Стимульоване розсіювання Мандельштама-Брілюена - нелінійне явище, за якого енергія оптичної хвилі (на частоті f1) переходить у енергію нової хвилі (на частоті f2) Якщо накачування відбувається на частоті f1, то такий підсилювач здатен підсилювати корисний сигнал на частоті f2.
Явище розсіювання Мандельштама-Брілюена виникає за потужності накачування порядку 10 мВт. Рівень стимульованого розсіювання Мандельштама-Брілюена є вищим за більшої ширини лінії лазера накачування та за більшої ефективної площі волоконного світловоду. Це розсіювання не виникає за довжин волокна, менших від 10 км.
Підсилювач на волокні, що використовує комбінаційне розсіювання Рамана.
Такі підсилювачі використовують нелінійне явище, пов'язане із стимульованим Раманівським розсіюванням. Раманівським, розсіювання назване на честь індійського фізика С.В. Рамана, котрий відкрив цей ефект у 1928 р. Принцип дії підсилювача полягає в тому, що фотон з частотою f1 при розсіюванні на молекулі речовини переходить на частоту f2. Якщо на частоті f2 передавати корисний сигнал, а потужність накачування на частоті f1 зробити достатньо високою, то Раманівське розсіювання стає стимульованим, а фотони - когерентними і волокно стає розподіленим підсилювачем, з коефіцієнтом підсилення, пропорційним накачуванню.
Таким чином, принцип дії Раманівських підсилювачів тотожній підсилювачам з розсіюванням Мандельштама-Брілюена, однак зсув між частотою корисного сигналу, що підсилюється, та частотою хвилі накачування є більшим. Діапазон підсилення також є більшим, що дозволяє підсилення одразу кількох каналів WDM системи. Явище розсіювання Рамана виникає при потужності накачування порядку 1 Вт.
Рманівські оптичні підсилювачі поділяють на:
Співнаправлені (в котрих енергія накачування здійснюється в напрямку розповсюдження корисного сигналу)
Зворотньонаправлені (в котрих енергія накачування здійснюється в напрямку, протилежному напрямку розповсюдження корисного сигналу)
Двонаправлені (в котрих енергія накачування здійснюється в обох напрямках)
Параметричні оптичні підсилювачі
Оптичні підсилювачі, що викокористовують ефект чотирихвильового змішування. Такі підсилювачі потребують великої потужності накачування (порядку ЗО ÷ 70 Вт), мають значний коефіцієнт підсилення (до 50 дБ), але їх реалізація потребує значної складності, що стримує їхнє практичне використання.
Напівпровідникові оптичні підсилювачі
Ніваппровідниковий оптичний підсилювач - підсилювач, активною речовиною якого є напівпровідниковий матеріал, а система накачування - електрична.
Напівпровідникові оптичні підсилювачі використовують збуджену емісію, що виникає завдяки взаємодії фотонів випромінювання накачування з електронами в зоні провідності у збуджуваному рівні.
Підсилювачі на волокні з домішками.
Оптичні підсилювачі, що використовують як активний матеріал рідкоземельні елентієм (або лантаніди - елементи з 57 по 71 в періодичній таблиці Менделєєва). Як правило, це Неодим (Nd) та Празеодим (Рr) для підсилення у вікні 1300 нм, Ербій (Er) та застосований з ним Ітербій (Yb) для підсилення у вікні 1550 нм.
З огляду на те, що у сучасних WDM системах використовуються С та L діапазони, найчастіше застосовують підсилювачі, виготовлені на волокні, легованому ербієм, EDFA.
В залежності від застосування оптичні підсилювачі класифікують на:
Попередній підсилювач (ПоП) (має низький рівень шуму, його вмикають перед оптичним приймачем для покращення його чутливості)
Лінійний підсилювач (ЛП) (має низький рівень шуму, його вмикають на виході ділянки оптичного волокна для компенсування втрат, що вносяться волокном)
Підсилювачі потужності (ПП) (використовують для підвищення потужності оптичного сигналу, встановлюють після оптичного передавача)
При застосуванні оптичних підсилювачів важливо визначити число каскадів оптичних підсилювачів, необхідних для кожного оптичного каналу. Число каскадів оптичних підсилювачів, допустиме в оптичному каналі, обмежується сумарним шумом, котрий вносить кожний підсилювач. Кожний підсилювач дещо погіршує відношення сигнал шум (OSNR). З досягненням мінімального відношення OSNR (тобто значення OSNR, нижче котрого на боці приймача будуть з'являтись помилки), стає необхідним оптико-електрично-оптичний вузол регенерації (ОЕО).
