В линейных трактах ВОСП используются как ММ (в PDH), так и ОМ (в PDH и SDH) ВС. Все ВС должны соответствовать рекомендациям МСЭ G651-G654.
G651 посвящена градиентным ММ ВС (ММ ВС со ступенчатым профилем показателя преломления не рекомендованы к применению). ВС с диаметром сердцевины 50 мкм используются в системах дальней связи, для ЛВС используют наряду с ВС 50 мкм также ВС с сердцевиной 62.5 мкм.
На рис. 3.1 показаны профили показателя преломления для этих ВС. Видно, что ВС для ЛВС отличается большей разницей показателей преломления, а значит, большей числовой апертурой (и дисперсией). В ЛВС, где используется множество соединений, очень важно минимизировать потери в разъемных соединениях, поэтому идут на увеличение диаметра сердцевины. Это приводит к ухудшению широкополосности, но для ЛВС это не имеет значения, так как там рекомендуемые длины не превышают 2 км.
Рис.3.1. Параметры градиентных многомодовых ВС:
а ‑ профили показателей преломления волокон 50/125 и 62.5/125;
б ‑ характерные кривые спектральных потерь мощности
Там же показаны зависимости коэффициента затухания от длины волны. Видно, что на коротких волнах , а на длинных наоборот.
Рекомендуемые параметры ММ ВС показаны в таблице 3.1, из которой следует, что числовая апертура ВС с сердцевиной 62.5 мкм существенно больше, а широкополосность существенно меньше, чем у ВС с сердцевиной 50 мкм.
Из-за недостаточной широкополосности ММ ВС используются для ВОСП (PDH) с малой скоростью передачи 2 и 8 Мбит/с. Для высокоскоростных ВОСП со скоростями 34, 140 (PDH) и 155, 620, 2500, 10000 (SDH) Мбит/с используются ОК с ОМ ВС.
Первым высококачественным ОМ ВС был ВС SF, оптимизированный на нм со ступенчатым профилем показателя преломления (рис.3.2, а). Показатель преломления сердцевины постоянен и превышает показатель преломления оболочки примерно на 1%. Одномодовый режим работы в этих ВС достигнут благодаря уменьшению диаметра до 8.5 мкм. Параметры этих ВС регламентируются рекомендацией МСЭ G652.
а) Ступенчатое одномодовое волокно (стандартное волокно) | б) Одномодовое волокно со смещенной дисперсией (волокно со специальным профилем) |
Рис.3.2. Профили показатели преломления одномодовых ВС
Эти ВС имеют дисперсию на нм менее 3.5 , а на нм их дисперсия возрастает до . Поэтому для высокоскоростных ВОСП на нм были разработаны ОМ ВС (с градиентным профилем, показанным на рис.3.2, б) со смещенной дисперсией (DSF), которые имели дисперсию на нм менее , а на нм до . Затухание этих волокон на нм в 2 ‑ 2.5 раза меньше, чем на нм.
