• Главная
• Волокна для широкополосных и высокоскоростных протяженных ВОЛС

Волокна для широкополосных и высокоскоростных протяженных ВОЛС

Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF, в частности волокно LEAF компании Corning, оптимизировано для передачи не одной длины волны, а сразу нескольких длин волн (мультиплексного волнового сигнала WDM и высокоплотного волнового сигнала DWDM). Волокно Corning защищено двойным акрилатным покрытием СРС, обеспечивающим высокую надежность и работоспособность. Наружный диаметр покрытия равен 245 мкм. 
Главной отличительной чертой этого волокна по сравнению с двумя предыдущими является большая эффективная площадь для светового потока - диаметр модового пятна возрос на 1 мкм. Величина этого параметра становится весьма важной для оптимизации систем диапазона 1550 нм. Больший диаметр модового пятна волокна LEAF позволяет увеличить мощность вводимого в волокно излучения на 2 дБ, не увеличивая при этом влияние ряда нелинейных эффектов, в особенности четырехволнового смешивания.
Эффективная площадь светового поля - параметр, который вводится как эквивалент площади сердцевины для высокоплотных систем с разделением по длине волны (DWDM). В этих системах используются источники лазерного излучения высокой интенсивности, что приводит к возрастанию нелинейных эффектов. Для снижения плотной оптической мощности (при общем увеличении ее уровня), необходимо увеличить эффективную площадь светового поля, что делается за счет оптимизации профиля показателя преломления (волокно LEAF).
По дисперсионным характеристикам волокно LEAF близко к волокну TrueWave компании LUCENT (рис.2), однако волокно LEAF имеет некоторое преимущество: диаметр модового поля у него на 1 мкм больше, чем у других волокон. Больший диаметр модового поля позволяет более удобно вводить излучение в ВС, особенно это важно для современных DWDM систем, где для этой цели используется сложная интегральная оптика. Увеличение диаметра модового поля позволяет увеличить на 2 дБ уровень мощности излучения, вводимого в волокно. 
Кроме прямоугольного показателя преломления в волокнах типа NZDSF со сдвигом нулевой дисперсии в область окна 1550 нм для формирования относительно плоской дисперсионной характеристики с малой величиной дисперсии применяются специальные профили. Наиболее широко используются трезубец и треугольник на пьедестале (называемый также L-профилем), состоящие из нескольких оболочек с разным значением показателя преломления.
С точки зрения дисперсии существующие одномодовые волокна, которые широко используются в сетях сегодня, разбиваются на три основных типа: 
1) волокна с несмещенной дисперсией SF (standard fiber со ступенчатым профилем)
2) волокна со смещенной дисперсией DSF (dispersion shifted fiber)
3) волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF (non-zero dispersion shifted fiber).



Волокно SF

В начале 80-х годов передатчики на длину волны 1550 нм имели очень высокую цену и низкую надежность и не могли конкурировать на рынке с передатчиками на длине волны 1300 нм. Поэтому стандартное ступенчатое волокно SF (рис.1), стало первым коммерческим волокном и сейчас наиболее широко распространенно в телекоммуникационных сетях. Оно оптимизировано по дисперсии для работы в окне 1310 нм, хотя и дает меньшее затухание в окне 1550 нм.

Волокно DSF

По мере совершенствования систем передачи на длине волны 1550 нм встает задача разработки волокна с длиной волны нулевой дисперсии, попадающей внутри этого окна. В итоге в середине 80-х годов создается волокно со смещенной дисперсией DSF, полностью оптимизированное для работы в окне 1550 нм, как по затуханию, так и по дисперсии. На протяжении многих лет волокно DSF считается самым перспективным волокном. С приходом более новых технологий передачи мультиплексного оптического сигнала, большую роль начинают играть эрбиевые оптические усилители типа EFDA, способные усиливать многоканальный сигнал. К сожалению, более поздние исследования (в начале 90-х годов) показывают, что именно длина волны нулевой дисперсии (1550 нм), попадающая внутрь рабочего диапазона эрбиевого усилителя, является главным потенциальным источником нелинейных эффектов (прежде всего четырехволнового смешивания), которые проявляются в резком возрастании шума при распространении многоканального сигнала.
Дальнейшее исследования подтверждают ограниченные возможности DSF при использовании в системах WDM. Чтобы избежать нелинейных эффектов при использовании DSF в WDM системах, следует вводить сигнал меньшей мощности в волокно, увеличивать расстояние между каналами, и избегать передачи парных каналов (симметричных относительно l0).
Четырехволновое смешивание - это эффект, приводящий к рассеянию двух волн с образованием новых нежелательных длин волн. Новые волны могут приводить к деградации распространяемого оптического сигнала, интерферируя с ним, или перекачивать мощность из полезного волнового канала. Именно из-за эффекта четырехволнового смешивания стало ясно, что необходимо разработать новый тип волокна, в котором l0 располагалась бы вдали, то есть, по одну сторону (левее или правее) от всех возможных каналов. 

Волокно NZDSF

Волокно NZDSF создается в начале 90-х годов с целью преодолеть недостатки DSF, проявляющиеся при работе с мультиплексным оптическим сигналом, известное также как l-смещенное волокно, в котором длина волны нулевой дисперсии вынесена за пределы полосы пропускания эрбия. Это уменьшает нелинейные эффекты и увеличивает характеристики волокна при передачи WDM сигнала. 



Lucent Technologies и Corning - ведущие фирмы в области разработки и промышленного производства новых перспективных типов оптических волокон - представляли новые их типы, не только полностью удовлетворяющие существующим требованиям, но и рассчитанные на применение в будущем.
Фирма Lucent Technologies разработала волокно TrueWave RS со смещенной ненулевой дисперсией, которое обладает меньшим наклоном кривой зависимости дисперсии от длины волны и предназначено для работы одновременно в третьем и четвертом окнах прозрачности, т. е. в диапазоне от 1,53 до 1,62 мкм. Следует также назвать волокно AllWave, рассчитанное для работы в системах связи, использующих диапазон волн от 1,28 до 1,62 мкм, что достигается применением специальной технологии, удаляющей из материала волокна ионы гидроксила (ОН). Фирмой разработаны также волокна, легированные эрбием, которые обеспечивают оптимальные характеристики в различных условиях применения (усилители мощности, малошумящие предусилители и линейные усилители). Нельзя не отметить успехи фирмы и в части создания серии модулей компенсации дисперсии, использующих специальное волокно. 
Фирма Corning разработала новые типы одномодовых волокон: SMF-28 и LEAF, обладающие рядом преимуществ по сравнению со стандартными одномодовыми волокнами. Так, волокно SMF-28 может быть использовано по множеству направлений при длинах волн 1,31 и 1,55 мкм в кабелях различных конструкций, имеет хорошие геометрические параметры, что обеспечивает получение низких потерь на сварных соединениях. 
Волокно LEAF - представитель нового поколения оптических волокон с ненулевой смещенной дисперсией - обеспечивает лучшее соотношение сигнал/шум, позволяет увеличивать расстояние между усилителями и одновременно уменьшает влияние всех нелинейных искажений. Благодаря большей площади эффективного сечения волокна снижаются такие нелинейные явления, как четырехволновое смешивание, фазовая автомодуляция и перекрестная фазовая модуляция при многоканальной передаче. Значительно уменьшается и стоимость сети благодаря уменьшению числа линейных усилителей и регенераторов, что дает значительное экономию. 
Сравнительный анализ основных характеристик волокон приведен в таблице:

Различия перечисленных типов одномодовых волокон совершенно не означает, что они всегда должны использоваться исключительно под определенные задачи: SF - передача сигнала на длине волны 1310 нм, DSF - передача сигнала на длине волны 1550 нм, NZDSF - передача мультиплексного сигнала (WDM, DWDM) в окне 1530-1560 нм. Так, например, мультиплексный сигнал в окне 1530-1560 нм можно передавать и по стандартному ступенчатому одномодовому волокну SF. Однако, длина безретрансляционного участка при использовании волокна SF будет меньше, чем при использовании NZDSF, или иначе потребуется очень узкая полоса спектрального излучения лазерных передатчиков для уменьшения результирующей хроматической дисперсии.
Для увеличения полосы пропускания было предложено использование спектрального уплотнения, то есть передачи по одному волокну излучения с несколькими длинами волн, на каждой из которых передается сигнал с большой скоростью. Такие системы получили название Wavelength Division Multiplexing (WDM) - системы спектрального мультиплексирования. Первыми были разработаны устройства WDM, позволяющие одновременно передавать сигналы с L=0.85 и L=1.3 мкм или с L=1.31 и L=1.55 мкм или на всех трех длинах волн. Однако такие системы не получили широкого распространения в первую очередь из-за того, что на таких разных длинах волн сильно отличается затухание, а значит, и длины регенерационных участков.
Более современными являются устройства спектрального уплотнения с высокой плотностью Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM), т. е. с малыми (не более 2 нм) интервалами между соседними длинами волн. Наибольший интерес представляют длины волн в районе 1550 нм, так как здесь ВС имеет наименьшее затухание. Кроме того, в диапазоне 1528-1560 нм работает лучший на сегодняшний день оптический усилитель на основе волокна, легированного ионами эрбия.
Самым важным параметром в технологии DWDM бесспорно является расстояние между соседними каналами. Пространственное расположение каналов стандартизуется. Сектор по стандартизации телекоммуникаций ITU-T утвердил частотный план DWDM (табл. 3.2) с расстоянием между соседними каналами 100 ГГц, что соответствует dL»0.8 нм. 
В диапазоне 1528-1560нм можно разместить до 40 каналов, каждый со скоростью 10Гбит/с. Это позволяет передавать по одному волокну информацию со скоростью 400Гбит/с, а по оптическому кабелю, содержащему 32 волокна - со скоростью 8.4 Тбит/с, что превосходит любые требования к системам связи сегодняшнего дня.