Диплом: Реконструкция волоконно-оптической линии связи

ВОК.

Рис. 3.4б. Появление PMD при распространении световых импульсов в оптическом

волокне.

Из-за наличия динамических факторов даже в пределах отдельного сегмента волокна

невозможно определить направление поляризации сигнала после прохождения этого

сегмента. Тем более, невозможно определить пропорцию, в которой распределиться

энергия между PSP на следующем участке волокна. Итак, дифференциальная

групповая задержка

не постоянная величина, а изменяется со временем, причем случайным образом.

Детальный анализ динамического поведения DGD показывает, что эта случайная

величина наилучшим образом подпадает под распределение Максвелла, а

среднеквадратичное отклонение

связано со средним значением дифференциальной групповой задержки соотношением

[5]:

, (3.4.3)

где индекс Max – обозначает усреднение по функции распределения Максвелла.

Поляризационной модовой дисперсией PMD называют среднеквадратичное значение

дифференциальной групповой задержки:

.

(3.4.4)

Она обычно измеряется в пс.

В линии с большим числом сегментов значение PMD определяется в зависимости от

суммарного расстояния по формуле [5]:

, (3.4.5)

где L - протяженность оптической линии связи (км),

- коэффициент PMD оптического волокна (пс/км1/2).

Значение коэффициента

для типичных ОВ находится в пределах от 0,1 до 2 пс/км1/2. В табл.

3.4. для них при разных скоростях цифровой передачи приведены значения

максимальной протяженности линии связи.

Таблица 3.4. Значения максимальной протяженности волоконно-оптической линии

связи.

Задержка световой волны, поляризованной вдоль медленной оси, относительно волны,

поляризованной вдоль быстрой оси, приводит к появлению разности фаз

между двумя поляризационными компонентами, прямо пропорциональной DGD

и угловой частоте

световой волны:

. (3.4.6)

Линейная зависимость разности фаз двух поляризационных компонент приводит к

периодической зависимости поляризации выходного излучения от частоты.

3.4.2. Контроль PMD в процессе эксплуатации ВОСП.

После прокладки кабеля многие параметры, в том числе и PMD, могут по ряду причин

(деформации волокна, температурные изменения, натяжение и т.д.) испытывать

отклонения от паспортных данных. Это требует проведения измерений PMD

оптических волокон после инсталляции волоконно-оптической кабельной системы.

Также в процессе эксплуатации следует проводить регулярные проверки параметра

PMD. Для сложных линий с большим числом последовательных сегментов

волоконно-оптических кабелей следует проводить тестирование PMD и отдельных

сегментов. Если линия состоит из N сегментов ВОК, дисперсия в каждом из

которых равна , то

результирующая поляризационная модовая дисперсия определяется из выражения в

соответствии с законом суммы независимых случайных величин [5]:

(3.4.7)

Исследуем на простом примере. Пусть линия состоит из девяти сегментов, восемь из

которых имеет =

0,2 пс/км1/2 и один

= 2,0 пс/км1/2. Результирующая

такой линии равна 2,078 пс/км1/2. Если же все девять сегментов имеют

= 0,2 пс/км1/2, то результирующая

будет равна 0,6 пс/км1/2. Это означает, что все сегменты должны

тестироваться, чтобы исключить возможность резкого влияния низких характеристик

одного сегмента на линию в целом [4].

Глава 4. Методы компенсации хроматической дисперсии

4.1. Обзор методов компенсации дисперсии

В настоящее время предложено и исследовано большое количество способов

компенсации дисперсии. Их можно разделить на следующие три класса [7]:

- способы компенсации дисперсии, основанные на управлении

пространственным распределением дисперсии волоконно-оптической линии связи

(ВОЛС) для обеспечения нулевого суммарного (интегрального) значения дисперсии

для всей линии;

- способы компенсации дисперсии, основанные на управлении

передатчиком или приемником излучения;

- способы компенсации дисперсии, использующие нелинейные оптические

эффекты для управления пространственно - временными характеристиками

светового импульса.

Принцип компенсации дисперсии, основанный на управлении пространственным

распределением дисперсии волоконно-оптической линии связи заключается в том,

что в ВОЛС между участками телекоммуникационного волокна устанавливаются

устройства, дисперсия которых равна по величине и противоположна по знаку

дисперсии предшествующего им участка телекоммуникационного ОК. Можно

рассматривать хроматическую дисперсию как фазовый сдвиг между разными длинами

волн сигнала. В компенсирующем волокне фазовый сдвиг постоянен, что

предполагает только статический метод компенсации. В идеальном случае фазовый

сдвиг спектральных компонент полностью компенсируется в устройстве -

компенсаторе хроматической дисперсии. Этот принцип поясняет рис. 4.1.

Рис. 4.1. Применение устройства компенсации дисперсии

Большинство типов телекоммуникационного волокна в рабочей области спектра

обладает положительной дисперсией, поэтому для их компенсации используются

устройства с отрицательной дисперсией.

Наиболее распространенными устройствами для компенсации дисперсии ВОЛС являются:

- отрезки компенсирующего дисперсию волокна (DCF);

- устройства на основе брэгговских дифракционных решеток с

изменяющимся периодом решетки;

- интерферометрические устройства.