Таблица 3.1
Параметры | Градиентное многомодовое волокно | |
50/125 | 62.5/125 | |
Номинальное затухание на длине волны 850 нм, дБ/км | ||
Номинальное затухание на длине волны 1300 нм, дБ/км | ||
Макс. затухание на длине волны 850 нм, дБ/км | ||
Макс. затухание на длине волны 1300 нм, дБ/км | ||
Полоса пропускания на длине волны 850 нм, МГц×км | ||
Полоса пропускания на длине волны 1300 нм, МГц×км | ||
Длина волны нулевой дисперсии, нм | 1297-1316 | 1332-1354 |
Наклон нулевой дисперсии, пс/(нм2×км) | ||
Диаметр сердцевины, мкм | ||
Числовая апертура | ||
Рабочий диапазон температур | -600С - +850С | -600С- +850С |
Вносимое затухание в температурных пределах -600С - +850С на длинах волн 850 нм и 1300 нм, дБ/км | ||
Вносимое затухание в температурных пределах -100С - +850С, влажности до 98% на длинах волн 850 нм и 1300 нм, дБ/км | ||
Стандартная длина волокна, поставляемая на катушке, м | 1100-4400 | 1100-8800 |
Диаметр оболочки, мкм | ||
Радиальное отклонение сердцевины относительно оболочки, мкм | ||
Диаметр защитного покрытия, мкм | ||
Отклонение сердцевины от окружности | ||
Тестовое усилие на разрыв, Гн/м2 | ||
Эффективный показатель преломления на длине волны 850 нм | 1.4897 | 1.5014 |
Эффективный показатель преломления на длине волны 1300 нм | 1.4856 | 1.4966 |
В последнее десятилетие были предприняты попытки существенно увеличить скорость передачи по одному ВС. Рассматривались два основных подхода:
1. Использование для связи оптических солитонов, которые могут распространяться по ВС с очень малыми дисперсными искажениями. Было теоретически и экспериментально доказано, что возможно создание солитонных ВОСП со скоростями 80 Гбит/с и длиной участка регенерации в несколько тысяч километров.
Однако из-за того, что солитоны существуют в ОМ ВС только за счет нелинейных процессов, для функционирования солитонных ВОСП необходимо вводить в ВС значительные мощности от нескольких десятков до сотен милливатт. Для компенсации затухания в линейном тракте должны использоваться оптические усилители с длиной усилительного участка – несколько десятков километров.
2. Использование спектрального уплотнения, то есть передачи по одному ВС 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 и мкм или с и 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 нм. В табл. 3.2. показаны сетки этого частотного плана с различной степенью разреженности каналов. Все сетки, кроме одной 500/400, имеют равноудаленные каналы. Равномерное распределение каналов позволяет оптимизировать работу волновых конвертеров, перестраиваемых лазеров и других устройств полностью
Таблица 3.2
Частота, ТГц | Интервал 100 ГГц (8 каналов и более) | Интервал 200 ГГц (4 канала и более) | Интервал 400 ГГц (только 4 канала) | Интервал 500/400 ГГц (только 8 каналов) | Интервал 600 ГГц (только 4 канала) | Интервал 1000 ГГц (только 4 канала) | Длина волны, нм |
196.1 | * | * | 1528.77 | ||||
196.0 | * | 1529.55 | |||||
195.9 | * | * | 1530.33 | ||||
195.8 | * | 1531.12 | |||||
195.7 | * | * | 1531.90 | ||||
195.6 | * | 1532.68 | |||||
195.5 | * | * | * | * | 1533.47 | ||
195.4 | * | 1534.25 | |||||
195.3 | * | * | * | 1535.04 | |||
195.2 | * | 1535.82 | |||||
195.1 | * | * | 1536.61 | ||||
195.0 | * | 1537.40 | |||||
194.9 | * | * | * | 1538.19 | |||
194.8 | * | * | 1538.98 | ||||
194.7 | * | * | 1539.77 | ||||
194.6 | * | 1540.56 | |||||
194.5 | * | * | * | 1541.35 | |||
194.4 | * | 1542.14 | |||||
194.3 | * | * | * | * | 1542.94 | ||
194.2 | * | 1543.73 | |||||
194.1 | * | * | 1544.53 | ||||
194.0 | * | 1545.32 | |||||
193.9 | * | * | * | * | 1546.12 | ||
193.8 | * | 1546.92 | |||||
193.7 | * | * | * | * | 1547.72 | ||
193.6 | * | 1548.51 | |||||
193.5 | * | * | * | * | 1549.32 | ||
193.4 | * | * | 1550.12 | ||||
193.3 | * | * | * | 1550.92 | |||
193.2 | * | 1551.72 | |||||
193.1 | * | * | * | * | 1552.52 | ||
193.0 | * | * | 1553.33 | ||||
192.9 | * | * | * | 1554.13 | |||
192.8 | * | 1554.94 | |||||
192.7 | * | * | * | 1555.75 | |||
192.6 | * | 1556.55 | |||||
192.5 | * | * | * | * | * | * | 1557.36 |
192.4 | * | 1558.17 | |||||
192.3 | * | * | * | 1558.98 | |||
192.2 | * | 1559.79 | |||||
192.1 | * | * | * | 1560.61 |
оптической сети, а также позволяет легче наращивать сеть. Из таблицы видно, что в диапазоне 1528-1560 нм можно разместить до 40 отдельных каналов, каждый со скоростью 10 Гбит/с. Это позволяет передавать по одному ВС информацию со скоростью 400 Гбит/с, а по ОК, содержащему 32 ВС - со скоростью 8.4 Тбит/с, что превосходит любые требования к системам связи сегодняшнего дня.
