Фриман Р.Л. Волоконно-оптические системы связи

Подождите немного. Документ загружается.

более подробного знакомства с принципом работы AWG см. работу [А-21],

гл. И, разд. 11.1.6.3). Его эффективность при надлежащем проектировании

может достигать 100%. Используя эту технологию, можно изготовить ряд

элементов системы WDM, например, маршрутизатор на волноводной

решетке.

На рис. 8.12 показано типичное прменение AWG, используемого в

качестве оптического мультиплексора ввода-вывода.

Рис. 8.12. Типичная архитектура передачи, использующая мультиплексор-де-

мультиплексор и конфигурацию ввода-вывода.

8.8. Прямая и обратная операции интерливинга

Устройство интерливинга разделяет каналы, которые подлежат

мультиплексированию, на группы: нечетные и четные для конфигурации

интерливинга 12. В этом простейшем случае устройство интерливинга

объединяет два набора каналов в один плотно упакованный набор, имеющий

шаг упаковки в два раза меньше исходного. В противоположность этому,

устройство деинтерливинга разделяет единый входной набор каналов и

направляет разделенные потоки в два выходных потока, имеющих

удвоенный шаг между каналами по сравнению с исходным. Устройства

интерливинга можно каскадировать, формируя двоичное дерево. Например,

устройство деинтерливинга с конфигурацией 14, берет набор каналов

DWDM с шагом 50 ГГц, разделяет и направляет их по 4 выходным волокнам

с шагом между каналами 200 ГГц. Устройства интерливинга позволяют

достичь такого шага между каналами, какого мы не смогли бы достичь

другими путями. Эта основная концепция иллюстрируется рис. 8.13.

Рис. 8.13. Иллюстрация основной концепции деинтерливинга. В нашем случае

устройство деинтерливинга разделяет входной спектр периодически

упакованных длин волн на два дополнительных множества, имеющих в два

раза больший шаг между каналами. Эта концепция может быть

использована повторно для создания еще большего шага между каналами и

увеличения модульности процесса проектирования. (С разрешения Bob

Shrine, компании Wavesplitters Technology, Fremont, CA).

Общий принцип, положенный в основу операций интерливинга, - ин-

терферометрическое перекрытие двух оптических лучей. Интерференция

создает периодически повторяющуюся выходную картину, так как различные

целократные длины волн проходят через устройство интерливинга.

Желаемый шаг между каналами устанавливается путем управления интер-

ференционной картиной. Существует несколько подходов для достижения

указанной интерференционной картины: используя сплавные волоконные

интерферометры, жидкие кристаллы, двулучепреломляющие кристаллы и др.

В работе [8.9] описана одна из простейших конструкций в плане исполь-

зуемых материалов и технологий, которой является сплавной волоконный

интерферометр Маха-Цендера. В этой конструкции интерференция создается

путем использования волокна с неодинаковой длиной пути между двумя 3-дБ

разветвителями. Путем тщательной настройки разницы в длине пути, можно

установить желаемую (и удовлетворяющую сетке частотного плана ITU-T)

величину шага между каналами (см. разд. 8.9). Благодаря тому, что

конструктивным материалом является волокно, этот подход к созданию

интерливинга приводит к очень низким потерям, равномерной характерис-

тике на протяжении широкого диапазона длин волн, низкой дисперсии и

минимальным эффектам, зависящим от поляризации.

Жидкие и двулучепреломляющие кристаллы используют различные

состояния поляризации (т.е. наличие обыкновенного и необыкновенного

лучей), создающие разницу эффективной длины путей для этих состояний

поляризации. Обыкновенный и необыкновенный лучи, проходящие через

такой кристалл, испытывают различную степень преломления и,

следовательно, приобретают различную разность хода. Когда определенная

входная длина волны приобретает между различными состояниями

поляризации разность хода кратную целому числу полных длин волн, то эта

длина волны (сигнал) передается через выходной поляризатор, тогда как

другая длина волны будет направлена на другой выход. Нужно понимать, что

входной сигнал не должен иметь какую то определенную поляризацию,

поэтому должны быть включены дополнительные элементы для достижения

желаемых характеристик при любом случайном состоянии поляризации. В

любом случае выходная картина этих типов устройств демонстрирует синус-

квадратную форму волны.

Часто можно отличить устройства интерливинга/деинтерливинга

различных пользователей по форме синус-квадратной интерферометрической

картины. Характеристика одного из таких устройств показана на рис. 8.14.

Рис. 8.14. Спектр, показывающий выход двух рукавов устройства

деинтерли-винга. Этот пример показывает некоторые ключевые

параметры оптической волны на выходе устройства деинтерливинга. Среди

этих параметров: низкие вносимые потери, плоская амплитудно-волновая

характеристика в рабочей полосе, низкий уровень перекрестных помех,

однородность коэффициентов передачи в каналах. (С разрешения Bob Shrine,

компания Wavesplitters Technology, Fremont, CA [8.9])

Устройства интерливинга/деинтерливинга — это полностью

волоконно-оптический продукт, который демонстрирует низкие вносимые

потери, типично 0,6 дБ для мультиплексора и 1,6 дБ для демультиплексора.

