Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

Татаркина О.А.

Широкополосность волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) ограничивается как дисперсионными, так и нелинейными искажениями сигналов. Был предложен метод обеспечения условий компенсации двух источников искажений - дисперсии и нелинейности при совместном их действии и формирования световых импульсов, называемых солитонами. Теоретические и экспериментальные работы последних лет убедительно продемонстрировали, что оптический солитон в волоконном световоде является практически идеальным носителем информации.

В качестве модели оптического солитона используется нелинейное уравнение Шредингера (НУШ). Общее решение этого уравнения показывает, что импульс в форме гиперболического секанса с длительностью Т0 и пиковой мощностью Р0 выбранными такими, что порядок солитона N=1, будет распространятся в идеальном световоде без искажения своей формы на произвольно большие расстояния. Основываясь на успешных экспериментальных подтверждениях существования солитонов, предпринимаются попытки применения их в телекоммуникационных системах. Принимая во внимание, методы формирования солитонов, условия их существования были установлены основные ограничения их использования и требования к основным узлам аппаратуры солитонных ВОСП.

Параметры входного сигнала должны отвечать следующим требованиям:

1. Форма солитонного импульса определяется выражением:

А.                       (1)

2. Для передачи информации используются солитонные импульсы RZ формата. С целью обеспечения разделения импульсов начальная длительность Т0 и время передачи одного бита ТВ =1/В (В - битовая скорость) должны соответствовать условию f.

3. Солитон может быть сформирован в случае, если пиковая мощность начального импульса превышает пороговую величину.

Значение пиковой мощности фундаментального солитона определяется по формуле (2):

f,                  (2)

где β2 - величина дисперсии групповых скоростей (β2<0 для солитонов);

f - длительность импульса на полувысоте по интенсивности, используемая на практике.

Энергия импульса равна

f.                   (3)

В предположении, что появление нулевых и единичных битов равновероятно средняя мощность RZ сигнала определяется как

f       (4)

Для 10-Гбит/с солитонной системы при относительном расстоянии между солитонами q0 = 5 длительность импульсов равна T0=10 пс. Если используется световод со смещенной дисперсией β2≈ -1 пс 2/км и параметром нелинейности f, то пиковая мощность импульса 5 мВт, энергия импульса 0,1 пДж и средняя мощность потока двоичных символов 0,5 мВт.

Потери пиковой мощности солитона могут быть скомпенсированы за счет оптических усилителей (ОУ). В настоящее время применяются два основных метода усиления оптических солитонов: быстрое неадибатическое усиление в линии с сосредоточенными усилителями и адиабатическое усиление в распределенной активной среде. Оптическое усиление сопровождается шумом спонтанного излучения (ASE), который уменьшает отношение сигнал-шум и увеличивает случайные вариации задержки (timing jitter - эффект Гордана-Хауса) в оптическом приемнике. Вариации времени прибытия оптических битов информации в приемник могут привести к увеличению BER, поэтому необходимо предусматривать методы компенсации джиттера Гордана-Хауса.

При применении не фундаментальных солитонов, а солитонов с управляемой дисперсией (DM-солитонов) низкая средняя хроматическая дисперсия позволяет подавить эффект Гордана-Хауса, а высокая локальная дисперсия линии уменьшает взаимодействие между соседними частотными каналами, обусловленное четырехволновым смешением [1].

В системах, использующих скорости передачи выше 40 Гбит/с необходимо учитывать эффекты более высокого порядка, которые приводят к увеличению суммарного timing jitter [2]. Получены аналитические выражения для расчета timing jitter в случае распределенного и сосредоточенного усиления. Сравнение результатов показывает уменьшение timing jitter до 50% в случае распределенного усиления.

Используя, приблизительные аналитические решения вариационных уравнений получены аналитические выражения для параметров входного импульса, которые гарантируют периодическое распространение импульса в дисперсионной карте с двумя волоконными секциями. Выражения показывают, что при проектировании DM солитонных систем, существует минимальная длительность входного импульса f, его значение ограничивает скорость передачи, поэтому на высоких скоростях передачи необходимо использовать плотное дисперсионное управление; оптимальное функционирование соответствует случаю, при котором длина волоконной секции приблизительно равна локальной дисперсионной длине. Таким образом, степень улучшения параметров системы зависит не только от выбранной схемы усиления, но и от пространственного распределения дисперсии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Татаркина О.А. Перспективы использования солитонов с управляемой дисперсией. - Вестник УГТУ-УПИ.-2004, №20 (50).
  2. Татаркина О.А. Исследование случайных вариаций задержки солитонов при распространении в ВОЛС. - Материалы РНТК "Информатика и проблемы телекоммуникаций", Новосибирск.-2005.
  3. G. P. Agrawal, Applications of Nonlinear Fiber Optics (Academic, San Diego, 2001).

Работа представлена на электронную заочную конференцию «Новые технологии, инновации, изобретения», 15 по 20 июля 2005 г. Поступила в редакцию 15.10.2005г.