Оптические волокна для линий связи (стр. 24 )

Рис. 3.29. Зависимость штрафа по мощности от длины линии с прямой модуляцией DFB лазера (λ = 1557 нм) со скоростью 2.5 Гбит/с. Линия с волокном MetroCore длиной 418 км содержит 4 эрбиевых оптических усилителя с выходной мощностью 3 дБм.

Дисперсионные характеристики волокон с отрицательной дисперсией изображены (рис. 3.30.). В подводных линиях используются волокна TrueWave XL (Lucent Technologies) и SMF-LS (Corning). В городских сетях и сетях средней дальности волокна MetroCore (Corning) и WideLight (Pirelli).

Рис.3.30. Зависимость коэффициента дисперсии от длины волны для различных марок волокон с отрицательной дисперсией в диапазонах С (третье окно) и L (четвертое окно)

§ 11. Волокна с плоской дисперсионной характеристикой

       Компенсация полной дисперсии в широкой полосе частот существенно упрощается в волокнах с плоской дисперсионной характеристикой. Они обладают сложным профилем показателя преломления и изготавливать их необходимо с высокой точностью. Это хорошо видно из сравнения профилей заготовок для волокон с тремя различными значениями коэффициентов дисперсий (рис. 3.31). Видно, что небольшого увеличения показателя преломления в верхней части профиля достаточно для изменения знака коэффициента дисперсии. В настоящее время волокна с плоской дисперсионной характеристикой уже прошли стадию лабораторных исследований.

Рис. 3.31. Расчетные значения профилей показателя преломления для трех волокон с максимально плоской дисперсионной характеристикой. Пунктирные кривые относятся к волокнам с положительной дисперсией, а точечные к волокнам с отрицательной дисперсией.

Дисперсионные характеристики волокна с оптимизированным профилем показателя преломления и волокна TrueWave RS (обладающего наименьшим наклоном дисперсионной характеристики среди всех промышленных NZDS волокон) приведены на рис. 3.32. Видно, что волокно с оптимизированным профилем показателя преломления обладает существенно более плоской дисперсионной характеристикой. Основные оптические параметры NZDS волокна с максимально плоской дисперсионной характеристикой приведены в таблице № 3.3.

Рис. 3.32. Спектральная зависимость хроматической дисперсии NZDS волокна с оптимизированным профилем показателя преломления (сплошная кривая расчет, точки измеренные значения) и волокна TrueWave RS (пунктир).

Таблица № 3.3. Оптические параметры NZDS волокна с максимально плоской дисперсионной характеристикой.

Дисперсия на λ = 1530 нм   на λ =  1550 нм   на λ =  1565 нм	3.94 пс/нм⋅км 4.18 пс/нм⋅км 4.34 пс/нм⋅км
Наклон дисперсионной кривой на λ =  1550 нм	0.015 пс/нм2⋅км
Диаметр модового пятна	7.7 мкм
Длина волны отсечки	< 1100 нм
Дополнительные потери при намотке 1 витка на оправку ∅ 32 мм	< 0.5 дБ

§ 12. Области применений волокон различных типов

       Области применения одномодовых волокон приведены в таблице № 3.4. В первой строке таблицы рассматриваются стандартные одномодовые волокна (SM). Как уже говорилось, в настоящее время в России применяются в основном волокна только этого типа. Они охватывают все области применения (локальные вычислительные сети в меньшей степени, так как там сохранились многомодовые волокна).

На российском рынке представлены SM волокна большинства ведущих зарубежных компаний, таких как Corning и Lucent (OFS) (США), Sumitomo, Hitachi, Fujikura и Furukawa (Япония), Pirelli (Италия), Alcatel (Франция) и ряд других компаний см. спецификации в конце книги. Недавно на рынке появились также SM волокна с улучшенной очисткой от примесей воды (ОН). Им присущи все достоинства SM волокон и кроме того они обладают оптимальной дисперсией для DWDM систем работающих в пятом (S) окне прозрачности.

Таблица № 3.4. Области применения одномодовых волокон.

Типы волокон	Марки волокон и производящие компании	Области применений
Стандартные Одномодовые волокна (SM)	Стандартные волокна: SMF-28 и SMF-28 с Duraclad (Corning), VAD-MC (Lucent), а также SM волокна (Sumitomo, Hitachi, Fujikura, Furukawa, Pirelli, Alcatel).	Магистральные, зональные, городские и абонентские сети связи, кабельное телевидение
SM волокна улучшенной очистки от примесей воды (ОН): AllWave (Lucent), SMF-28e (Corning), SMR (Pirelli).	Городские и зональные сети, локальные сети, кабельное телевидение
Волокна со Смещенной ненулевой (положительной) дисперсией (+ D NZDS)	+ D NZDS волокна с большим диаметром модового пятна: LEAF (Corning), FreeLight (Pirelli), TeraLight (Alcatel)	Высокоскоростные наземные системы дальней связи с большой пропускной способностью
+ D NZDS волокна с малым наклоном коэффициента дисперсии: TrueWaveRS (Lucent), TeraLight (Alcatel)
Волокна со Смещенной ненулевой (отрицательной) дисперсией (-D NZDS)	- D NZDS волокна c оптимальной дисперсией в третьем окне (С): TrueWaveXL (Lucent) и SMF-LS (Corning).	Подводные системы дальней связи
- D NZDS волокна c оптимальной дисперсией при использовании DFB лазеров с прямой модуляцией: MetroCor (Corning), WideLight (Pirelli).	Недорогие сети средней дальности с большой пропускной способностью
Волокна для Компенсации дисперсии (DC)	Модули: DCM (Corning), DK (Lucent), P-DCFM (Sumitomo), 15DC и 15DSC (Fujikura)	Высокоскоростные наземные системы дальней связи

Во второй и третьей строках таблицы № 3.4. рассматриваются NZDS волокна. Они оптимальны для систем DWDM, работающих в третьем (С) окне прозрачности. В наземных линиях передачи используются волокна с положительной дисперсией (+ D NZDS). Они обладают тем преимуществом, что в них эффект нелинейного самовоздействия волн приводит к меньшему уширению импульсов, чем в волокнах с отрицательной дисперсией.

