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:
. (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 
.
3. Солитон может быть сформирован в случае, если пиковая мощность начального импульса превышает пороговую величину.
Значение пиковой мощности фундаментального солитона определяется по формуле (2):
, (2)
где β2 - величина дисперсии групповых скоростей (β2<0 для солитонов);
- длительность импульса на полувысоте по интенсивности, используемая на практике.
Энергия импульса равна
. (3)
В предположении, что появление нулевых и единичных битов равновероятно средняя мощность RZ сигнала определяется как
(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 
, 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 
, 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
- Татаркина О.А. Перспективы использования солитонов с управляемой дисперсией. - Вестник УГТУ-УПИ.-2004, №20 (50).
- Татаркина О.А. Исследование случайных вариаций задержки солитонов при распространении в ВОЛС. - Материалы РНТК "Информатика и проблемы телекоммуникаций", Новосибирск.-2005.
- 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.