Слепов Н.Н. Современные технологии Цифровых оптоволоконных сетей связи (ATM, PDH, SDH, SONET и WDM)

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 10

Функциональные элементы сетей

315

Если, например, одновременно усиливаются сигналы с длинами волн 1310 нм и 1550 нм,

то ЧВС приводит к появлению составляющих 1134 нм и 1917 нм, которые могут оказать влияние

только тогда, когда они лежат в полосе пропускания усилителя, что в данном случае маловероят-

но. Если же усиливаются четыре сигнала и больше в полосе 1450-1600 нм с разделением по дли-

нам волн порядка 50 нм и меньше, то уже, например, ЧВС сигналов 1500 нм и 1550 нм дают со-

ставляющую 1449 нм, лежащую в полосе пропускания усилителя.

10.1.2.4. Применение ППОУ

ППОУ могут быть использованы по крайней мере в трех различных классах синхронных оптиче-

ских систем: усилителях, компенсаторах дисперсии и оптических коммутаторах.

Как усилители (т.е. по основному назначению) ППОУ могут быть использованы в каче-

стве предусилителей перед детектированием оптического сигнала, а также в качестве усилителей

мощности в линейных системах для компенсации распределенных потерь в линии, позволяющих

увеличить длину регенерационного участка. ППОУ могут быть интегрированы вместе с полупро-

водниковым лазером для создания эффективного источника в когерентных оптических системах.

ППОУ могут быть использованы как компенсаторы дисперсии в ОВ, учитывая то, что

они даже в одноканальном варианте вызывают увеличение крутизны фронта и уменьшение кру-

тизны среза импульсов (эффект, характерный для ЛЧМ, см. выше), а в многоканальном варианте к

нему прибавляется эффект ФКМ. Если использовать ЧВС в ППОУ для частотной конверсии

спектра, приводящей к инвертированию порядка следования частотных составляющих импульса,

т.е. фактически к изменению знака дисперсии, то можно компенсировать дисперсию на после-

дующем участке с ОВ [192].

ППОУ, наконец, могут быть использованы в качестве оптических коммутаторов для

пространственной коммутации или разделения по длинам волн.

Дополнительную информацию по ППОУ можно почерпнуть в работах [190, 193]. Ориен-

тировочные значения их параметров приведены ниже в табл. 10-1.

10.1.3. Оптические усилители, использующие нелинейные явления в ОВ

В оптических системах, использующих ВОК, для усиления сигналов можно использовать нели-

нейные явления в оптическом волокне, такие, как рассмотренные выше ВКР или эффект Рамана,

ВРМБ и параметрическое усиление [168].

10.1.3.1. Волоконные ВКР-усилители

Явление ВКР можно использовать для усиления оптического сигнала, если он распространяется

вместе с интенсивной волной накачки и его длина волны лежит в полосе комбинационного усиле-

ния. Эти усилители также называют комбинационными или романовскими усилителями. Для

случая, когда интенсивность сигнала I

меньше интенсивности накачки I

нак

, усиление определяется

следующим выражением:

где Р

нак

эфф

- мощность накачки; L

эфф

и S

эфф

- эффективные длина и площадь поперечного се-

чения ОВ, ag

- эквивалентная крутизна усиления ОУ (порядка 1·10

-13

м/Вт [168]).

Типичными параметрами являются мощность накачки 1 Вт, коэффициент усиления порядка

30 дБм (1000 раз). Мощность насыщения Р

ВКР-усилителей значительно больше, чем ППОУ (1 вТ

против 1 мВт), причем накачка может быть как попутная, так и встречная. В качестве накачки ис-

пользуются лазеры с длиной волны 1060 нм (для усиления сигналов 1300 нм) и 1320 нм (для усиле-

ния сигналов с длиной волны 1550 нм). Этот тип усилителей достаточно широкополосен (5-10 ТГц)

Глава 10

Функциональные элементы сетей

316

и годится для усиления сигналов в схемах с WDM и усиления коротких импульсов (пикосекундного

диапазона). Ориентировочные значения параметров ВКР-усилителей приведены ниже в табл. 10-1.