Окрім цього, у випадку використання оптичних підсилювачів потужності максимальна допустима потужність на канал не повинна перевищувати +10 дБм для каналу 10 Гбіт/с та +15 дБм для каналу 2,5 Гбіт/с та нижчої швидкості. Перевищення може викликати нелінійні ефекти в оптичному волокні.
Хвильові конвертори призначені для перетворення однієї довжини хвилі в іншу. Так, якщо інформаційний сигнал у підмережі 1 було представлено каналом на довжині хвилі, котра вже задіяна в іншій підмережі - 2, то хвильовий конвертер може перетворити цей сигнал при переході з підмережі 1 в підмережу 2 на іншу вільну в підмережі 2 довжину хвилі, забезпечивши прозорий зв'язок між пристроями в різних підмережах. У хвильових конверторах використовується ефект чотирихвильового змішування. Важливими параметрами є:
Внесені втрати
Перехресні завади
Втрати на відбиття
Оптичне волокно - фізичне середовище передавання інформації.
Оптичне волокно у вигляді циліндра круглого поперечного перерізу з прозорого для оптичного випромінення діелектричного матеріалу забезпечує розповсюдження світла вздовж волокна за рахунок відбивання світлового променя від неоднорідного середовища серцевина-оболонка. При цьому основна частина енергії оптичного випромінення зосереджується в серцевині. Для захисту від зовнішніх впливів та підвищення механічної міцності волокна його оболонку покривають захисним покриттям.
Оптичні волокна в залежності від профілю показника заломлення в серцевині поділяють на східчасті, градієнтні та волокна зі складним профілем показника заломлення.
Всі оптичні волокна поділяють на дві групи:
Одномодові (SMF, Single-Mode Fiber)
Багатомодові (ММF, Multi-Моdе Fiber)
Одномодові оптичні волокна напрямляють одну моду в робочому диапазоні довжин хвиль.
У волоконно-оптичних системах передачі з WDM використовують одномодові оптичні волокна, котрі є середовищем передавання (відповідно фізичним рівнем оптичної транспортної мережі):
Волокно без зсунутої дисперсії, так зване стандартне волокно (SF, Standard Fiber)
Волокно із зсунутою дисперсією (DSF, Dispersion-shifted Single-mode Fiber)
Волокно із зсунутою довжиною хвилі зрізу
Волокно з ненульовою та зсунутою дисперсією (NZDSF, Non-zero Dispersion-shifted Single-mode Fiber)
Волокно з ненульовою дисперсією для широкосмугового оптичного переносу.
Різні типи волокон є достатньо близькими за значенням величини загасання, але суттєво відрізняються за величиною хроматичної дисперсії.
Основними параметри та характеристики оптичних волокон є:
Погонне загасання у волокні в кабелі
Хроматична дисперсія
Поляризаційна дисперсія моди
Втрати на макровигинах
Діаметр поля моди
Довжина хвилі зрізу одномодового волокна в кабелі
Діаметр оболонки
Неконцентричність серцевини
Некруглість оболонки
Стійкість до розриву
При проектуванні мереж WDM передбачають такі етапи:
Визначення пропускної спроможності окремих оптичних каналів
Вибір типу волокна для оптичного кабелю ВОЛЗ
Вибір типу оптичних підсилювачів та визначення довжини підсилювальних ділянок
Визначення типу топології, архітектури та структури мережі
При проектуванні систем WDM потрібно мати на увазі, що придатність існуючого волокна може бути проблематичною, внаслідок менш досконалої технології, котра застосовувалась за його виготовлення та монтажу. При цьому потрібно надавати суттєву увагу таким параметрам:
Втрати в лінійному тракті (втрати у волокні, втрати на з'єднаннях, втрати на вигинах пов'язані з процесом виготовлення волокна та його прокладанням)
Хроматична дисперсія (виникає внаслідок різних групових швидкостей розповсюдження спектральних складових імпульсу, що призводить до викривлення форми імпульсу. Хроматична дисперсія впливає на граничну величину максимальної швидкості передавання, оскільки при більший швидкості між імпульсами корисного сигналу стає меншим інтервал і збільшується вірогідність появи помилок в прийомі сигналу внаслідок хроматичної дисперсії)
Поляризаційна дисперсія моди (ПДМ) (виникає внаслідок різної швидкості розповсюдження по волокну різних поляризаційних складових напрямлюваної моди, що призводить до зміни форми імпульсу, збільшення його тривалості в часі).
