5. Элементная база систем спектрального уплотнения
5.1. Световоды
В силу значительной дисперсии многомодовые волокна не используются в современных сетях SDH и WDM.
Стандартные волокна со ступенчатым показателем преломления-SSF (рис.5) использовались до настоящего времени очень широко.
Их затухание на λ= 1,55 нм было понижено до 0.22-0.19 дБ/км, но они обладали существенным недостатком-на длине волны λ = 1,55 мкм их хроматическая дисперсия составляла 17÷20пс/нм×км.
При современном использовании их дисперсия может быть скомпенсирована вставками из волокна для компенсации дисперсии (ВКД). В таблице 8 даны параметры таких вставок. Применение вставок дает возможность использовать такой кабель в системах WDМ.
а)
б)
в)
Рис. 5. Профили показателя преломления одномодовых оптических волокон: а) с несмещённой дисперсией; б) со смещённой дисперсией (Corning); в) со смещённой дисперсией (Lucent Technologies).
Рис. 6. Нелинейный четырёхволновой эффект: 1-спектральные сигналы; 2-сигналы помехи: n1 = 21 - 2; n2 = 22 - 1.
Рис. 7. Хроматическая дисперсия одномодовых волокон в окне 1550 нм.
Дисперсия волокна SSF была нулевой на λ~1,3 мкм. Волокна со смещенной дисперсией DSF имеют нулевую дисперсию на λ = 1,55 мкм, что достигается изменением показателя преломления волокна (рис. 5 б, в), но при их использовании для систем спектрального уплотнения возникают нелинейные эффекты приводящие к появлению паразитных оптических каналов. Этот эффект наиболее сильно проявляется вне точки нулевой дисперсии. Для полезных сигналов с длиной волны λ1 и λ 2 возникают сигналы помех (рис. 6).
В силу сказанного были созданы волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF для которых сдвиг нуля дисперсии осуществлен к началу или к концу окна прозрачности 1530-1560 нм. Это достигается незначительным изменением W- образного или треугольного профиля показателя преломления (рис. 5 б, в). Соответствующие кривые дисперсии показаны на рис.7.
Дисперсия таких волокон в окне прозрачности составляет ~2-4 пс/нм×км. Сочетание волокон такого типа NZDSF+ и NZDSF- даёт возможность достичь минимальных хроматических дисперсий без появления сигналов помех. При этом участки между квантовыми усилителями поочерёдно реализуются на волокнах NZDSF+ и NZDSF-. Основные параметры всех видов одномодовых волокон приведены в таблице 9.
При использовании систем STM-64 и STM-256 со скоростями передачи 10-40 Гбит/с важным показателем становится поляризационная модовая дисперсия. Этот показатель, связанный с различием скоростей передачи двух взаимноперпендикулярных составляющих моды.
5.2. Квантовые оптические усилители
Квантовые усилители разрабатывались для длины волны 1,55 мкм, там где затухание оптического кабеля минимально. Их достоинства, помимо усиления- широкая полоса частот пропускания, низкий уровень шумов.
Использование квантовых усилителей в системах спектрального уплотнения оправдано тем, что они дают возможность усилить сигналы всех оптических несущих без необходимости регенерации сигнала каждой несущей в отдельности.
В таблице 10 приведены параметры оптических усилителей разных типов. Но в настоящее время основными применяемыми квантовыми усилителями в системах WDM являются квантовые усилители на волокнах легированных эрбием, причём, только в окне прозрачности 1530-1560 нм. Параметры оптических квантовых усилителей указанного типа разных компаний производителей даны в таблице 11. В таблице 12 представлены данные квантовых оптических усилителей компании OPTOCOM (Франция).
