преимуществом RDF волокна является меньшая по сравнению с DCF
нелинейность.
Рассмотренные выше различные типы компенсирующих дисперсию волокон
позволяют достаточно хорошо компенсировать дисперсию и наклон дисперсионной
зависимости стандартного оптического волокна (SMF).
В настоящее время в большинстве модулей компенсации дисперсии
используется DC волокно, т.к. такие модули не потребляют мощность, имеют
малую стоимость и удобны в применении (обычно размещается на выходе
оптического усилителя).
4.1.2. Компенсаторы на основе брэгговских решеток с переменным
периодом.
Компенсаторы на основе брэгговских решеток с переменным периодом
привлекают в последнее время большое внимание исследователей своими
большими потенциальными возможностями. Волоконная брэгговская решетка FBG
(fiber Bragg grating) - оптический элемент, основанный на периодическом
изменении показателя преломления сердцевины или оболочки оптического
волокна. Принцип работы компенсаторов на основе брэгговских решеток с
переменным периодом поясняет рис. 4.3. Он основан на том, что компоненты с
различной длиной волны отражаются от различных участков решетки и, таким
образом, проходят различный путь. Решетки записываются (прочерчиваются) в
волокне с использованием фоточувствительности определенных типов оптических
волокон. Обычное кремниевое волокно при добавлении примеси германия
становится чрезвычайно фоточувствительным. Подвергая это волокно
воздействию ультрафиолетового света, можно вызвать изменения показателя
преломления в сердцевине волокна. В таком волокне решетка может быть
создана с помощью облучения волокна двумя интерферирующими
ультрафиолетовыми пучками. Это заставляет интенсивность излучения
изменяться периодически по длине волокна. Там, где интенсивность высокая,
показатель преломления увеличивается, а где она мала, показатель остается
без изменений [4].
Фазовый сдвиг в компенсаторах на волоконных решетках зависит от
модуляции интервалов между зонами с повышенным показателем преломления в
решетке. Если эти интервалы возрастают вдоль волоконной решетки, то
длинноволновая часть сигнала проникнет глубже в решетку, прежде чем
полностью отразится. Это приводит к задержке длинноволновых составляющих
относительно коротких. Если расстояние между коротковолновой и
длинноволновой частями решетки составляет 1 мм, то длинноволновые
составляющие будут задержаны приблизительно на 10 пс.
Рис. 4.3. Брэгговская решетка, предназначенная для компенсации
дисперсии.
Так как период решетки изменяется вдоль волокна, то и условия
отражения для различных спектральных компонент выполняются на разных
участках. Для компенсации положительной дисперсии стандартного одномодового
волокна используются решетки, а которых коротковолновые составляющие
световой волны отражаются в точке, расположенной дальше от начала
устройства, чем точка, в которой отражаются длинноволновые составляющие.
Тем самым коротковолновые составляющие задерживаются относительно
длинноволновых составляющих.
В идеале желательно получить решетку, которая вносит большую
дисперсию для широкого диапазона длин волн для применения в системах
передачи WDM и DWDM. Максимальная задержка, которая может быть получена с
помощью решетки, составляет 1 нс. Эта задержка соответствует произведению
дисперсии, вносимой решеткой и длины волны, на которой она возникает.
Следовательно, можно получить решетки, которые вносят большую дисперсию для
малых диапазонов волн, 1000 пс/нм в диапазоне 1 нм, или малую дисперсию в
больших диапазонах волн, например, 100 пс/нм в диапазоне 10 нм. Заметим,
что 100 км стандартного волокна вносят общую дисперсию 1700 пс/нм. Поэтому
на практике для того, чтобы использовать решетки с линейно изменяющемся
периодом для оптического волокна длиной несколько сотен километров, они
должны быть очень узкодиапазонными, т.е. необходимо использовать разные
решетки для различных длин волн.
Поэтому решетки с линейно изменяющейся постоянной идеально подходят
для компенсации отдельных длин волн. Напротив, компенсирующее волокно (DCF)
лучше подходит для компенсации широкого диапазона длин волн в системах WDM
и DWDM. Однако, по сравнению с решетками с линейно изменяющейся постоянной,
DCF вносят большие потери и дополнительные задержки из-за увеличивающихся
нелинейностей.
Фазовый сдвиг, вызываемый волоконной решеткой, можно настраивать
изменяя интервалы между зонами с повышенным показателем преломления,
изменяя показатель преломления самого волокна и воздействуя на оба эти
фактора одновременно. Действуя по отдельности, или одновременно, можно
изменять положение точки отражения для конкретной длины волны в ОВ. Такие
решетки с переменным периодом называются чирпированными.
Эти устройства могут быть компактными. Решетка длиной 5 см, в
принципе, может компенсировать дисперсию в системе длиной 300 км с внешней
модуляцией и скоростью передачи 10 Гбит/с.
Но FBG имеют и существенные недостатки:
- решетки изготавливаются фотоспособом из фоточувствительного ОВ, со
временем под действием световых сигналов происходит нарушение решетки
(размывание);
- у большинства компенсаторов на основе волоконных решеток имеется
недостаток, заключающийся в том, что сигнал с компенсированной
дисперсией отражается в обратном направлении, поэтому для отделения
входа от выхода нужно использовать оптический циркулятор;
- для нормального функционирования устройства на основе FBG необходима
стабилизация температурных условий, что увеличивает общую стоимость
компенсатора.
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 ( в среде с показателем преломления n,
или 2d = N(/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).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
