Рис. 4. Схема солитонной линии связи с ВКР-усилителям

Экспериментальные линии связи

В 1983 г. Хасегава предложил схему солитонной линии связи, приведенную на рис. 4. Эта линия связи основана на топологии «точка—точка»; в ней реализована архитектура линейной последовательной цепи, состоящей из линейных сегментов световодов длиной L с ВКР-усилителями. Усиление организовано так: на концах каждого сегмента установлены направленные ответвители, через которые в линию связи (световод) в обоих направлениях вводится излучение накачки от непрерывного лазера, работающего на длине волны 1460 нм. В схеме может быть использовано одномодовое волокно — как обычное, так и со сдвигом дисперсии с эффективной площадью сердцевины 25 мкм², работающее на длине волны 1550 нм. Реализованные значения L составили 40—50 км, а общая длина линии — 600 км. Она ограничивается, в основном, случайным шумом когерентного усиления, вызывающего флуктуацию времени прихода импульса на детектор (эффект Гордона—Хауса).

Серьезным стимулом к созданию новых экспериментальных солитонных линий связи стало появление в 1989 г. ОУ с диодной накачкой на основе легированного эрбием волокна (EDFA), работающего на длине волны 980 или 1480 нм. Эти ОУ относятся к классу усилителей с сосредоточенным (а не распределенным, как в усилителях на ВКР) усилением. ОУ такого типа были использованы в экспериментальной системе связи (1994 г.), рассчитанной на скорость передачи данных 80 Гбит/с по одномодовому волокну, которое работает на длине волны 1550 нм.

Реализованные значения L составили 25 км, а общая длина линии — 500 км с уровнем ошибок по битам BER=10^-10 (рис. 5). Расстояние между усилителями выбиралось так, чтобы оно было больше периода солитона или сопоставимо с ним. Кроме того, использование волокна со сдвигом дисперсии позволило существенно уменьшить мощность источника, требуемую для формирования солитона. Указанная экспериментальная линия состояла из 20 линейных сегментов по 25 км каждый. Сегмент объединял усилитель EDFA и одномодовое волокно соответствующей длины. Линия функционировала следующим образом (рис. 5).

(more…)

Нелинейные эффекты

Оптический световод, как и любой диэлектрик, демонстрирует нелинейное поведение в сильном электромагнитном поле. Такие поля образуются даже при использовании относительно маломощных (милливаттных) источников излучения за счет высокой плотности мощности, реализуемой в силу малого поперечного сечения одномодового волокна (порядка 5•10^-11 м²). Ситуация усугубляется в системах с усилителями (в которых применяются мощные источники накачки), в солитонных системах связи, а также в системах с разделением по длинам волн (WDM, DWDM), где используются источники интенсивного лазерного излучения.

Наиболее явно проявляются следующие нелинейные эффекты:

• вынужденное неупругое рассеяние — оптическая волна передает часть своей энергии нелинейной среде в результате взаимодействия с молекулами среды;
• нелинейное преломление — показатель преломления зависит от интенсивности электрического поля Е;
• модуляционная неустойчивость — модуляция стационарного волнового состояния под воздействием нелинейных и дисперсионных эффектов;
• параметрические процессы — явления, вызванные взаимодействием оптических волн с электронами внешних оболочек (четырехволновое смешение, или ЧВС, генерация гармоник и параметрическое усиление).

Некоторые нелинейные эффекты можно использовать, например, для усиления оптических волн, для создания новой сущности — оптического солитона, для увеличения дальности неискаженного распространения светового импульса. Ниже мы кратко опишем только первые два явления, поскольку именно они существенны для понимания обсуждаемых нами вопросов.

(more…)