Общие возможности по развертыванию кабельных систем на основе SF, DSF и NZDSF приведены в таблице 2.3 а,б.
Таблица 2.3 Общие возможности по развертыванию кабельных систем на основе различных типов одномодовых волокон.
а) Передача 2.5 Гб/с сигнала по различным типам одномодовых волокон
| Усиление мощности сигнала на одной длине волны | ||||||
| Волок Но | Коррекция дисперсии | Усилители EDFA | Число каналов | Емкость каналов | Длина пролета | Ограничения системы |
| SF | Нет | УМ | 1 | 2.4Гбит/с | 70-90 км | Мощность Дисперсия |
| SF | Внешняя модуляция | УМ | 1 | 2.4Гбит/с | 140 км | Мощность |
| SF | Компенсация дисперсии | УМ | 1 | 2.4Гбит/с | 120-140 км | Мощность |
| DSF | Нет | УМ | 1 | 2.4Гбит/с | 120-140 км | Мощность |
| NZDSF | л0выводится из зоны EDFA | УМ | 1 | 2.4Гбит/с | 120-140 км | Мощность |
| Линейное усиление многоканального сигнала | ||||||
| SF | Внешняя модуляция | УМ, ЛУ | 1,2,4,8 | 2.4-20 Гбит/с | >500км | ASE,отсутс- твует плато |
| SF | Компенсация дисперсии | УМ, ЛУ | 1,2,4,8 | 2.4-20 Гбит/с | >500км | ASE,отсутс- твует плато |
| DSF | Нет | УМ, ЛУ | 1,2,4,8 | 2.4 Гбит/с | >500км | ASE,отсут. плато, ЧВС |
| NZDSF | л0выводится из зоны EDFA | УМ, ЛУ | 1,2,4,8 | 2.4-20 Гбит/с | >500км | ASE,отсутс- твует плато |
б) Передача 10Гбит/с сигнала по различным типам одномодовых волокон.
| Усиление мощности сигнала на одной длине волны | |||||||
| Волок Но | Коррекция дисперсии | Усилители EDFA | Число каналов | Емкость каналов | Длина пролета | Ограничения системы | |
| SF | Внешняя модуляция | ПУ | 1 | 10Гбит/с | 50-70 км | Дисперсия | |
| SF | Внешняя мод-я + КД | УМ, ПУ | 1 | 10Гбит/с | 120-140 км | Мощность | |
| DSF | Внешняя модуляция | УМ, ПУ | 1 | 10Гбит/с | 120-150 км | Мощность | |
| NZDSF | ВМ,л0выв-ся из зоны EDFA | УМ, ПУ | 1 | 10Гбит/с | 120-150 км | Мощность | |
| Линейное усиление многоканального сигнала | |||||||
| SF | Внешняя мод-я + КД* | УМ,ЛУ,ПУ | 1,2,4 | 10,20,40 Гбит/с | >300км | ASE,отсутс- твует плато | |
| DSF | Внешняя модуляция | ЛУ, ПУ | 1нелин эффект | 10 Гбит/с | >300км | ASE,отсут. плато, ЧВС | |
| NZDSF | ВМ,л0выв-ся из зоны EDFA | ЛУ, ПУ | 1,2,4,8 | 10,20,40 Гбит/с | >300км | ASE,отсут. плато,SPM | |
* - Компенсация дисперсии может требовать дополнительного усиления, чтобы преодолеть затухание.
Обозначения: УМ – усиление мощности, ЛУ – линейное усиление, КД – компенсация дисперсии, ПУ – приемное усиление, ASE – спонтанно-усиленное излучение, ЧВС – четырехволновое смешивание, SPM – межфазная модуляция.
3. Влияние дисперсии на параметры проектируемой ВОЛС
Под дисперсией в оптике понимают зависимость фазовой скорости световых волн vф от частоты. Это же относится и к показателю преломления n2 - n1 = n (w).
В этом смысле дисперсия в объемной среде единственна и носит в оптике название хроматической дисперсии, подчеркивая факт разложения света на составляющие в хроматический спектр. Дисперсия называется нормальной (или положительной), если n увеличивается с увеличением частоты w, и аномальной (или отрицательной), если п уменьшается с увеличением w. Зависимость фазовой скорости от w (или л) для нормальной и аномальной дисперсий обратная.
Понятие "дисперсия" в световоде уже не единственно и приходится различать три ее вида:
-модовая дисперсия - дисперсия, существующая только в многомодовом волокне и вызванная различной скоростью распространения в световоде лучей разных мод, достигающих определенного сечения ОВ (выхода) в разное время, что приводит к уширению входного импульса на выходе;
-материальная дисперсия - дисперсия собственно материала световода, существующая независимо от типа волокна (ММ или ОМ) и отличающаяся от хроматической дисперсии только тем, что она соответствует волноводной (а не объемной) среде;
-волноводная дисперсия - дисперсия, существующая в так называемой волноводной cpeде, сформированной по меньшей мере двумя физическими средами (в нашем случае сердцевиной и оболочкой).
