Журнал Радио 5 номер 1998 год. СВЯЗЬ: СРЕДСТВА И СПОСОБЫ

Журнал Радио 5 номер 1998 год. СВЯЗЬ: СРЕДСТВА И СПОСОБЫ ЦИФРОВАЯ СВЯЗЬ ПРИОРИТЕТЫ В РАЗВИТИИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ (По материалам 23-й Европейской конференции по оптической связи) А. КУРКОВ, канд.физ.-мат. наук, г. Москва  

Что такое ЕСОС?

В сентябре ушедшего 1997 года в древней столице Шотландии ,городе Эдинбурге, состоялась 23-я Европейская конференция по оптической связи (European Conference on Optical Communications) — ECOC'97. Для специалистов, работающих в этой области, она не явилась особым событием, поскольку подобные конференции проходят ежегодно, также как симпозиумы по волоконно-оптической связи в США (OFC) и еще добрый десяток встреч, посвященных отдельным аспектам волоконной оптики. В то же время конференция ЕСОС — одна из самых представительных в этой области науки и техники. Так, ЕСОС'97 было представлено около 300 докладов. В этой статье попытаемся представить современное состояние и основные тенденции развития волоконно-оптических систем связи, опираясь на шесть томов трудов конференции и личные впечатления автора.

О главном

Несмотря на обилие и широкий тематический спектр докладов, на каждой из прошедших европейских конференций можно выделить главное направление, которое определяет дальнейшее развитие волоконной телекоммуникации на несколько лет вперед. Так, если прежде специалистов занимали главным образом вопросы снижения оптических потерь и увеличение скорости передачи информации в много-модовых волоконных световодах, то затем пришла очередь систем связи на одномодовых световодах с рабочей длины волны 1,3 микрона. Хотя они впервые были предложены лет десять назад, ныне одномодовые световоды с длиной волны нулевой дисперсии 1,55 микрона становятся ключевым элементом современных систем связи. Этому способствовало и то, что в начале 90-х годов на сцену вышли волоконные усилители на волоконных световодах, легированных ионами эрбия, сделавшие длину волны 1,55 мкм еще более привлекательной для связи.

Однако какое же направление было наиболее ярко представлено на последней конференции и что является наиболее актуальным на сегодняшний день? Общее впечатление (при отсутствии видимых прорывов в создании принципиально новых элементов волоконных линий связи): развитие предыдущих достижений делает возможным создание линий связи с частотным уплотнением каналов, т. е. с передачей информации по одному световоду на разных длинах волн. Кроме того, обращает на себя внимание широкое применение в экспериментальных линиях фотоиндуцированных внутриволоконных решеток, а также устройств с использованием эффекта вынужденного Рамановского (комбинационного) рассеяния.

Идея использования спектрального уплотнения каналов — это, по сути, перенос в оптический диапазон метода передачи информации, широко используемого в радиодиапазоне. Однако использование этого метода предъявляет специфические требования к разработанным ранее устройствам волоконно-оптического тракта, а также делает необходимым разработку ряда принципиально новых элементов. Более подробно рассмотрим это в дальнейшем, а пока остановимся на кратком описании двух эффектов, широко используемых в экспериментах по волоконно-оптической связи.

Фоточувствительность и Рамановское рассеяние

Фоточувствительность волоконных световодов и вынужденное Рамановское рассеяние в них — это два различных физических эффекта. Объединяет их то, что, представляя, на первый взгляд, чисто "академический" интерес, они лежат в основе практических устройств, находящих широкое применение в оптической связи.

Явление фоточувствительности заключается в том, что при облучении боковой поверхности световода ультрафиолетовым излучением на определенных длинах волн происходит изменение показателя преломления стекла на облученных участках. Само по себе это явление, казалось бы, не имеет практического значения, однако, самое интересное проявляется тогда, когда на некотором участке световода создается периодическое изменение показателя преломления, как показано на рис.1. Если период записанной решетки составляет десятые доли микрона, в спектре пропускания световода появляется узкий провал, соответствующий отражению в узком спектральном диапазоне части мощности излучения, распространяющегося по световоду. Такая решетка, называемая обычно Брэгговской, работает как спектрально-селективное зеркало. Длина волны, на которой осуществляется отражение, определяется соотношением между параметрами световода и периодом решетки. В зависимости от длины решетки, составляющей от 1 мм до 10 см, и величины наведенного показателя преломления относительная амплитуда отраженного сигнала составляет от единиц процентов до полного отражения в спектральной области, составляющей 0,05 — 0,3 нм. В случае решеток большой (до 1 м) длины, с периодом, несколько меняющимся по длине, ширина спектра отражения может достигать десятков нанометров. В настоящее время Брэгговские решетки находят самое широкое применение в волоконной оптике, в частности, в качестве зеркал волоконных лазеров, спектральных фильтров, компенсаторов хроматической дисперсии, чувствительных элементов датчиков.