Амплитудно-волновая характеристика такого устройства приведена на рис.

8.14. Здесь вносимые потери 0,6 дБ достигаются даже тогда, когда полоса

пропускания на уровне 0,5 дБ покрывает > 50% канального пространства.

Кроме того, перекрестные помехи поддерживаются на уровне < 25 дБ,

допуская некоторый дрейф (сдвиг) сигнальных несущих длин волн.

Значения характерных параметров типовой пары устройств

интерливинга/деинтерливинга приведены в табл. 8.2.

Таблица 8.2

Значения параметров для высококачественных устройств

интерливинга/деинтерливинга

Параметры Мультиплексор Демультиплексор

Шаг между каналами 50 ГГц 50 ГГц

Вносимые потери < 0,6 дБ

(< 0,4 дБ - типовое)

< 1,6 дБ

(< 0,8 дБ - типовое)

Неравномерность АВХ < 0,2 дБ < 0,4 дБ

Ширина полосы на уровне

0,5 дБ

> ±11 ГГц

> ±10 ГГц

Ширина полосы на уровне

3,0 дБ

> ±20 ГГц

> ± 17,5 ГГц

Перекрестные помехи > 12 дБ (при ±10 ГГц) > 22 дБ (при ±10 ГГц)

Дисперсия < 10 пс/нм (при ±10 ГГц) < 10 пс/нм (при ±10 ГГц)

PDL < 0,1 дБ < 0,1 дБ

Источник. С разрешения Bob Shrine, компания Wavesplitteis

Technology, Fremont, CA [8.9].

8.9. Рекомендации ITU-T (МСЭ) по назначению длин волн,

используемых в системах WDM

В табл. 8.3 приведены номинальные центральные частоты и

эквивалентные им длины волн для шага сетки несущих 50 и 100 ГГц. Эта

таблица известна как сетка ITU-Т или частотный план ITU-Т. В

соответствующей публикации ITU-T G.692 Annex А (см. [8.6]), добавлено

следующее замечание: для преобразования частоты в длину волны и

наоборот, скорость света, с, принимается равной 2,9979245810

м/с.

Таблица 8.3

Номинальные центральные частоты для шага 50 ГГц

Номинальные центральные

частоты (ТГц)

Номинальные центральные

частоты (ТГц) для шага 100 ГГц и

выше

Номинальные центральные длины

волн (нм)

196,10

196,05

196,00

195,95

195,90

195,85

195,80

195,75

195,70

195,65

195,60

195,55

195,50

195,45

195,40

195,35

195,30

195,25

195,20

195,15

195,10

195,05

195,00

194,95

194,90

194,85

194,80

194,75

194,70

194,65

194,60

194,55

194,50

194,45

194,40

194,35

194,30

194,25

194,20

194,15

194,10

194,05

194,00

193,95

193,90

193,85

193,80

193,75

193,70

193,65

193,60

196,10

196,00

195,90

195,80

195,70

195,60

195,50

195,40

195,30

195,20

195,10

195,00

194,90

194,80

194,70

194,60

194,50

194,40

194,30

194,20

194,10

194,00

193,90

193,80

193,70

193,60

1538,77

1529,16

1529,55

1529,94

1530,33

1530,72

1531,12

1531,51

1531,90

1532,29

1532,68

1533,07

1533,47

1533,86

1534,25

153464

1535,04

1535,43

1535,82

1536,22

1536,61

1537,00

1537,40

1537,79

1538,19

1538,58

1538,98

1539,37

1539,77

1540,16

1540,56

1540,95

1541,35

1541,75

1542,14

1542,54

1542,94

1543,33

1543,73

1544,13

1544,53

1544,92

1545,32

1545,72

1546,12

1546,52

1546,92

1547,32

1547,72

1548,11

1548,51

Продолжение таблица 8.3

Номинальные центральные

частоты (ТГц)

Номинальные центральные

частоты (ТГц) для шага 100

ГГц и выше

Номинальные центральные

длины волн (нм)

193,55

193,50

193,05

193,00

192,95

192,90

192,85

192,80

192,75

192,70

192,65

192,60

192,55

192,50

192,45

192,40

192,35

192,30

192,25

192,20

192,15

192,10

193,50

193,00

192,90

192,80

192,70

192,60

192,50

192,40

192,30

192,20

192,10

1548,91

1549,32

1552,93

1553,33

1553,73

1554,13

1554,54

1554,94

1555,34

1555,75

1556,15

1556,55

1556,96

1557,36

1557,77

1558,17

1558,58

1558,98

1559,39

1559,79

1560,20

1560,61

Замечание. Конечные точки этой таблицы приведены только для

иллюстрации. При последующей эволюции многоканальных систем

предполагается включить частоты, расширяющие указанные пределы.