Класс устройств, основанных на управлении пространственным распределением

дисперсии волоконно-оптической линии связи для обеспечения нулевого

суммарного значения дисперсии для всей линии, является наиболее удобным и

находит наибольшее практическое применение.

Ко второму классу относятся устройства, использующие либо модуляцию

передаваемого сигнала, либо специальную обработку сигналов на фотоприемнике

для восстановления информации. Наиболее широко в этом классе применяются

устройства компенсации дисперсии, основанные на внесении линейной частотной

модуляции передаваемого сигнала (чирпировании сигнала), знак которой

противоположен модуляции, возникающей в ОВ.

К классу нелинейно-оптических методов компенсации хроматической дисперсии

относится инверсия спектра световых сигналов в середине линии связи. Принцип

работы инверторов спектра основан на явлении обращения волнового фронта

(ОВФ), которое заключается в преобразовании одной волны в другую с идентичным

распределением амплитуды и фазы и с противоположным направлением

распространения. ОВФ получают методом четырехволнового смешения [8]. В этом

методе в нелинейной среде интерферируют четыре световых пучка. Три из них

подаются извне: объектный пучок, который требуется обратить, и две опорные

волны. Опорные пучки, распространяющиеся навстречу друг другу, имеют обычно

плоский волновой фронт и одинаковую частоту, ту же, что и объектный пучок.

Объектный пучок может направляться в среду с любого направления. Четвертый —

генерируемый пучок — обращен по отношению к объектному. В результате

прохождения устройства инверсии импульс сохраняет свою форму, но передний

фронт становится длинноволновым, а задний фронт – коротковолновым. Инвертор

устанавливается в середине линии связи, поэтому из-за дисперсии во второй

половине линии восстанавливается первоначальная форма оптического импульса.

4.1.1. Оптическое волокно, компенсирующее дисперсию.

Оптическое волокно с компенсацией дисперсии является основным компонентом при

статическом подавлении хроматической дисперсии. Его отрицательная

хроматическая дисперсия в несколько раз превышает положительную хроматическую

дисперсию одномодового волокна. Добавление участка волокна с компенсацией

дисперсии определенной длины компенсирует дисперсию линии передачи, обращая

ее в ноль. Отрицательная дисперсия, как правило, обеспечивается уменьшением

диаметра сердцевины и слабым волноводным распространением. К сожалению,

недостатком таких волокон со слабым каналированием света является увеличение

затухания и потерь на изгибы.

Один из недостатков использования волокна DCF для компенсации дисперсии

заключается в волновой зависимости хроматической дисперсии D(l). В линейном

приближении эту зависимость описывает параметр S - наклон дисперсионной

кривой. Компенсация дисперсии, например, статическим методом на одной длине

волны приведет к неточной компенсации на других длинах волн в системах DWDM.

Для количественного сравнения качества компенсации дисперсии часто используют

понятие добротности компенсирующего волокна

[7]. Добротностью компенсирующего волокна называется отношение абсолютного

значения дисперсии, выраженного в пс/нм/км к затуханию, выраженному в дБ/км.

Добротность не единственный показатель качества компенсирующего дисперсию

волокна. Необходимо учитывать, в частности, насколько высока чувствительность к

потерям на изгибах. Поэтому, при использовании значения добротности для

сравнения различных видов оптических волокон нужно стремиться к тому, чтобы

измерять добротность в тех условиях, в которых ОВ будет реально работать.

Оптические волокна DCF с высоким показателем добротности используются как

дополнительные элементы линии связи, они увеличивают потери в линии,

примерно, на 30%. Так, для пролета длиной 300 км может потребоваться около 50

км волокна с компенсацией дисперсии, при этом дополнительные потери мощности

составят 18 дБ.

Рис. 4.2. Поведение накопленной дисперсии в линии (период 80 км SMF + DCF) с

компенсацией дисперсии для одной длины волны.

Для компенсации дисперсии применяется также новый тип ОВ, названного

оптическим волокном с обратной дисперсией (RDF). Волокно RDF обладает

коэффициентом дисперсии примерно равным по величине и противоположным по

знаку соответствующему параметру стандартного одномодового волокна.

Измеренное значение потерь на изгиб в RDF волокне оказалось меньше, чем в

стандартном ОВ. Это позволяет изготавливать оптические кабели с RDF волокном.

Кабель на основе RDF волокна соединяется с ОК на основе стандартного ОВ

примерно той же длины. Дисперсионный коэффициент такого соединения не

превышает ±0,5пс/нм/км в полосе длин волн 1530нм - 1564нм. Поскольку

затухание RDF волокна 0,25 дБ/км при затухании стандартного волокна 0,2

дБ/км, среднее затухание в линии равно 0,225 дБ/км. Еще одним преимуществом

RDF волокна является меньшая по сравнению с DCF нелинейность.

Рассмотренные выше различные типы компенсирующих дисперсию волокон позволяют

достаточно хорошо компенсировать дисперсию и наклон дисперсионной зависимости

стандартного оптического волокна (SMF).

В настоящее время в большинстве модулей компенсации дисперсии используется DC

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10