Другим типом фотоиндуцированных устройств являются длиннопериодные решетки, для которых расстояние между штрихами составляет 50-500 мкм. Принцип действия таких решеток заключается в том, что при определенном соотношении между параметрами световода и периодом решетки излучение, распространяющееся по световоду, на определенной длине волны выходит во внешнюю оболочку световода и затухает, так что в спектре пропускания световода появляется провал. Как и в случае Брэгговских решеток, длина волны, спектральная ширина и доля потерянной мощности определяются параметрами световода и решетки. Таким образом, длиннопериодная решетка может быть использована как спектральный фильтр.

Эффект вынужденного Рамановского рассеяния в волоконном световоде заключается в том, что при распространении оптического излучения с мощностью порядка 1 Вт и более возникает переизлучение на большей длине волны. Наблюдаемый спектральный сдвиг определяется свойствами материала, из которого изготовлен световод. Если световод имеет достаточную длину, переизлученный свет может стать источником для переизлучения со следующим спектральным смещением и так далее. Так, при вводе в стандартный световод излучения мощного неодимового лазера с длиной волны 1,06 мкм на выходе можно наблюдать излучение с длинами волн 1,12 мкм, 1,18 мкм, 1,24 мкм, 1,3 мкм и т. д. При этом практически вся входная мощность может быть преобразована в излучение на других длинах волн. Сочетание такого Рамановского преобразователя с набором соответствующих решеток позволяет получать волоконные лазеры на ряд длин волн. Важно отметить, что при одновременном распространении в световоде сигнала и переизлученного света на одной длине волны происходит усиление сигнала. Таким образом, эффект вынужденного Рамановского рассеяния может быть использован для создания волоконного усилителя для различных длин волн.

Современная волоконно-оптическая линия связи

Значительная часть представленных на конференции работ была посвящена экспериментам по высокоскоростной передаче информации в линиях со спектральным уплотнением каналов и оптимизации отдельных элементов таких линий. На рис.2 в упрощенном виде представлена схема волоконно-оптического тракта со спектральным уплотнением.

Очевидно, что именно такой способ передачи информации в настоящее время представляется наиболее перспективным, позволяя увеличивать скорость передачи информации пропорционально числу спектральных каналов. Естественно задать вопрос, а сколько каналов может быть задействовано в одном световоде? Ясно, что это, во-первых, зависит от суммарной спектральной полосы волоконно-оптической линии. Основным элементом, ограничивающим эту полосу, является оптический усилитель. Рассмотрим этот элемент более подробно.

Волоконно-оптический усилитель. В линиях связи с рабочей длиной волны 1,55 мкм оптимальным типом оптического усилителя является волоконно-оптический усилитель на основе волоконного световода, активированного ионами эрбия. Упрощенная схема такого устройства представлена на рис.3. Принцип его действия состоит в эффекте усиления излучения при вынужденном переходе возбужденных ионов эрбия на основной энергетический уровень. Для возбуждения ионов эрбия используются полупроводниковые источники с длиной волны 0,98 или 1,48 мкм. Коэффициент усиления слабого оптического сигнала в эрбиевых усилителях может достигать примерно 40 дБ (т. е. 10 000 раз). Спектр усиления такого устройства определяется спектром люминесценции ионов эрбия в кварцевом стекле. На рис. 4 показан типичный спектр усиления, из которого видно, что на разных длинах волн в полосе 1,53...1,56 мкм достигается различный коэффициент усиления, так что после прохождения волоконной линии, содержащей десятки усилителей, часть спектральных каналов может быть потеряна. Поэтому на практике для систем со спектральным уплотнением каналов либо ограничиваются более плоской частью спектра усиления в диапазоне 1,54...1,56 мкм, либо используют спектральные фильтры, сглаживающие этот спектр. В последнем случае ширина используемого спектрального диапазона достигает 35...40 нм.

(Окончание следует)

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 5 номер 1998 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.