Основной недостаток современных моделей NZDS волокон - малый диаметр модового пятна (по сравнению с SM волокнами) и относительно большой наклон коэффициента дисперсии. Малый наклон коэффициента дисперсии необходим для того, чтобы обеспечить оптимальное значение коэффициента дисперсии ( ~ 4 пс/нм⋅км) не только в третьем (С) окне прозрачности, но в соседних окнах: 4-м (L) и 5-м (S).

Наибольшей площадью модового пятна (72 мкм2) обладают волокна марки LEAF (Corning) и FreeLight (Pirelli). Наименьшим наклоном коэффициента дисперсии (0.045 пс/нм2 км) - волокно TrueWaveRS (Lucent). У волокна TeraLight (Alcatel) пплощадь модового пятна и наклон коэффициента дисперсии больше, чем у TrueWaveRS, но меньше, чем у LEAF и FreeLight, и оно обладает оптимальным значением коэффициента дисперсии в пятом (S) окне прозрачности.

В подводных линиях передачи, где расстояние между ретрансляторами может достигать нескольких тысяч километров, используются NZDS волокна с отрицательной дисперсией (TrueWaveXL (Lucent) и SMF-LS (Corning)). При таких больших расстояниях между ретрансляторами в волокнах с положительной дисперсией начинает проявляться модуляционная нестабильность, приводящая к появлению пичков на импульсах. В волокнах с отрицательной дисперсией этот паразитный эффект отсутствует.

Недавно компания Corning нашла ещё одно перспективное применение для волокон с отрицательной дисперсией, позволяющее передавать сигналы, полученные при прямой модуляцией лазера, на расстояние более 300 км без использования модулей для компенсации дисперсии. Специально для кольцевых линий (Metropolitan NetWork), длина которых, как правило, не превышает 300 км, выпущены волокна с торговой маркой MetroCore (Corning) и WideLight (Pirelli). Применение волокон с отрицательной дисперсией позволяет не только обеспечить высокую скорость передачи данных в городских сетях и сетях средней дальности, но и существенно снизить стоимость комплекта “оборудование + кабель”.

       Последняя, четвертая строка таблицы № 3.4. относится к волокнам для компенсации дисперсии. DC волокна применяются при модернизации линий с SM, когда возникает необходимость в увеличении скорости передачи или при внедрении технологии уплотнения по длинам волн (DWDM). Эти волокна обладают большой отрицательной дисперсией и отрицательным наклоном дисперсионной характеристики, что позволяет компенсировать полную дисперсию линии в широком диапазоне длин волн. Модули с DC волокнами размешаются в стойках рядом с оптическим усилителем. Длина волокон в DCM модуле подобрана так, что позволяет компенсировать до нужного уровня полную дисперсию участка волокна, расположенного между усилителями.

       Выбор волокна для использования в той или иной сети определяется множеством факторов, и каждая производящая компания использует свои собственные критерии. Компания Alcatel, основываясь на собственном опыте работы с оптическими технологиями, выработала следующий ряд рекомендаций представленных в таблице № 3.5, а также в примечаниях и комментариях к этой таблице. 

Таблица № 3.5. Руководство по выбору типа волокна компании Alcatel.

≤ 40	TeraLight™	Metro	TeraLight™ Ultra
≤ 10	≤ 40
≤ 10	≤ 10	E-SMF или SMF	TeraLight™ Ultra (возможно TeraLight™ Metro)
≤ 2.5	≤ 10
≤ 2.5	≤ 2.5
Настоящее   Будущее	0-20 км	0-70 км	70-200 км	200-500 км	500-1200 км	>1200 км
Скорость передачи (Гбит/с)	Сеть доступа (Acces)	Сеть масштаба города (Metro)	Сеть дальней cвязи (Long haul)	Сеть сверхдальней связи (Ultra long haul)

Комментарии:

Стандартные одномодовые волокна (SMF или E-SMF), при условии компенсации дисперсии полной дисперсии в линии, можно применять и на расстояниях превышающих те, что указаны выше. Однако в этом случае увеличится общая сумма издержек и повысится сложность сети. Стандартное одномодовое волокно (G.652) сконструировано специально для работы во 2-ом окне прозрачности (диапазон О). Для работы в этом диапазоне подходит также и волокно TeraLight™ Metro. Волокно типа E-SMF (с уменьшенными потерями в области водяного пика (Water Peak Area)) обеспечивает оптимальные рабочие параметры во всех окнах прозрачности (включая диапазон Е) в системах с дальностью менее 70 км. Многомодовые волокна 50/125 мкм и 62.5/125 мкм предназначены для использования в локальных сетях. MM волокно с торговой маркой Glight™ обеспечивает на расстоянии до 300 м пропускную способность 10 Гбит/с. Волокна SMF, E-SMF и TeraLight™ обеспечивают оптимальные рабочие параметры диапазонах С, L и S, однако волокна SMF и E-SMF не рекомендуется использовать на участках протяженностью более 70 км. Волокно TeraLight™ Ultra идеально подходит для применения в системах дальней и сверхдальней связи, обеспечивая пропускную способность до 10.2 Тбит/с на расстоянии 300 км.

Примечания: