РАСПРЕДЕЛЕННОЕ УСИЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СОЛИТОНОВ

1

• Авторы
• Файлы

Татаркина О.А. Статья в формате PDF 264 KB Основу системы связи в мире составляют волоконно-оптические сети. Быстрый прогресс в изучении оптических линий связи вызван возрастающими потребностями в телекоммуникационных услугах, в достижении предельных возможностей существующих волоконно-оптических систем и в экономической целесообразности модернизации этих систем. Одним из направлений, связанных с дальнейшим повышением широкополосности передачи, является использование оптических солитонов.

Существенным шагом в развитии солитонных систем связи стало обнаружение солитонного режима распространения световых импульсов в линиях с управляемой дисперсией. Нелинейный световой импульс, распространяющийся в такой линии называют солитоном с управляемой дисперсией (ДУ-солитон). Достоинства ДУ-солитонов позволяют рассматривать солитонные линии связи с переменной дисперсией в качестве кандидатов для создания протяженных высокоскоростных линий на основе технологии WDM.

После изобретения оптических усилителей потери в волоконных световодах перестали быть основным фактором, ограничивающим работоспособность волоконных систем связи. Однако проблема оптимального усиления оптических солитонов все ещё остается одной из центральных проблем полностью оптических солитонных линий связи.

Первоначально в качестве усилителей оптических сигналов в ВОЛС использовались эрбиевые волоконно-оптические усилители EDFAs. Полоса частот эрбиевых усилителей сильно ограничивает число передающих каналов. Вариации коэффициента усиления приводят к тому, что мощность одного канала начинает превышать мощность другого в WDM-системе связи, вследствие чего увеличиваются ошибки при передаче данных и ограничивается длина усилительного участка L_А.

Ограничения, связанные с применением эрбиевых усилителей, могут быть преодолены при использовании распределенного усиления.

В последние годы были проведены работы теоретического и экспериментального хаpaктера, посвященные изучению ВОЛС с распределенным усилением на основе рамановских усилителей [1], а также с использованием различных вариантов усилительных схем. В работе [2] выполнено сравнение функционирования систем, реализованных с использованием сосредоточенных усилителей EDFAs, рамановских усилителей (d-Raman) и распределенного усиления EDFA (d-EDFA).

Для численного моделирования функционирования системы в обобщенное уравнение Шредингера необходимо включить прострaнcтвенное изменение коэффициента усиления g(z) и волоконные потери:

, (1)

где  - медленно меняющаяся амплитуда волнового пакета, - это параметр ДГС, g - параметр нелинейности, ответственный за ФСМ и a - учитывает волоконные потери.

В системах с дисперсионным управлением, все четыре параметра  и a изменяются с изменением расстояния z. Параметр  - рамановская постоянная времени. Численное значение  принято равным 3фс [3].

При распределенном и сосредоточенном усилении мощность накачки выбирается согласно условию (2)

. (2)

Для обеспечения условия появляется необходимость оптимизации параметров системы, таких как плотность легирования, мощность накачки. В d-EDFA схеме понижением концентрации примесей можно обеспечить небольшое значение G(z). В схеме d-Raman такой возможности нет, так как рамановское усиление зависит только от мощности накачки.

Сравнение эффективности рассматриваемых схем усиления можно произвести посредством расчета Q-фактора [4].

Для скорости 40 Гбит/с дисперсионная карта состояла из двух 50 км оптических волокон при L_А=100 км. Результаты зависимости Q-фактора от расстояния передачи ясно показывают преимущество распределенного усиления для высокоскоростных систем. При использовании сосредоточенных EDFAas расстояние передачи ограничивается значением 500 км, но увеличивается до 3000 км для случая d-EDFA. Использование рамановского усиления также увеличивает расстояние, но не в такой степени как для d-EDFA.

Для скорости 80 Гбит/с используется плотное дисперсионное управление. При этом на усилительном участке 40 км располагается 9 периодов дисперсионной карты. Каждый период состоит из секций длиной 2,32 км и 2,12 км. Результаты моделирования в этом случае сопоставимы для схем d-Raman и d-EDFA, так как плотное дисперсионное управление уменьшает «бриз» импульсов и их взаимодействие.

Таким образом, cтепень улучшения параметров системы зависит не только от выбранной схемы усиления, но и от прострaнcтвенного распределения дисперсии. Использование распределенного усиления позволяет увеличить дальность передачи высокоскоростных солитонных систем. В этой связи изучение солитонных систем с распределенным усилением в настоящее время представляется современным и актуальным.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Насиева И.О., Федорук М.П. Волоконно - оптические линии связи с распределенным рамановсим усилением. - Квантовая электроника.-2003, №10.
2. Zhi M. Liao and Govind P. Agrawal. Role of distributed amplification in designing high-capacity soliton systems. - OPTICS EXPRESS. - 2001, № 2.
3. Atieh A.K. Measuring the Raman time constant (T_R) for soliton pulses in standart single-mode fiber. - J. Lightwave Technol.-1999, №2.
4. Убайдуллаев Р.Р. Протяженные ВОЛС на основе EDFA. - Научно-технический журнал «Lightwave», №1, 2003.

Работа представлена на заочную электронную конференцию «Проблемы передачи и обработки информации», 20-25 сентября 2004г., поступила в редакцию 28.12.04 г.

---