10.1.3.2. Волоконные ВРМБ-усилители

Явление ВРМБ также может быть использовано для усиления оптического сигнала. Однако ширина

полосы такого усиления значительно меньше, чем у ВКР-усилителей (десятки мегагерц против тера-

герц). Кроме того, частота накачки должна отличаться от частоты усиливаемого сигнала на малую

величину (<100 МГц), что делает их непригодными для усиления сигналов в схемах с WDM.

Формула для коэффициента усиления такого ОУ аналогична (10-4), с той только разницей,

что Р

нак

и мощность насыщения усилителя Р

составляют около 1 мВт. Ориентировочные значе-

ния параметров ВРМБ-усилителей приведены в табл. 10-1.

10.1.3.3. Параметрические усилители

Параметрическое усиление основано на использовании явления, называемого частично вырож-

денным четырехволновым смешением ЧВЧВС (см. выше). Стоксовая и антистоксовая компо-

ненты при этом называются сигнальной и холостой волнами. При точном синхронизме и gL>>1,

где g -коэффициент параметрического усиления, в области, далекой от насыщения, а также в слу-

чае вырождения по накачке, когда существует только одна частота накачки, формула для коэффи-

циента усиления параметрического усилителя, полученного за один проход, имеет вид [168]:

где γ- среднее значение коэффициента нелинейности, L

св

- длина световода.

Грубая оценка ширины полосы усиления дает величину порядка 100 ГГц. Эта величина

является промежуточной между аналогичными величинами ВКР-усилителей и ВРМБ-усилителей.

Параметрический усилитель имеет ряд специфических недостатков: требует точного соблюдения

фазового синхронизма, жесткого контроля длины световода, учета положения и уровня усиления

холостой волны, учета истощения накачки и уширения ее спектра, приводящих к уменьшению па-

раметрического усиления и др.

Эксперименты с такими усилителями показывают возможность достижения больших коэффи-

циентов усиления 38-46 дБм [168], однако требуют большой мощности накачки (30-70 Вт) и спец-

средств для поддержания синхронизма (световода с двойным лучепреломлением, управляемого давле-

нием). Это не позволяет (по крайней мере сегодня) использовать такие усилители в синхронных систе-

мах связи. Ориентировочные значения параметров ВРМБ-усилителей приведены ниже в табл. 10-1.

10.1.4. Оптические усилители на ОВ, легированном РЗЭ

Оптические усилители, использующие в качестве активного материала редкоземельные элементы

РЗЭ (или лантаниды - элементы с 57 по 71 в Периодической таблице Д.И.Менделеева), были известны

достаточно давно [194]. Однако активное исследование этого типа усилителей началось только с конца

80-х годов и активизировалось с появлением высококачественного ОВ и систем WDM.

10.1.4.1. Особенности работы ОУ

Объяснение принципа действия таких усилителей базируется на следующем. В процессе изготов-

ления основной материал (в нашем случае стекло ОВ) легируется (т.е. к нему добавляются) ред-

коземельными металлами, ионы которых создают активную среду для усиления в определенных

Глава 10

Функциональные элементы сетей

317

полосах длин волн, соответствующим полосам поглощения легирующего материала. Ионы в этих

полосах длин волн могут быть легко возбуждены (переведены на более высокий энергетический

уровень) излучением лазерной накачки соответствующих длин волн и далее относительно легко

могут (под действием принятого информационного светового сигнала) сбросить возбужденные

электроны на нижний уровень в процессе релаксации.

Этот процесс может не укладываться в двухуровневую модель взаимодействия, принятую

ранее в качестве основной, так как он может проходить как без излучения, так и с излучением фо-

тонов. В первом случае создаются фононы (энергия перехода вызывает акустические колебания

окружающего материала среды). Bo-втором, происходит возбуждение фотонов. Причем переход

с возбужденного уровня ионов на уровень релаксации происходит через промежуточный мета-

стабильный уровень, обусловленный верхним уровнем лазерной накачки. То есть, модель взаимо-

действия становится трехуровневой. В любом случае для нормального взаимодействия энергия

падающего фотона в потоке сигнала должна быть равна разности энергий возбужденного уровня и

уровня релаксации.

Для легирования с целью последующего усиления до недавнего времени использовали,

как правило, только три РЗЭ [191]:

- неодим (Nd) и празеодим (Рr) - для усиления сигналов в окне 1300 нм,

- эрбий (Еr) - для усиления сигналов в окне 1550 нм.

В последнее время к ним добавился иттербий (Yb), используемый совместно с Еr для рас-

ширения спектра поглощения в области 700-1100 нм, что позволяет использовать новые более мощ-

ные источники накачки [201]. Спектры поглощения этих металлов позволяют определить длины

волн возможных источников накачки. Ими могут быть известные типы лазеров, генерирующих дли-

ны волн 797 и 1053 нм (например, DPSS-лазер на структуре Nd:YLF (неодим: флюорид иттрий-

лития), позволяющий увеличить эффективность преобразования накачки до 85%.

10.1.4.2. Усилители для окна 1300 нм

Из указанных первых двух РЗЭ оптический усилитель на ОВ, легированном неодимом ОУЛН

(NDFA), работает на длине волны порядка 1340 нм и едва ли может быть использован для получе-

ния существенного усиления на рабочей длине волны синхронных систем связи 1310 нм.

Более удачным, в этом плане, можно считать оптический усилитель на ОВ, легирован-

ном празеодимом ОУЛП (PDFA). Основными особенностями усилителей этого диапазона являет-

ся то, что материалом для легирования обычно является флюоритовое, а не кварцевое стекло, а

также низкая эффективность накачки (не выше 4 дБм/мВт). Согласно [191], опытные результаты

дают усиление порядка 34 дБм при мощности насыщения порядка 200 мВт.

10.1.4.3. Усилители для окна 1550 нм

Таким усилителем является оптический усилитель на ОВ, легированном эрбием ОУЛЭ (EDFA).

Этот тип усилителя использует кварцевое стекло в качестве материала для легирования эрбием.

Ионы эрбия имеют пики поглощения в окрестности длин волн 532, 660, 808, 980 и 1480 нм [201].

Из этого следует, что источником накачки могут служить известные типы лазеров с длинами волн

797/800, 980 и 1480 нм. Из них, согласно [191], лазеры на 800 и 980 нм соответствуют трехуровне-

вой модели взаимодействия, а на 1480 нм - двухуровневой модели, причем эффективность исполь-

зования лазера на 800 нм оказывается значительно ниже, чем на 980 нм.

Лазеры на 980 нм используются достаточно широко, учитывая их возможность благодаря

трехуровневой модели взаимодействия реализовать очень низкий уровень шумов (порядка 3-5 дБ).

Однако лазеры на 1480 нм, хотя и являются менее эффективными (70% по сравнению с эффектив-

ностью лазеров на 980 нм), считаются более предпочтительными (как более надежные), позво-

ляющими вместе с тем реализовать достаточно низкий уровень шума (порядка 5 дБ).

Глава 10

Функциональные элементы сетей

318

При использовании иттербия в качестве дополнительного легирующего элемента для

ОУЛЭ можно воспользоваться лазерными диодами накачки, работающими на длине волны 1053

нм (так называемые DPSS-лазеры). Их использование позволяет получить более мощный источ-

ник накачки, что повышает усиление или увеличивает срок службы при меньших фактически ис-

пользуемых мощностях.

Усилители, согласно [191], легко по-

зволяют реализовать коэффициент усиления

порядка 30-40 дБм, однако в [201] даются

более приземленные цифры для однокаскад-

ного ОУ - 18-24 дБм. Фактически же АВХ

EDFA с неравномерностью ±10 дБ практи-

чески перекрывает полосу 1520-1570 нм,

имеет максимум усиления (40 дБм при Р

вх

= -

30 дБм) на длине волны 1532 нм и плато

(усиление 30 дБм) в интервале 1540-1550 нм

[202, 235], см. рис. 10-6. При этом могут

быть обеспечены мощности насыщения по-

рядка 500 мВт.

