Волокна, используемые в ВОСП

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.)