Логично было бы использовать для ВОСП с DWDM ОМ ВС со смещенной дисперсией, однако экспериментальные и теоретические исследования показали, что за счет нелинейных процессов в волокне на длинах волн, близких к длине волны нулевой дисперсии, возникают перекрестные искажения, приводящие к взаимным влияниям и ухудшению качества связи.
Рис.3.3. Зависимость дисперсии в одномодовых ВС от длины волны
В связи с этим были созданы волокна NZDSF с ненулевой смещенной дисперсией. У этого волокна длина волны нулевой дисперсии вынесена за пределы полосы пропускания эрбиевого усилителя. Широко используются две марки NZDSF волокна: волокно TrueWave фирмы Lucent Technologies и волокно SMF-LS фирмы Cor ning Optical Fiber. У волокна TrueWave длина волны нулевой дисперсии 1523 нм, а у SMF-LS она лежит чуть выше длины волны 1560 нм. В начале 1998 г. фирма Corning Optical Fiber выпустила еще одну марку NZDSF волокна - волокно LEAF™. Зависимости дисперсии этих волокон от длины волны приведены на рис. 3.3, а их характеристики приведены в табл. 3.3.
Из таблицы видно, что эти волокна имеют близкие характеристики. Однако волокно LEAF имеет некоторое преимущество: диаметр модового поля у него на 1 мкм больше, чем у двух 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.
Таблица 3.3
Характеристики | TrueWave™ | SMF-LS™ | LEAF™ |
Главное рабочее окно, нм | |||
Затухание | |||
Макс. затухание на длине волны 1550 нм, дБ/км | 0.22-0.25 | ||
Макс. затухание на длине волны 1310 нм, дБ/км | н/д | н/д | |
Макс. затухание в диапазоне 1525-1575 нм, дБ/км | |||
Затухание на пике ОН- 1383±3 нм, дБ/км | |||
Затухание при изгибе на длине волны 1550 нм, дБ | (1 вит. Æ32 мм), (100 вит. Æ75 мм) | (1 вит. Æ32 мм), (100 вит. Æ75 мм) | н/д |
Затухание на сухом стыке при дл. волны 1550 нм, дБ | н/д | ||
Хроматическая дисперсия в зоне ненулевой дисперсии | |||
Мин. хроматическая дисперсия, пс/нм×км | 0.8 (1540-60 нм) | н/д | 1.0 (1540-60 нм) |
Макс. хроматическая дисперсия, пс/нм×км | 4.6 (1540-60 нм) | -3.5 (1530-1560 нм) | 6.0 (1540-60 нм) |
Наклон нулевой дисперсии, пс/(нм2×км) | н/д | н/д | |
Длина волны нулевой дисперсии, нм | н/д | ||
Диаметр модового поля при длине волны 1550 нм, нм | 8.4 ± 0.6 | 8.4 ± 0.5 | 9.5 ± 0.5, 9.6 (тип.) |
Кабельная длина волны отсечки, нм | н/д | ||
Поляризационная модовая дисперсия, | при 1550 нм (макс.), при 1550 нм (тип.) | при 1550 нм (макс.) | при 1550 нм (тип.) |