Сам факт такой большой широко-

полосное™ (порядка 50 нм) потенциально

позволяет применять их в системах с

HDWDM, однако для этого усиление долж-

но быть выровнено, по крайней мере в стан-

дартном диапазоне систем WDM 1530-1565

нм Для получения такой плоской характери-

стики используются различные выравни-

вающие фильтры, снижающие общее усиле-

ние до 16-18 дБм при использовании одного

лазера накачки и до 19-22 дБм при двух ла-

зерах накачки [202] в зависимости от тре-

буемой неравномерности (которая может

достигать 0,1-2 дБ) и перекрываемого диапа-

зона длин волн.

Другими важными особенностями

EDFA являются: низкая чувствительность к

изменению поляризации сигнала, а также

практически полное отсутствие переход-

ных помех на выходе усилителя, вызванных

откликами системы на последовательность

импульсов входного сигнала. Ориентиро-

вочные значения параметров ОУ EDFA так-

же приведены в табл. 10-1.

Рис. 10-6. Амплитудно-волновая

характеристика EDFA:

а) зависимость выходной мощности от

уровня входного сигнала;

б) АВХ УСИ при отсутствии входного сиг-

нала;

в) АВХ при одной несущей с уровнем -

6 дБм;

г) АВХ при многоканальном входном сиг-

нале.

Глава 10

Функциональные элементы сетей

319

10.1.5. Практическая реализация оптических усилителей

В результате проведенного обзора и основываясь на литературных данных, можно сказать, что

только два типа усилителей нашли в настоящее время широкое применение в оптических сетях

связи, это ППОУ и EDFA (ОУЛЭ).

Указанные ОУ по функциональному назначению можно разбить на четыре группы [235]:

• мощные усилители - МУ (бустеры), устанавливаемые непосредственно за передатчиком; их

особенность в том, что они работают с большим сигналом на входе, обеспечивают максималь-

но допустимое усиление и высокий уровень сигнала на выходе (-10 дБм и выше) и не критич-

ны к уровню шумов;

• линейные усилители - ЛУ, устанавливаемые на линии в качестве повторителей: их особенность

в том, что они работают с сигналом среднего уровня на входе, обеспечивают необходимый

уровень сигнала на выходе и критичны к уровню шумов, который ограничивает общую длину

регенерационного участка системы;

• предусилители - ПУ, устанавливаемые непосредственно перед приемником; их особенность в

том, что они работают с сигналами очень низкого уровня (от -45 до -30 дБм) и потому очень

критичны к уровню шума усилителя;

• компенсаторы потерь - КП, устанавливаются внутри или на выходе таких устройств, которые

вносят потери, подлежащие компенсации (например, в оптических коммутаторах и маршрути-

заторах); их особенность в том, что они должны быть небольшого размера (для чего больше

подходят ППОУ), от них не требуется очень большого коэффициента усиления и низкого

уровня шумов.

Указанные типы ОУ, их обозначения и положение в схеме оптической системы связи по-

казаны на рис. 10-7.

Глава 10

Функциональные элементы сетей

320

В свою очередь, ЛУ делятся на ЛУ первого поколения, ЛУ-I, и ЛУ второго поколения, ЛУ-II.

ЛУ-I может быть однокаскадным или двухкаскадным, но он не имеет дополнительного входа между

каскадами. ЛУ-II - двухкаскадный и имеет такой вход, что дает возможность для его более гибко-

го функционального использования: позволяет осуществлять внутреннюю коммутацию и различ-

ные функциональные преобразования (например, компенсацию УСИ, установку модуля компенса-

ции дисперсии, ввод/вывод одного из усиливаемых каналов в системах WDM и др.). Это дает воз-

можность уменьшить количество или номенклатуру используемого оборудования, а значит, и уп-

ростить возможное решение.

10.1.5.1. Реализация усилителей EDFA

Для начала рассмотрим более подробно простую реализацию EDFA. Ее можно представить в виде

следующей схемы, представленной на рис. 10-8:

Схема состоит из двухканального волнового мультиплексора WDM (оптического развет-

вителя), к одному каналу которого подключено через оптический фильтр-изолятор ОФИ-1 во-

локно - источник информационного сигнала 1550 нм, к другому - лазерный диод накачки ЛД, ге-

нерирующий сонаправленную волну накачки 980 или 1480 нм. С выхода мультиплексора сигнал

подается в кольцо специального ОВ, легированного эрбием. Длина волокна в кольце 15-20 м.