Перехресні завади у волокні (з'являються внаслідок нелінійних явищ у волокні, наприклад, чотирихвильового змішування, або внаслідок разбалансування та нестиковки елементів систем WDM.
Нелінійні явища (збільшуються зі зростанням оптичної потужності у волокні, виникають внаслідок залежності показника заломлення волокна від оптичної потужності, та внаслідок розсіювання у волокні (Раманівське розсіювання та розсіювання Мандельштама-Брілюена))
Чутливість до відхилення від первісної довжини хвилі (як наслідок, явище інтерференції може призвести до збільшення відбиття на з'єднаннях).
На сучасному етапі випускаються WDM системи, здатні задовольнити сучасні потреби по збільшенню ефективності як міських (зонових) так і магістральних ВОСП. Характеристики деяких з таких систем WDM зведено в таблицю: Характеристики WDM систем
| Найманування та тип системи (DWDM або CWDM) | Компанія вироб. | Число каналів | Діапазон довжин хвиль | Відстань між сусідніми каналами | Лінійна швидкість передачі |
| 1626 Light Manager | Alcatel | 96(192) | 1530÷1570 нм | 0,4 нм | 100Мбіт/с-2,5Гбіт/ с, 10 Гбіт/с |
| 1696 Metro Span | Alcatel | 32 | 1530÷1560 нм | 0,8 нм | 100Мбіт/с-2.5 Гбіт/с, 10 Гбіт/с |
| 1696 Metro Span Compact | Alcatel | 8 | 1530÷1560 нм | 0,8 нм | 100Мбіт/с-2,5 Гбіт/с, 10 Гбіт/с |
| 1692 Metro Span Edge | Alcatel | 8 | 1470÷1610 нм | 20 нм | 100Мбіт/с-2,5Гбіт/с, 10Гбіт/с |
| XDM (DWDM) | ЕСІ | 80 | 1529÷1561 нм 1570÷1603 нм | 100 ГГц(0,8 нм) | 2,5 Гбіт/с10Гбіт/с |
| XDM (CWDM) | ЕСІ | 16 | 1291÷1611нм | 2500 ГГц(20 нм) | 2,5 Гбіт/с |
| Common Photonic Layer (СРІ) | Nortel networks | DWDM-36DWDM-72 | С - діапазон | 100 ГГц50 ГГц | 10 Гбіт/с |
| OPTera Metro 5200 OPTera Metro 5100 | Nortel networks | DWDM-32СWDM-8 | 1528,77÷1605,73 нм1470÷1610 нм | 200 ГГц20нм | 10 Гбіт/с2,5 Гбіт/с |
| SURPASS 7500 | Siemens | До 160 | 1520÷1610 нм | 100 ГГц і 50 ГГц | 160x10 Гбіт/с |
| SURPASS 7540 | Siemens | До 160 | 1528,77÷1607,47 нм | 50 ГГц | 12,5 Гбіт/с |
| SURPASS 7540С | Siemens | До 80 | 1537,39÷1563.86 нм | 50 ГГц | 2,5 Гбіт/с |
| FSP 3000 Metro DWDM | Siemens | 64/32 | 1530,33÷1602,31 нм | 200 ГГц | 10 Гбіт/с |
| SURPASS 7550, DWDM-система | Siemens | 160 x 10Гбіт/с80 x 40Гбіт/с | 1528,77÷1607,47 нм | 100 ГГц і 50 ГГц | 160 х 10Гбіт/с80 х 40 Гбіт/с |
| Tellabs 7200 Optical Transport System DWDM система | Tellabs | 3216 | 1535,82÷1560,61 нм 1536,61÷1560,61 нм | 100 ГГц200 ГГц | 32 (16) каналів х 10 Гбіт/с |
| Metropolies VSM DWDM-система CWDM-система | Lncent Technologies | 40208 (CWDM) | 1530,33÷1561,42 нм1470÷1610нм (CWDM) | 100 ГГц 200 ГГц | 40 (20) каналів х (2,5 Гбіт/с) 10 Гбіт/с 8 каналів х 2,5 Гбіт/с (СМйМ) |
| Система "ПУСК" DWDM-система | НТО-ИРЭ-Плюс | 8 x 10Гбіт/с (до 160 довжин хвиль) | 1530÷1605 нм | 200 ГГц (до 50 ГГц) | 8 каналів х 10Гбіт/с(до 160 каналів х 10Гбіт/с) |
| Система "ПУСК-М" DWDM-система | НТО-ИРЭ-Плюс | 12 довжин хвиль 10 Гбіт/с | 1548÷1562 нм | 100 ГГц | 12 каналів х 10 Гбіт/с |
Опис обладнання.