Источник. Таблица A.1/G.692, ITU-T Rec. G.692, [8.6].

8.9.1. Выбор минимального шага и стандартных несущих

частотного плана систем WDM

Опорной частотой сетки ITU-T является 193,10 ТГц. Эта частота не

выбиралась, исходя из какой-либо известной линии атомного стандарта

абсолютных частот AFR.

Минимальный шаг был первоначально выбран 100 ГГц, а затем он был

уменьшен до 50 ГГц. Этот минимум обеспечивает гибкость в выполнении

различных требований стандарта ITU-T G.692. Кратные минимальному шагу

значения совместимы с емкостью и шириной спектра усилителя EDFA.

Технологические ограничения, главным образом со стороны фильтров

и допусков на источники света, были приняты во внимание при выборе ми-

нимального шага между каналами. Этот подход позволил использовать эту

технологию наилучшим образом, не налагая ограничения, специфичные для

тех или иных приложений. Перспективные оценки технологии показывают,

что (в ближайшем будущем) может быть достигнута только часть того, на

что рассчитан стандарт ITU-T G.692.

Частота 193,10 ТГц (стандарта абсолютных частот AFR) обеспечивает

оптический сигнал необходимой точностью и стабильностью на том уровне,

который может быть обеспечен идеальным национальным/международным

стандартом частоты. Для этого могут быть предложены стандарты, основан-

ные на (атомных источниках) He-Ne, стабилизированных парами йода, или

He-Ne, стабилизированных метаном.

AFR могут использоваться для следующих приложений.

- калибровки тестового оборудования WDM;

- обеспечения эталона частоты при производстве и калибровке

устройств WDM;

- обеспечения эталона частоты для многоканальных систем;

- управления и/или обслуживания оптических источников частоты.

Замечание. Национальные/международные источники AFR пока не

имеют стандартизованных значений точности и стабильности. Эти значения

находятся в стадии изучения в соответствующих технических комитетах

ITU-T.

Источник: Раздел 8.9.1. был основан на приложении Appendix II, ITU-

T Rec. G.692 [8.6].

8.10. Типичные характеристики систем WDM

В табл. 8.4 приведены характеристики мультиплексоров компании

ADC, a табл. 8.5 - характеристики демультиплексоров компании ADC. В

табл. 8.6 приведены типовые характеристики мультиплексоров

/демультиплексоров компании ADC. А на рис. 8.15 показана АВХ для 16-

канальной конфигурации DWDM оборудования ADC.

Таблица 8.4

Спецификация мультиплексора DWDM компании ADC.

Число каналов

4 8 15 32

Шаг между каналами, ГГц 200 100 100 100

Ширина полосы

на уровне 1 дБ (минимум), нм

0,7

0,3

Ширина полосы

на уровне 3 дБ (минимум), нм

0,8

0,4

Максимальные вносимые

потери

, дБ

1,5

2,3

3,3

5,3

Вносимые потери не включают потери оптических разъемов.

Источник. С разрешения компании ADC, [8.8].

Таблица 8.5

Спецификация демультиплексора DWDM компании ADC.

Число каналов

4 8 15 32

Шаг между каналами, ГГц 200 100 100 100

Ширина полосы на уровне

1 дБ (минимум), нм

0,7

0,3

Ширина полосы на уровне

3 дБ (минимум), нм

0,8

0,4

Ширина полосы на уровне

20 дБ (максимум), нм

1,5

0,8

Максимальные вносимые

потери

, дБ

2,0

2,8

3,8

5,8

Минимальная изоляция

длин волн (несущих)

, дБ

Вносимые потери не включают потери оптических разъемов.

Под изоляцией понимается отношение оптической мощности

рассматриваемого канала к сумме оптических мощностей блокируемых

каналов, выраженная в дБ.

Источник. С разрешения компании ADC, [8.8].

Таблица 8.6

Общая спецификация мультиплексора/демультиплексора компании ADC.

Максимальная неравномерность внутри полосы

Точность центральной длины волны

Максимальные температурные изменения длины волны

Максимальная неоднородность

Максимальные возвратные потери

Максимальные потери, зависящие от поляризации

Рабочая температура

Тип волокна

± 0,1 дБ

± 0,5 нм

± 0,0012 нм/°С

1,0 дБ

-45 дБ

0,2 дБ

-5°С до 55°С

Corning SMF28

Источник. С разрешения компании ADC, [8.8].

Рис. 8.15. Характеристика 16-канального демультиплексора компании ADC

(с разрешения компании ADC, [8.8]).