Усиленный в кольце сигнал 1550 нм является выходным сигналом усилителя, который снова по-

дается в волокно через оптический изолятор ОФИ-2. Дополнительные оптические фильтры-

изоляторы на обоих концах легированного ОВ ставятся для предотвращения распространения

света в обратном направлении, которое может привести к осцилляции излучения лазера.

Практические ОУ имеют некоторые особенности, которые не видны из этой схемы [202,235]:

- легированное ОВ имеет меньший диаметр сердечника (порядка 2 мкм), чем стандартное ОМ

ОВ, для увеличения плотности пучка благодаря сужению на переходе из стандартного в леги-

рованное ОВ, что позволяет увеличить эффективность процессов возбуждения и усиления;

- допускается большое затухание легированного ОВ (порядка 10 дБ/км), вызванное значитель-

ной концентрацией примеси;

- используется как сонаправленное, так и противонаправленное включение пучка накачки, по-

следнее позволяет примерно на 2 дБ увеличить усиление (при этом примерно на 1 дБ увеличи-

вается шум);

- для получения более устойчивой работы лазера накачки (отсутствие осцилляции) используются

специальные фильтры-стабилизаторы на основе, например, оптоволоконной решетки Брэгга*;

- для получения более широкой полосы усиления и уменьшения неравномерности коэффициента

усиления (создания "плоской" волновой характеристики") в них используются специальные

выравнивающие устройства, например оптоволоконные решетки Брэгга;

- для увеличения усиления наряду с однокаскадными ОУ с одним лазером накачки разрабаты-

ваются и выпускаются ОУ с двумя лазерами накачки (которые теоретически можно рассмат-

ривать как двухкаскадные при наличии двойного комплекта основных блоков), а также двух-

каскадные усилители с дополнительным выходом/входом между каскадами.

Глава 10

Функциональные элементы сетей

321

Входной сигнал 1550 нм из сигнального ОВ проходит через входной оптический фильтр-

изолятор ОФИ и первую оптоволоконную решетку Брегга с коротким периодом РБКП-1 (фиксатор

уровня усиления), поступая на один из входов первого мультиплексора WDM-1. На его второй вход пода-

ется сонаправленная волна накачки 980 нм от первого лазерного диода ЛД-1 (мощностью 100 мВт). С вы-

хода WDM-1 смешанный сигнал поступает в первое кольцо ОВ, легированного эрбием ОВЛЭ-1 (дли-

ной 10 м). Усиленный 1550 нм сигнал с выхода первого кольца через решетку Брегга с длинным пе-

риодом РБДП (выравниватель АВХ) поступает на один из входов второго мультиплексора WDM-2. На

его второй вход подается вторая сонаправленная волна накачки 980 нм от лазерного диода ЛД-2 (мощ-

ностью 120 мВт). С выхода WDM-2 смешанный сигнал поступает во второе кольцо ОВ, легированно-

го эрбием ОВЛЭ-2 (длиной 20 м). Усиленный сигнал 1550 нм с выхода второго кольца через вторую ре-

шетку Брегга с коротким периодом РБКП-2 (фиксатор уровня усиления) поступает через выходной опти-

ческий фильтр-изолятор ОФИ на выход усилителя. Здесь РБКП используются в качестве буферного зве-

на, исключающего изменение (зависимость) коэффициента усиления ОУ при изменении уровня мощно-

сти входного сигнала, а РБДП играет роль звена, выравнивающего усиление в полосе пропускания ОУ.

10.1.6. Схемы и параметры промышленных оптических усилителей

Оптические усилители выпускаются многими фирмами, как теми, которые выпускают аппаратуру

SDH (например, Alcatel, Lucent Technologies) и WDM (Ciena, Pirelli), так и специализированными

фирмами (например, Philips, HP, IRE-Polus). На рис. 10-10 приведена блок-схема промышленного

EDFA с двумя лазерами накачки типа 1713 компании Lucent Technologies.