Таблица 8
Параметры модулей (волокна) для компенсации дисперсии
Компания |
Corning |
Lucent Technologies |
Fujikura Ltd. |
|||||||
Тип модуля |
DCM-20 |
DCM-40 |
DCM-60 |
DCM-80 |
DCM-95 |
DK-40 |
DK-60 |
DK-80 |
15DC-340 |
15DC-680 |
Компенсируемая длина линии4, км |
20 |
40 |
60 |
80 |
95 |
40 |
60 |
80 |
20 |
40 |
Дисперсия волокна модуля, пс/нм×км |
-329±5 |
-658±10 |
-988±10 |
-1317±15 |
-1564±15 |
-680±21 |
-1020±31 |
-1360±41 |
-340±10 |
-680±10 |
Наклон дисперсии (D), пс/нм2 |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
<-1.2 |
<-1.9 |
<-2.5 |
<0.336 |
<0.726 |
Вносимое затухание, дБ |
<3.2 |
<5.0 |
<6.8 |
<8.6 |
<10.0 |
<5.2 |
<7.0 |
<8.9 |
<3.1 |
<5.0 |
Эффективность волокна (FOM), пс/нм×дБ |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
>180 |
>180 |
Эффективность модуля (FOM)*, пс/нм×дБ |
102.8 |
131.6 |
145.3 |
153.2 |
156.4 |
130.82 |
145.72 |
152.82 |
>110 |
>140 |
Среднее значение PMD, пс |
<0.8 |
<1.1 |
<1.4 |
<1.5 |
<1.6 |
<0.6 |
<0.75 |
<0.9 |
<1.0 |
<1.4 |
Значение PDL, дБ (размах) |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
Нд |
Типы выпускаемых модулей |
B, C |
B, C |
B, C |
D, C |
D, C |
107993297 |
107993305 |
107993313 |
F5 |
F5 |
Таблица 8 (продолжение)
Компания |
Sumitomo Electric Industries |
Fujikura Ltd. |
||||||||
Тип модуля |
P-DCFM-20 |
P-DCFM-40 |
P-DCFM-60 |
P-DCFM-80 |
15DC-1020 |
15-DC1360 |
15DSC-340 |
15DSC-680 |
15DSC-1020 |
15DSC-1360 |
Компенсируемая длина линии4, км |
20 |
40 |
60 |
80 |
60 |
80 |
20 |
40 |
60 |
80 |
Дисперсия волокна модуля, пс/нм×км |
-340 |
-68011 |
-102016 |
-136021 |
-102020 |
-136020 |
-34010 |
-68010 |
-102020 |
-136020 |
Наклон дисперсии (D), пс/нм2 |
нд |
<1.2/0.8 |
<1.8/1.2 |
<2.4/1.6 |
<1.086 |
<1.446 |
<-0.6 |
<-1.2 |
<1.8 |
<-2.4 |
Вносимое затухание, дБ |
нд |
<4.4/3.7 |
<6.1/5.1 |
<7.8/6.7 |
<6.9 |
<8.8 |
<3.7 |
<5.9 |
<8.0 |
<10.1 |
Эффективность волокна (FOM), пс/нм×дБ |
нд |
нд |
нд |
нд |
>180 |
>180 |
>160 |
>160 |
>160 |
>160 |
Эффективность модуля (FOM)*, пс/нм×дБ |
нд |
>155 |
>167 |
>174 |
>150 |
>155 |
>92 |
>115 |
>128 |
>135 |
Среднее значение PMD, пс |
нд |
<1.0/0.6 |
<1.2/0.7 |
<1.4/0.8 |
<1.7 |
<2.0 |
<1.2 |
<1.7 |
<2.0 |
<2.3 |
Значение PDL, дБ (размах) |
<0.1 |
<0.1 |
<0.1 |
<0.1 |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
Типы выпускаемых модулей |
S3 |
S3 |
S3 |
S3 |
F5 |
F5 |
F5 |
F5 |
F5 |
F5 |
Примечания:
*-эффективность модуля определяется отношением дисперсии волокна модуля к вносимому затуханию;
1-по индивидуальному заказу могут поставляться модули с дисперсией волокна до –2040 пс/нм×км (DK-120);
2-параметры вычислены для номинальных значений вносимого затухания
3-размеры модуля S-228×202×41 мм;
4-в предположении что использовано волокно типа G.652;
5-размеры модуля F-230×250×40 мм
6-параметры реконструированы по кривой дисперсии.
