§ 6. Модуляционная нестабильность (mi)

Модуляционная нестабильность (MI — Modulation Instability) на- блюдается только в волокнах с положительной дисперсией. Во вре- менном представлении оно проявляется в виде пичков на импуль- сах (рис. ЗЛба), а в спектральном представлении — как уширение спе- ктра импульса (рис. 3.166).

Рис. 3.16. Модуляционная нестабильность (а) и формирование боковых полос (б) в потоке импульсов, следующих со скоростью 2.5 Гбит/с (мощность источника 9 дБм), после прохождения 600км волокна с положительной дисперсией (+ 3 пс/(нм∙км))

Появление пичков на импульсах связано с эффектом самовоздействия волн. Этот эффект приводит к тому, что длина волны на заднем фронте импульса оказывается короче длины волны на переднем фронте. Волокно с положительной дисперсией ускоряет волну заднего фронта сильнее, чем более длинную волну переднего фронта. Когда задний фронт входит во взаимодействие с передним фронтом, возникает интерференция, которая и служит причиной образования пичков на передаваемых импульсах. После детектирования оптического сигнала и последующей электрической фильтрации амплитуда пичков уменьшается так, что они не оказывают существенного влияния на работу систем протяженностью менее 1000 км.

§ 7. Перекрестная фазовая модуляция (хрм)

Изменение показателя преломления волокна возникает не только из-за фазовой самомодуляции волн (SPM эффект), но и из-за ХРМ (Cross Phase Modulation) эффекта - перекрестной фазовой модуляции волн, возникающей при взаимодействии с волнами, распространяющимися в других каналах DWDM системы. Возникающий при этом дополнительный фазовый сдвиг в i-ом канале аналогично, как в SPM эффекте (3.11), пропорционален коэффициенту нелинейности у и эффективной длине взаимодействия L_эфф:

φ_i = γL_эфф [Р_i + 2∑_m≠i Р_m]. (3.14)

Так как мощность в каналах DWDM системы примерно одинакова, то, как видно из (3.14), ХРМ эффект увеличивает нелинейный фазовый сдвиг, возникающий из-за SPM эффекта, примерно в 2 N раз, где N - число каналов в DWDM системе и приводит к таким же искажениям импульсов, только более сильным. Для того чтобы компенсировать увеличение нелинейного фазового сдвига с ростом числа каналов, необходимо уменьшить или дисперсию волокна, или мощность в канале (~ 1/N), как это показано на рис. 3.8.

Перекрестная фазовая модуляция приводит также и к появлению амплитудных искажений и временного джиттера (рис. 3.17). Эти искажения проявляются тем сильнее, чем выше скорость передачи сигнала и меньше интервал частот между каналами. Исследования в этом направлении стали интенсивно проводиться только в самое последнее время.

Рис. 3.17. Схема, поясняющая появление амплитудных искажений и временного джиттера при перекрестной фазовой модуляции импульсов (ХРМ эффект)

§ 8. Четырехволновое смешение (fwm)

Четырехволновое смешение (FWM - Four Wave Mixing) приводит к появлению новых частот, часть из них попадает в каналы DWDM системы и вызывает перекрестные помехи. Для появления новых частот достаточно, чтобы в нелинейном взаимодействии участвовали по крайней мере две световые волны с близкими частотами (f₁ и f₂). Тогда появившиеся при нелинейном взаимодействии частоты (2f₁ - f₂ и 2f₂ – f₁) будут близки к исходным (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Схема образования новых длин волн при FWM эффекте

Для уменьшения перекрестных помех, возникающих из-за FWM эффекта, необходимо, чтобы длина волны нулевой дисперсии волокна не попадала в рабочий диапазона длин волн. Так, в линии с NZDS волокнами паразитные сигналы отсутствуют даже после прохождения вдвое большего расстояния, чем в линии с DS волокнами (рис. 3.19).

Если же в нелинейном взаимодействии участвуют три световые волны с близкими частотами (f\, f; и fjj, то некоторые из вновь возникших комбинационных частот fj ± f» ± f\ также будут близки к исходным частотам и попадут в спектральные каналы DWDM системы. Поэтому это явление принято называть четырехволновым смешением (частота появившейся новой четвертой волны близка к частотам трех породивших ее волн).

Рис. 3.19. Спектры сигналов на выходе DWDM систем при мощности в каждом канале ~ 3 дБм, а) Видны паразитные сигналы. 6) Паразитных сигналов нет

Уменьшение эффективности FWM при увеличении дисперсии во­локна объясняется тем, что она приводит к нарушению фазового син­хронизма смешиваемых волн и, следовательно, уменьшает длину их взаимодействия. Зависимость эффективности подавления возникаю­щих из-за FWM перекрестных помех от коэффициента дисперсии во­локна изображена на рис. 3.20.