Руководство по технологии и тестированию систем WDM - Жирар А.
Скачать (прямая ссылка):
3.3.3 Поляризационная модовая дисперсия второго порядка
До недавнего времени PMD второго порядка, учитывающая зависимость поляризационной модовой дисперсии от длины волны, оказывала пренебрежимо малое воздействие на характеристики сети. Но после того как скорость передачи превысила 1 0 Гбит/с, это явление встало в ряд факторов, ухудшающих характеристики систем передачи. В одномодовых волокнах большой длины явление PMD второго порядка всегда сопровождается с явлением PMD первого порядка. (Между ними имеется простое математиче-
GD-
ГЛАВА 3
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ WDM
ское соотношение для случая широко распространенных волокон с сильной связью мод). Тем не менее, PMD второго порядка приводит к снижению эффективности системы только при наличии хроматической дисперсии линии связи или при возникновении чирпирования частоты передатчика. PMD второго порядка может иметь тот же порядок величины, что и хроматическая дисперсия, и прямо пропорциональна длине линии в отличие от PMD первого порядка. Поэтому PMD второго порядка в первую очередь учитывают для линий дальней связи. Однако в отличие от хроматической дисперсии PMD второго порядка проявляет стохастический характер.
Статистика распределения вероятности DGD влияет на PMD второго порядка тем сильнее, чем меньше требуемый коэффициент ошибок. PMD второго порядка в какой-то степени зависит от скорости изменения величины DGD с изменением длины волны. Однако гораздо сильнее величина PMD второго порядка зависит от изменения направления основных состояний поляризации на выходе волокна при изменении частоты оптического сигнала.
»А1
X /
Рис. 3.26 Поляризационная модовая дисперсия PMD второго порядка определяется вариациями ориентации вектора поляризационной дисперсии и его величины (т. е., DGD) как функции длины волны излучения
3.3.4 Нелинейности
Нелинейные эффекты в волоконной оптике подобны нелинейным эффектам в других физических системах (механических или электронных). Они порождают генерацию паразитных гармоник на частотах равных сумме или разности основных частот системы. Эти дополнительные сигналы приводят к непредсказуемым явлениям потерь в оптических сетях связи.
Нелинейность волокна не является дефектом производства или конструкции волокна. Это неотъемлемое свойство материальной среды при распространении в ней любой электромагнитной энергии. Как разработчикам, так и операторам волоконно-оптических сетей связи следует учитывать нелинейные эффекты из-за высокой когерентности используемого лазерного излучения. При заданном уровне передаваемой мощности напряженность электрического поля возрастет с увеличением степени когерентности излучаемых волн. Таким образом, в системах WDM c высокой степенью когерентности оптические сигналы даже умеренной мощности могут приводить к нелинейным явлениям.
Нелинейность волокна становится ощутимой, когда интенсивность лазерного излучения (мощность на единицу поперечного сечения) достигает порогового значения. Кро-
ГЛАВА 3
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ WDM
ме того, влияние нелинейностей обнаруживается после прохождения сигналом некоторого пути по волокну в зависимости от параметров, конструкции волокна и условий его работы.
Мощность на входе
Рис. 3.27 Нелинейность проявляется при высоком уровне мощности
Действительно, напряженность электрического поля E распространяющегося оптического сигнала пропорциональна его мощности P, умноженной на квадратичную по полю нелинейную добавку n2 показателя преломления волокна и деленной на эффективную площадь сердцевины волокна Aeff, и может быть представлена как:
E (z + dz) = E (z) exp[(- ос/ 2 + i? + yP( z, t )/2)dz ],
где а - затухание в волокне, ? - фаза распространяющейся волны, а Y - коэффициент
нелинейности, равный (2%lX)(n2jAeff). Если предположить, что оптическое излучение
распространяется в волокне в виде гауссова пучка, то эффективную площадь можно выразить через диаметр модового поля волокна MFD (Mode Field diameter):
Aeff =
к- MFD2
Для волокон со смещенной дисперсией (Рек. ITU-T G.653) и с ненулевой смещенной дисперсией (Рек. ITU-T G.655) эффективная площадь Aeff приблизительно равна 50-60
мкм , в то время как для волокна со смещенной дисперсией (Рек. ITU-T G.652) она составляет около 80 мкм2. Иногда используют понятие эффективной длины волокна L
(Y ~ly'Leff ), дающей тот же эффект, что и величина Aeff. Для типичного одномодо-
вого волокна Leff составляет 20 км.
В зависимости от характера поведения нелинейного коэффициента Y все нелинейные явления можно разделить на две категории. Это явления рассеяния (когда действительная часть коэффициента Y дает усиление или затухание) и явления преломления (когда мнимая часть коэффициента Y приводит к фазовой модуляции).
В явлениях рассеяния сигнал лазера рассеивается на звуковых волнах (акустических фононах) или на молекулярных колебаниях волокна (оптических фононах) и смещается в область более длинных волн. Имеют место два следующих эффекта рассеяния:
GD-
ГЛАВА 3
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМ WDM
• вынужденное обратное рассеяние Бриллюэна-Мандельштама (на акустических фононах);