Модовая дисперсия.
Этот тип дисперсии может быть уменьшен двумя путями:
-уменьшением диаметра сердцевины dc ;
-изменением профиля показателя преломления, т.е. использованием многомодового волокна с плавно изменяемым показателем преломления. В настоящее время многомодовые волокна такого типа используются достаточно широко.
Материальная дисперсия.
Материальная дисперсии, или дисперсия материала, зависит (для прозрачного материала) от частоты w (или длины волны л) и материала ОВ, в качестве которого, как правило, используется кварцевое стекло. Дисперсия определяется электромагнитным взаимодействием волны со связанными электронами материала среды, которое носит, как правило, нелинейный (резонансный) характер и только вдали от резонансов может быть описано с приемлемой точностью, например уравнением Селлмейера :
n2(w)= 1+∑Rjw2j(w2j – w2), (3.1)
где wj - резонансные частоты, Rj- величина j-го резонанса, а суммирование по j для объемного кварцевого стекла ведется по первым трем резонансам.
Возникновение дисперсии в материале световода даже для одномодовых волокон обусловлено тем, что оптический источник, возбуждающий вход (светоизлучающий диод - СИД или лазерный диод - ЛД), формирует световые импульсы, имеющие непрерывный волновой спектр определенной ширины (например, для СИД это примерно 35-60 нм, для многомодовых ЛД (ММЛД) - 2-5 нм, для одномодовых ЛД (ОМЛД) - 0,01-0,02 нм. Различные спектральные компоненты импульса распространяются с разными скоростями и приходят в определенную точку (фазу формирования огибающей импульса) в разное время, приводя к уширению импульса на выходе и, при определенных условиях, к искажению его формы.
Для описания дисперсии в световоде используется разложение постоянной распространения моды в в ряд Тейлора в окрестности несущей частоты w0. Линейный член этого разложения, или параметр в1, характеризует групповую скорость движения огибающей импульса vг = с/пг (здесь пг - групповой показатель преломления), а квадратичный член, или параметр в2 характеризует собственно дисперсию групповых скоростей - ДГС в волокне, имеющую размерность [пс2/км]. Она и определяет уширение импульса. Интересно отметить, что в диапазоне длин волн 1500-1600 нм /?2 почти линейно уменьшается от +70 до -40 [пс2/км], см. рис. 9-4, принимая нулевое значение на длине волны примерно 1270 нм. Эта длина волны л0d называется длиной волны нулевой дисперсии для объемной среды. Для оптоволокна эта длина волны сдвигается до значения порядка 1312 нм (см. ниже), чем и объясняется использование источников излучения 1310 нм для одномодового ОВ. Для одномодового кварцевого волокна ДГС положительна для л<1312 нм и отрицательна для л >1312 нм, а в окрестности л=1312 нм она нулевая.
Из описанного ясно, что для уменьшения материальной дисперсии нужно, с одной стороны, переходить при выборе источников от оптических источников типа СИД к ЛД, а при выборе волокна от ММ к ОМ волокну. С другой стороны, необходимо переходить от источников с длинами волн порядка 850 нм к длинам волн порядка 1310 нм для использования эффекта нулевой дисперсии. Эти естественные "теоретические" соображения, не могут, однако, служить в качестве однозначной практической рекомендации. Так для ЛВС может оказаться более предпочтительным использовать СИД на длине волны 850 нм, работающий на ММ волокно.
Волноводная дисперсия.
Дисперсия реальных световодов отличается от дисперсии объемной среды наличием волноводной структуры, изменяющей эффективный показатель преломления моды. В результате появляется особая волноводная составляющая дисперсии, которая складывается определенным образом с дисперсией материала, формируя результирующую дисперсию. Вклад волноводной дисперсии зависит от радиуса сердцевины, разности показателей преломления сердцевины и оболочки и числа оболочек. Для описания дисперсии в световоде с учетом ее волноводной составляющей вместо параметра в2 используется дисперсионный параметр D:
D = -рc в2 / л2
В избежание путаницы, возникающей при чтении различных публикаций, нужно помнить, что для оптических волокон в справочниках в качестве дисперсионной характеристики приводят зависимость от л именно этого параметра D, имеющего размерность [пс/км/нм], а не [пс2/км], и знак противоположный знаку дисперсии групповых скоростей в2. Поэтому и наклон зависимости дисперсионного параметра D от л , называемый часто наклоном ненулевой дисперсии, будет положительным (а не отрицательным). А фразы в публикациях "в области положительных (или отрицательных) дисперсий" могут на самом деле иметь обратный смысл, так как дисперсия, по определению, положительна при положительном в2 (т.е. отрицательном, а не положительном, D). Эти фразы правильны, если иметь ввиду, что под дисперсией фактически понимается дисперсионный параметр D.