Глава 10

Функциональные элементы сетей

322

Отличительной особенностью промышленных схем является использование микропроцес-

сорных контроллеров, позволяющих с помощью оптических ответвителей и схем мониторинга кон-

тролировать уровни входной, выходной и отраженной от выхода мощности оптического сигнала, а

также управлять основными параметрами усилителя, в том числе и температурой лазерных ИС.

Особенностью данного усилителя (рис. 10-10) является использование двух лазеров накач-

ки, работающих на одно и то же волокно. Один лазер работает в сонаправленном, а другой - в

противонаправленном режиме накачки на длине волны 1480 нм. В схеме используются три ОФИ,

из которых ОФИ-1 и ОФИ-2 предохраняют усилительную среду (ОВ) от воздействия отраженных

от входа и выхода оптических сигналов, а ОФИ-1 и ОФИ-3 - от взаимовлияния двух лазеров на-

качки. Параметры усилителя (среди других) приведены в табл. 10-2, а характер изменения его

ключевых параметров показан на рис. 10-2 (зависимость коэффициента усиления от выходной

мощности) и рис. 10-6,а (зависимость выходной мощности от уровня входного сигнала) [235]. По

виду выходного спектра УСИ в отсутствие сигнала (рис. 10-6,б) можно судить о широкополосно-

сти усилителя и степени неравномерности характеристики усилителя, а при наличие сигнала (рис.

10-6,в) видно, как меняется спектр УСИ (коэффициент усиления составляет примерно 34 дБм).

Промышленные усилители, как правило, выполняются в виде интегрированного блока, ус-

тановленного на внешней интегрирующей плате, содержащей свернутую в кольцо бухту легиро-

ванного ОВ, МП и заказные СБИС, используемые для обработки сигнальной информации. К та-

ким СБИС относится и контроллер, позволяющий управлять конфигурацией параметров. Доступ к

контроллеру осуществляется обычно с помощью ASCII-терминала или ПК через асинхронный по-

следовательный порт на скорости 9600 бит/с, что позволяет контролировать уровни входа и выхо-

да усилителя.

Ниже в табл. 10-2 приведены для примера основные параметры ОУ трех компаний-

производителей.

Некоторые из этих параметров нуждаются в комментариях (ссылки даны по номеру пара-

метра).

1 - рекомендуемый диапазон, фактически может быть расширен в сторону коротких длин волн;

3 - ширина АВХ в отсутствие сигнала;

6 - приведены значения для трех модификаций указанного усилителя;

Глава 10

Функциональные элементы сетей

323

7 - приведенное значение для ОУ 1713 показывает различие между 5 (1-я опция) и 6 параметрами;

8 - приведены значения для трех модификаций указанного усилителя;

11 - относительный параметр вида ∆Р

(∆р), где ∆Р

- изменение максимальной выходной мощно-

сти в диапазоне ∆р - диапазоне возможного изменения поляризации сигнала;

12 - относительный параметр вида ∆Р

(∆λ,), где ∆Р

- изменение максимальной выходной мощности

в диапазоне ∆λ, - диапазоне усиливаемых длин волн;

13 - относительный параметр вида ∆Р

(∆λ,), где ∆Р

- изменение максимальной выходной мощности

в диапазоне ∆Т - рабочем температурном диапазоне;

14 - через ";" приведены значения для трех модификаций указанного усилителя или через "-" диа-

пазон его изменения;

15 - в скобках указано количество лазеров накачки, использующих данную длину волны.

Разные производители могут указывать различные наборы параметров в спецификациях

ОУ, что видно из табл. 10-2, указывая те требования, которые должны соблюдаться при их изме-

рении. Сопоставление параметров будут правомерны, строго говоря только при идентичности ус-

ловий их измерения.

10.1.7. Разработка сверхширокополосных оптических усилителей

Рассмотренные выше ОУ оптимизируются, как правило, под третье окно прозрачности и в той или

иной мере отвечают возросшим требованиям на ширину полосы и допустимую неравномерность

АВХ со стороны систем с WDM. Если первоначально стандартная ширина этого окна прозрачно-

сти принималась равной 30 нм (1530-1560 нм), то потом она была расширена до 35 нм, а сейчас, в

связи с появлением стандарта на "канальный план" систем с WDM, использующих разнос по час-

тоте 100 ГГц (см. ниже), стандартной считается ширина окна 40,8 нм, или 5,1 ТГц.

