ООВ со смещенной ненулевой дисперсией

Промышленность освоила выпуск эрбиевых оптических усилителей (1990), что сделало экономически целесообразным применение DWDM систем. В указанных системах по одному волокну передается излучение на многих длинах волн. Оптический усилитель усиливает излучение на всех этих длинах волн одновременно. В результате пропускная способность линии связи увеличивается пропорционально числу длин волн.

Но следует отметить, что с увеличением числа спектральных каналов в DWDM-системах возрастает суммарная мощность излучения, передаваемого по волокну. В волокне начинают проявляться нелинейные эффекты, наиболее вредным из которых является эффект четырехволнового смешения. И так как он уменьшается с увеличением дисперсии волокна, то во избежание этого явления точка нулевой дисперсии была внесена за пределы 3-го окна прозрачности (1530…1565 нм).

В 1993 г. были созданы волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDS (Non zero Dispersion Shifted), изготовляемые по стандарту G.655. Точка нулевой дисперсии в них смещена в область более длинных волн, например, 1565-1570 нм в результате корректировки либо W-образного или треугольного профиля показателя преломления, либо разности показателей преломления сердцевины и оболочки ООВ. Волокно оптимизировано для использования в диапазоне 1500-1600 нм (табл.2).

В NZDS-волокнах длина волны нулевой дисперсии находится вне полосы оптического усилителя, а в полосе оптического усилителя они обладают небольшой (ненулевой) дисперсией, достаточной для подавления перекрестных помех. Величина этой небольшой дисперсии, с одной стороны, достаточна для подавления перекрестных помех, а с другой стороны, не ограничивает возможность передачи сигналов со скоростью 10 Гбит/с на большие расстояния. Таким образом, NZDS-волокна позволяют увеличивать пропускную способность волокна не только за счет увеличения числа передаваемых каналов, но и за счет увеличения скорости передачи в каждом канале.

NZDS-волокна являются еще достаточно «молодым» типом волокон и продолжают совершенствоваться вместе с технологией DWDM. Первые модели NZDS-волокон отличались от DS-волокон лишь тем, что длина волны нулевой дисперсии у них не попадала в полосу усиления эрбиевого оптического усилителя и не удовлетворяли в полной мере требованиям, предъявляемым к ним в DWDM-системах при скорости передачи сигналов 10 Гбит/с. Площадь модового пятна у них была слишком мала, а наклон коэффициента дисперсии слишком велик. Это приводило к усилению эффекта перекрестной фазовой модуляции (ХРМ) и четырехволнового смешения (FWM) и, следовательно, появлению перекрестных помех.

При наличии большей дисперсии перекрестные помехи из-за ХРМ-эффекта проявляются сильнее, чем из-за FWM-эффект является основным нелинейным эффектом для NZDS-волокон. Уменьшить перекрестные помехи, вызванные ХРМ и FWM-эффектами, можно за счет применения NZDS-волокон с большой площадью модового пятна и малым наклоном коэффициента дисперсии.

Последние модели NZDS-волокон как раз и обладают большей площадью модового пятна и меньшим наклоном коэффициента дисперсии, что позволяет увеличить число каналов в DWDM-системе и передавать больше мощности в каждом канале.

В идеале NZDS-волокна должны обладать большой площадью модового пятна и нулевым наклоном дисперсионной характеристики. Однако для используемых обычных форм профилей показателя преломления удовлетворить этим требованиям не удастся, поэтому в настоящее время продолжается поиск оптимальной формы показателя преломления для NZDS-волокон. Поиск проходит в двух направлениях. Одно направление связано с исследованием известных в середине 80-х гг. волокон с плоской дисперсионной характеристикой. Другое направление - с попыткой создания волокон с отрицательным знаком наклона коэффициента дисперсии. Устанавливая последовательно NZDS-волокна с противоположными знаками коэффициента дисперсии, можно строить линии с постоянной полной дисперсией в широкой полосе частот. Особый интерес к таким волокнам возникает при создании сверхдлинных подводных магистральных линий связи.

Еще одной причиной, которая может привести к обновлению парка NZDS-волокон, является прогресс в технологии оптических усилителей. Если ранее использовались эрбиевые оптические усилители (EDFA) в диапазоне 1525…1565 нм, то в настоящее время разработаны оптические усилители в диапазонах: 1570…1610 нм, 1290…1310 нм, 1420-1500 нм и 1650-1700 нм. В связи с этим открывается возможность освоения новых оптических диапазонов, а следовательно, потребуются новые NZDS-волокна.

В настоящее время наибольший интерес для применения в наземных линиях связи с длиной регенерационного участка не более 1000км представляют новые модели NZDS-волокон с положительной дисперсией.

По своим характеристикам волокна с положительной дисперсией (+D NZDS) занимают промежуточное положение между SM и DS-волокнами. В SM-волокнах длина волны нулевой дисперсии составляет порядка 1310 нм, а в DS-волокнах она смещена на λ=1550нм. В +D NZDS-волокнах длина волны нулевой дисперсии смещена в длинноволновую сторону (рис.3) так же, как и в DS-волокнах, но на меньшую величину так, чтобы она не попадала в полосу усиления EDFA (1530...1565 нм).

+D NZDS-волокна обладают малыми потерями и хорошо подходят для DWDM-систем, работающих в полосе эрбиевого усилителя. Более того, отдельные типы +D NZDS-волокон обладают достаточно малым наклоном коэффициента дисперсии, что позволяет их использовать в соседнем длинноволновом диапазоне 1570…1620 нм.

В волокнах с отрицательной дисперсией -D NZDS длина волны нулевой дисперсии смещена за длинноволновый край диапазона эрбиевого усилителя (рис.4). Величина дисперсии по модулю составляет 3…7 пс/нм∙км, что достаточно для устранения эффекта четырехволнового смешения.

Волокна с отрицательной дисперсией (-D NZDS) первоначально нашли применение в основном в подводных линиях связи с большой длиной регенерационного участка (порядка 1000км). Это было связано с тем, что для компенсации полной дисперсии в линии с -D NZDS-волокнами можно было использовать SM-волокна, обладающие в диапазоне EDFA достаточно большой (≈17 пс/нм∙км) положительной дисперсией.

В последнее время -D NZDS-волокна стали применяться и в наземных линиях связи. Применение волокон с отрицательной дисперсией позволяют не только обеспечить высокую скорость передачи данных в городских сетях и сетях средней дальности, но и снизить стоимость комплекта «оборудование + кабель».

Заключение

При переходе на системы с WDM, использование DSF-волокон нежелательно ввиду эффекта четырехволнового смешения.

На мировом рынке наибольшим спросом пользуются ООВ со смещенной ненулевой дисперсией NZDS и, судя по всему, они наиболее перспективны. Особенно это относится к волокнам, допускающих передачу больших информационных потоков.