Компенсаторы хроматической дисперсии на основе планарных интерферометров и микро-оптических устройств

4.1.3. Компенсаторы хроматической дисперсии на основе планарных интерферометров и микро-оптических устройств.

Некоторые оптические интерферометры, в частности эталоны Фабри - Перо, Жире - Турнуа и Маха - Цендера, обладают дисперсионными характеристиками, которые могут быть использованы для компенсации дисперсии ВОЛС.

Фазовый фильтр (all - phase filter) идеально передает свет на всех длинах волн в своем рабочем диапазоне и может сдвигать фазы на определенных длинах волн. Два важных примера представлены эталонами и кольцевыми резонаторами [7].

В хорошо известном эталоне Фабри - Перо свет курсирует в резонаторе, ограниченном двумя полупрозрачными зеркалами. Резонанс наступает при условии, что в полный путь света между зеркалами туда обратно d укладывается целое число длин волн l в среде с показателем преломления n, или 2d = Nl/n. Такие резонансные длины волн задерживаются резонатором, что приводит к их фазовому сдвигу относительно других длин волн. Однако эталон Фабри - Перо не является правильным фазовым фильтром, так как свет может покинуть его из любого из двух зеркал.

Менее известный эталон конструкции Жире - Турнуа (Gires - Tournois) действует как фазовый фильтр, так как заднее зеркало является полностью отражающим, и весь свет выходит из частично прозрачного переднего зеркала (см. рис. 4.4). Как и в эталоне Фабри-Перо резонансы возникают, когда полный путь света кратен целому числу длин волн. Свет на резонансных длинах волн испытывает фазовую задержку, проводя больше времени в резонансной полости в сравнении с другими длинами волн.

Рис. 4.4. Перестраиваемые оптические фазовые фильтры можно построить двумя способами: два фазовращателя помещают в кольцевой резонатор (слева), либо электростатически-управляемая мембрана служит частично пропускающим зеркалом в эталоне Жире-Турнуа (справа)

Изменяя расстояние между зеркалами можно настроиться на условие резонанса и большую фазовую задержку. В одном из подходов подвижное переднее зеркало перемещается взад-вперед относительно полного отражателя. В качестве альтернативы используют температурную регулировку показателя преломления, что приводит к такому же эффекту фазового сдвига на резонансных длинах волн. Резонансные фазовые сдвиги не проявляются очень резко, а размазаны в некотором диапазоне длин волн (см. рис. 4.5). Конструкция эталона допускает возникновение нескольких резонансов на равноотстоящих длинах волн. Таким образом, сразу несколько рабочих каналов могут испытывать фазовую задержку, хотя данный метод не позволяет настраивать разные наклоны дисперсионной кривой.

Рис. 4.5. Фазовая задержка в эталоне Жире-Турнуа меняется периодически.

Другой тип фазового фильтра с перестраиваемой фазовой задержкой в кольцевом резонаторе показан на рис. 4.4. В состав кольца входит пара термооптических фазовращателей, с помощью которых регулируют фазовую задержку и, следовательно, хроматическую дисперсию. (Кольцо с одним фазовращателем обеспечивает постоянную фазовую задержку.) Эта методика не разработана столь хорошо как фазовый фильтр на основе эталона, но допускает исполнение на базе интегральной оптике и обещает налаживание дешевого производства.

4.1.4. Способы компенсации дисперсии, основанные на управлении передатчиком или приемником излучения.

В большинстве способов компенсации дисперсии, основанных на управлении передатчиком, осуществляется частотная модуляция световых импульсов — чирпирование. Влияние предварительной частотной модуляции на длительность светового импульса описывается выражением (3.3.19). Предварительное чирпирование передаваемого импульса в большинстве случаев создается внешней фазовой модуляцией. Для осуществления внешней фазовой модуляции могут использоваться любые фазовые модуляторы [7].

Простота реализации таких методов делает их привлекательными для применения в городских сетях связи, работающих при скорости передачи информации 2,5 и 10 Гб/с.

Устранить дисперсионное расширение сигналов на фотоприемнике удается при использовании гетеродинного приема. В когерентном приемнике поступающие сигналы смешиваются гетеродином с опорным излучением; тем самым любые колебания фаз и амплитуды оптического сигнала передаются на электронную часть приемника. Затем становится возможной компенсация линейной дисперсии сигнала в электронной части фотоприемника.

Глава 5. Расчет технических характеристик магистральной ВОЛС

В качестве приемопередающей аппаратуры предполагается использовать оборудование компании Huawei Technologies, а именно мультисервисную транспортную платформу OptiX 10G, необходимые технические характеристики которой приведены ниже.

 

5.1. Паспортные технические данные приемопередающего оборудования и ВОК, используемые при расчетах дисперсии и затухания

При расчете брались худшие технические характеристики в связи с обеспечением теоретического расчета без допущений [Приложение].

Протяженность ВОЛС Тюмень - Ялуторовск: L = 80,394 км;

Показатель преломления сердцевины: n = 1,467;

Рабочая длина волны: λ = 1,55 мкм;

Количество муфт (количество сростков): = 23;

Километрическое затухание в ОВ: = 0,24 дБ/км;

Количество разъемных соединений: = 4;

Потери на неразъемных соединениях (сростках): = 0,05 дБ;

Потери на разъемных соединениях: = 0,2 дБ;

Эксплуатационный запас для аппаратуры: = 3 дБ;

Эксплуатационный запас для кабеля: = 3 дБ;

Мощность источника оптического излучения: = + 13 дБм;

Чувствительность приемника: = - 25 дБм;

Диапазон длин волн с нулевой дисперсией: от l₀ = 1301,51321,5 нм;

Максимальная величина крутизны нулевой дисперсии: S₀ = 0,092 пс/(нм²·км);

Максимальная ширина спектра излучения источника: Δλ = 0,04 нм;

Коэффициент поляризационной модовой дисперсии: = 0,5 пс/км^1/2.

Скорость передачи при STM-4  = 622,08 Мбит/с;

Скорость передачи при STM-64  = 9953,28 Мбит/с;

Начальная длительность импульса для STM-4 = 401,88 пс;

Начальная длительность импульса для STM-16 = 25,13 пс;

 и  берутся из технических условий (контрактных спецификаций) для оборудования ВОЛС.

5.2. Расчет дисперсии ВОЛС

При передаче сигналов по ВОЛС используются методы ИКМ, в результате чего передаваемая информация представляется в виде двоичных кодов - битов 1 и 0, причем 1 соответствует высокому уровню мощности, а 0 - низкому. Модулированный сигнал передается по ОВ импульсами с длительностью  и скоростью передачи  бит/с. В процессе распространения вследствие дисперсии происходит «размывание» импульсов, т.е. увеличение их длительности.

Если длительность  полученных приемником импульсов превысит битовый интервал, то произойдет наложение соседних импульсов друг на друга, что вызовет межсимвольную интерференцию. Следовательно, приемник не сможет распознать отдельные импульсы, и в результате этого увеличится коэффициент битовых ошибок BER. Битовый интервал  связан со скоростью передачи сигналов  соотношением:

. (5.2.1)

Таким образом, для нормального функционирования ВОЛС необходимо:

-      обеспечить длительность полученного импульса , не превышающую исходный битовый интервал;

-      обеспечить полученную мощность равную чувствительности приемника  или ввести запас, превышающий .

Вот почему при проектировании ВОЛС с большей скоростью передачи важнейшими техническими характеристиками являются дисперсия и затухание ОВ.