рис. 3.15 б. Большинство производимых WDM устройств совмещают режимы мультиплексирования и демультиплексирования в одном устройстве. Такие устройства могут также использоваться для мультиплексирования и демультиплексирования двунаправленных потоков, рис. 3.15 в.

В идеале сигнал λ 1 , поступающий на полюс 1 (рис. 3.15 а), должен полностью проходить в общий выходной полюс 3 (common). На практике, однако, доля сигнала на длине волны λ 1 ответвляется и проходит через полюс 2. Аналогично, применительно к рис. 3.15 б, идеальным было бы, если все 100% входной мощности сигнала λ 1 проходили через полюс 1 и на-

оборот. И здесь такой эффективности демультиплексирования для любого из существующих WDM устройств достичь невозможно. Для оценки этих паразитных явлений используют понятие переходные помехи.

Переходные помехи показывают, насколько эффективна работа WDM устройства. Они состоят из ближних и дальних переходных помех. Ближние переходные помехи NEXT (nearend crosstalk или directivity) аналогичны коэффициенту направленности и определяются как

доля мощности, регистрируемая на длине волны λ 1 на полюсе 2, соответствующем длине волны λ 2 , при условии, что сигнал на длине волны λ 1 подается на полюс 1 (рис. 3.15 а).

Дальние переходные помехи FEXT (far-end crosstalk, также называют isolation) являются мерой изоляции между выходными полюсами по сигналам разных длин волн. Так, если сигнал посту-

пает на длине волны λ 1 на полюс 3 (common), (рис. 3.15 б), то для него FEXT – это доля мощности, регистрируемая на длине волны λ 1 на полюсе 2, соответствующем длине волны λ 2 .

Ðèñ. 3.15. Устройство WDM: а) мультиплексирование с уплотнением по длинам волн; б) демультиплексирование; в) мультиплексирование/демультиплексирование встречных потоков

В общем случае WDM модуль при работе в режиме мультиплексирования/ демультиплексирования может иметь n входных/выходных полюсов 1, 2, ..., n, которым соответствуют

длины волн λ 1 , λ 2 , ..., λ n , и один общий выходной/входной полюс (com) соответственно,

рис. 3.15 в. Будем обозначать такой модуль 1:n. Введем следующие обозначения –

для мультиплексора:

– входной сигнал на длине волны λ k , поступающий на полюс i;

Pii (λ k ) – обратное рассеяние сигнала на длине волны λ k , поступающего на полюс i;

Pi,com (λ k ) – выходной сигнал на длине волны λ k , регистрируемый на com-полюсе, при условии, что входной сигнал на длине волны λ k поступает на полюс i;

для демультиплексора:

Pcom (λ k ) – входной сигнал на длине волны λ k , поступающий на com-полюс;

Pcom, j (λ k ) – выходной сигнал на длине волны λ k , регистрируемый на выходном полюсе j, при условии, что входной сигнал на длине волны λ k поступает на com-полюс ( j ≠ k );

Pcom,com (λ k ) – обратное рассеяние сигнала на длине волны λ k , поступающего на com-полюс; Pcom,k (λ k ) – выходной сигнал на длине волны λ k , регистрируемый на выходном полюсе k

(собственном), при условии, что входной сигнал на длине волны λ k поступает на com-полюс.

Коэффициенты ближних bNEXT , дальних bFEXT переходных помех, а также коэффициенты обратного рассеяния на ближнем и дальнем концах bNE è bFE определяются соотношениями:

В общем случае WDM модуль 1:n можно описать набором из n матриц переходных ко-

эффициентов (по одной матрице на каждую длину волны), где каждая матрица имеет размер-

ность (n + 1)x(n + 1) .

Пример типичной матрицы WDM модуля 1:2 приведен в табл. 3.7.

Широкозонные и узкозонные WDM фильтры

Широкозонные WDM фильтры предназначены для работы с двумя, максимум с тремя длинами волн при расстоянии между каналами более, чем 70 нм (1310, 1550, 1625 нм). Они наиболее часто применяются в системах кабельного телевидения 1310/1550 нм, или в цифровых телекоммуникационных системах передачи. Допускается также использование пары длин волн 1550/1625 нм при осуществлении дистанционного мониторинга ВОЛС на длине волны 1625 нм.

Внешний вид широкозонного WDM фильтра производства фирмы DiCon показан на рис. 3.16 а. Для справки приведем его основные технические параметры: длина волны 1310/1550 нм; режимы работы – мультиплексор (рис. 3.15 а), демультиплексор (рис. 3.15 б) или двунаправленная передача сигнала (рис. 3.15 с); ближние переходные помехи –60 дБ; дальние переходные помехи –40 дБ (по выходному порту 1) и –20 дБ (по выходному порту 2); вносимые потери не больше 1,0 и 0,7 дБ (в выходных портах 1 и 2 соответственно); обратные потери –55 дБ; используется стандартное одномодовое волокно фирмы Corning SMF-28; поставка возможна как без разъемов (стандартный миникабель 3 мм, или волокно в буфере900 мкм), так и с разъемами в заказываемом сочетании.

Узкозонные WDM фильтры предназначены для мультиплексирования и демультиплексирования сигналов в многоканальных системах с расстоянием между каналами от минимального 1,6 нм (или еще меньше 0,8 нм) до 70 нм. Основные технические характеристики, за исключением рабочих длин волн, схожи с предыдущим типом. Основные области применения: волоконно-оптические системы с использованием оптических усилителей EDFA, мультиплексные системы "add/drop", полностью оптические сети.