Аналіз нелінійних ефектів, які обмежують пропускну здатність оптичних компонентів тракту, та шляхи їх оптимізації

1. Аналіз нелінійних ефектів, які обмежують пропускну здатність оптичних компонентів тракту в зв'язку з нелінійними ефектами

При проектуванні волоконно-оптичних систем вважають, що розробник працює у діапазоні оптичних потужностей, які не викликають нелінійних спотворень у матеріалі, крізь який поширюється оптичне випромінювання.

Згідно досліджень перевищення певної порогової потужності стає причиною нелінійних перекручувань вищих порядків оптичного сигналу багатьох каналів тракту. Тобто перехресні завади погіршують відношення/сигнал шум у каналах. Явище має складний системний характер та може привести до зриву передавання інформації системою DWDM.

Отже, виходячи з принципу надійності передачі, маємо дотримуватися дозволеного допорогового діапазону потужностей оптичних сигналів. Цього можна досягти, обмежуючи максимальну потужність, яка вводиться у оптичний тракт шляхом вибору допустимої потужності випромінювача та загального числа оптичних частотних каналів.

Розглянемо 3 основні нелінійні явища та порогові значення потужностей, які їм відповідають:

1) Стимульоване Брілюенівське Розсіювання (SBS - Stimulated Brillouin Scattering) установлює верхню межу на рівень оптичної потужності, що може бути переданий оптичним волокном. При перевищенні визначеного рівня оптичної потужності, іменованого порогом SBS, в ОВ виникає акустична хвиля, під впливом якої змінюється величина індексу рефракції п, Зміни п викликають розсіювання світла, приводячи до додаткової генерації акустичних хвиль.

Для збудження РМБ спектральна густина початкового випромінювання повинна бути значно більшою, ніж для раманівського розсіювання - 10 мВт у смузі частот 10-50 МГц. У кінцевому рахунку, унаслідок цього ефекту, виникає хвиля зі зміщеною частотою, що поширюється в зворотному напрямку до джерела світла, у результаті чого корисна передана оптична потужність послабляється. Тим самим обмежується гранично досяжна потужність, що може бути передана передавачем у лінію. Наприклад, при довжині хвилі 1550 нм розсіяне світло зсувається вправо приблизно на 11 ГГц. Це розсіювання (SBS) має найнижчу порогову потужність. Було показано, що поріг SBS може змінюватися в залежності від типу волокна і навіть в залежності від конкретного волокна. Поріг має порядок від 5 до 10 мВт для вузькосмугових лазерів із зовнішньою модуляцією. Для лазерів з безпосередньою модуляцією ця потужність може бути порядку 20-30 мВт. Для волокон G.653 поріг SBS дещо менший , ніж для систем G.652. Це виникає завдяки меншій ефективній площі волокон типу G.653. Можна також сказати, що пе справедливо для всіх нелінійних ефектів, шо розглядаються. Поріг SBS чутливий до спектральної ширини джерела випромінювання і рівня випромінюваної потужності. Одначе, він не залежить від числа каналів WDM.

Крім ефекту зниження корисної потужності виникають і шуми (підвищується відносна інтенсивність шуму - RIN, наприклад, с - 155 дБ/Гц до - 138 дБ/Гц), що погіршують характеристики BER (імовірність виникнення помилки). Особливо важливо контролювати SBS у високошвидкісних транспортних оптичних системах, обов'язково використовуючи модулятори з зовнішньою модуляцією (External modulators) і лазерні джерела безупинних коливань (CW - Continuous Wave).

Акустична хвиля, що з'являється, за своєю природою є гіперзвуковою, і її частотний спектр може розташовуватися до 10...13 ТГц (максимум 1013 Гц). ............