Таблица 9
Параметры промышленных и рекомендуемых стандартом ММ волокон
Параметры |
Corning |
Fujikura |
ITU-T |
|||||||
Тип, марка или стандарт волокна |
50/125 |
62.5/125 |
InfiCore 300 |
InfiCore 600 |
InfiCore 1000 |
InfiCore 2000 |
G-50/125 |
G-62.5/125 |
G.651 |
|
Рабочие окна, нм |
850, 1300 |
850, 1300 |
850, 1300 |
850, 1300 |
850, 1300 |
850, 1300 |
850, 1300 |
850, 1300 |
850, 1300 |
|
Затухание, дБ/км |
850 нм |
2.4-2.5 |
2.8-3.0 |
<3.0 |
<2.5 |
<3.0 |
<2.5 |
<2.4 |
<3.0 |
<4.0 |
1300 нм |
0.5-0.7 |
0.6-0.8 |
<0.7 |
<0.8 |
<0.7 |
<0.8 |
<0.7 |
<0.7 |
<0.2 |
|
Прирост затухания при изгибе, дБ/км |
850 нм |
<0.5 |
<0.5 |
<0.5 |
<0.5 |
<0.5 |
<0.5 |
нд |
нд |
нд |
1300 нм |
<0.5 |
<0.5 |
<0.5 |
<0.5 |
<0.5 |
<0.5 |
нд |
нд |
нд |
|
Диапазон рабочих температур, оС |
-60…+85 |
-60…+85 |
-60…+85 |
-60…+85 |
-60…+85 |
-60…+85 |
нд |
нд |
нд |
|
Изменение затухания в диапазоне рабочих температур, дБ/км |
<0.20 |
<0.20 |
<0.20 |
<0.20 |
<0.20 |
<0.20 |
нд |
нд |
нд |
|
Полоса пропуска-ния, Мгц×км |
850 нм |
400-600 |
160-200 |
нд |
нд |
нд |
нд |
>400 |
>200 |
>200 |
1300 нм |
600-1000 |
200-600 |
нд |
нд |
нд |
нд |
>600 |
>600 |
>200 |
|
Длина волны нулевой дисперсии, нм |
1297-1316 |
1332-1354 |
1332-1354 |
1297-1316 |
1332-1354 |
1297-1316 |
нд |
нд |
нр |
|
|
0.101 |
0.097 |
0.097 |
0.101 |
0.097 |
0.101 |
нд |
нд |
нр |
|
Хроматическая дисперсия, пс/нмкм |
850 нм |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
<120 |
1300 нм |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
<6 |
|
Числовая апертура |
0.200±0.015 |
0.275±0.015 |
0.275±0.015 |
0.200±0.015 |
0.275±0.015 |
0.200±0.015 |
нд |
нд |
0.18-0.24 |
|
Групповой показатель преломления |
850 нм |
1.49 |
1.496 |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нр |
1300 нм |
1.486 |
1.487 |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
нр |
|
Профиль показателя преломления |
парабола |
парабола |
парабола |
парабола |
парабола |
парабола |
парабола |
парабола |
парабола |
|
Диаметр сердцевины, мкм |
50±3.0 |
62.5±3.0 |
62.5±3.0 |
50±3.0 |
62.5±3.0 |
50±3.0 |
50±2.5 |
62.5±2.5 |
50±3.0 |
|
Упругость сердцевины, % |
<5.0 |
<5.0 |
<5.0 |
<5.0 |
<5.0 |
<5.0 |
нд |
нд |
нд |
|
Диаметр оболочки, мкм |
125±2.0 |
125±2.0 |
125±2.0 |
125±2.0 |
125±2.0 |
125±2.0 |
125±2.0 |
125±2.0 |
125±3.0 |
|
Упругость оболочки, % |
<2.0 |
<2.0 |
<2.0 |
<2.0 |
<2.0 |
<2.0 |
нд |
нд |
нд |
|
Неконцентричность сердцевины и оболочки, мкм |
<3.0 |
<3.0 |
<3.0 |
<3.0 |
<3.0 |
<3.0 |
нд |
нд |
<6.0 |
|
Диаметр покрытия, мкм |
245±5 |
245±5 |
245±5 |
245±5 |
245±5 |
245±5 |
245±5 |
245±5 |
245±5 |
|
Неконцентричность оболочки и покрытия, мкм |
<12.0 |
<12.0 |
<12.0 |
<12.0 |
<12.0 |
<12.0 |
нд |
нд |
нд |
|
Сила снятия покрытия, Н |
2.24 |
2.24 |
2.24 |
2.24 |
2.24 |
2.24 |
нд |
нд |
нд |
|
Перемотка с натяжением, ГПа |
0.7 |
0.7 |
0.7 |
0.7 |
0.7 |
0.7 |
нд |
нд |
нд |
|
Параметр динамической усталости, пd |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
нд |
нд |
нд |
|
Стандартная длина волокна на катушке, км |
1.1-4.4 |
2.2-8.8 |
2.2-8.8 |
1.1-4.4 |
2.2-8.8 |
1.1-4.4 |
нд |
нд |
нд |
|
Таблица 10