Наличие горба АВХ на длине волны порядка 1534 нм в усилителях EDFA с невыровнен-

ной АВХ приводило к тому, что полоса 1530-1542 нм не использовалась в системах с WDM, что

привело к более интенсивному использованию длинноволнового поддиапазона (L band, см. ниже)

1545-1560 нм в обычной полосе C-Band. Однако появление стандартного канального плана для

DWDM стимулировало увеличение числа каналов с разносом 100 ГГц до 32-40 и ускорило созда-

ние двухкаскадных ОУ с АВХ, выровненной во всей полосе 3-го окна шириной 40,8 нм, позво-

ляющей максимально разместить 51 канал.

Успехи в технологии высокоплотного мультиплексирования HDWDM, основанные на исполь-

зовании новых технологий: 3-D Optics WDM, CG, FAG [204], AWG [253, 260] (см. ниже), позволяю-

щих, потенциально создавать до 131 канала с разрешением не хуже 0,5 нм [204], поставили разработ-

чиков ОУ перед необходимостью существенно расширить полосу пропускания ОУ. Рассмотрим одно

из возможных решений этой проблемы, предложенных специалистами Bell Labs [250].

Было предложено удвоить полосу усиления с 5,1 ТГц до 10,2 ТГц за счет использования

двухканальной схемы усиления, где полоса пропускания каждого из каналов составляет те же 5,1

ТГц. Первый канал, названный C-Band (обычная полоса), имеет (на уровне -3 дБ) те же частоты

среза, что и обычный ОУ: 191,0 и 196,1 ТГц. Второй канал, названный L-Band (нижняя полоса),

смещен по частоте на 5,1 ТГц в сторону нижних частот и имеет частоты среза 185,9 и 191,0 Гц.

Сложенная вместе полоса этого сверхширокополосного усилителя СШПУ (UWBA) равна 10,2

ТГц или 84,3 нм (40,8+43,5нм) и позволяет разместить 102 канала с шагом 100 ГГц или 204 канала

с шагом 50 ГГц.

Схема этого усилителя приведена на рис. 10-11. Она интересна, кроме указанных характе-

ристик, своим схемотехническим решением и демонстрирует возросшую сложность оптической

схемотехники. Сема составлена из шести секций. Первая секция представляет собой входной ши-

рокополосный каскад предварительного усиления EDFA с фильтром-изолятором и одним лазером

накачки, выход которого подается на вторую секцию, играющую роль демультиплексора, разде-

ляющего входной поток на два канала. Для этого входной поток подается на первый порт цирку-

лятора*, транслирующего его на вход второго порта, связанный с дифракционной решеткой*,

Глава 10

Функциональные элементы сетей

324

пропускающей нижние частоты на вход второго канала L-Band (нижняя часть схемы) и отражающей верх-

ние частоты на выход второго порта циркулятора, транслирующий его на вход третьего порта, связанный с

первым каналом C-Band (верхняя часть схемы). Третья секция (одинаковая в обоих каналах) служит для

компенсации дисперсии в обоих каналах и представляет собой однокаскадный усилитель с фильтром-

изолятором и отрезком волокна, компенсирующего дисперсию на выходе. Четвертая секция служит в ка-

честве выравнивающего фильтра и регулятора коэффициента усиления и представляет еще один каскад

усиления с фильтром-изолятором, выравнивающим фильтром и аттенюатором на выходе. Пятая секция

служит собственно оконечным усилителем мощности. Их схемы разные для первого и второго каналов.

Для первого канала (C-Band) это - однокаскадный усилитель с тремя лазерами накачки (двух сонаправле-

ных и одного противонаправленного). Для второго канала (L-Band) это - трехкаскадный усилитель с сона-

правленной накачкой. Шестая секция представляет собой мультиплексор, реализованный (как и демульти-

плексор) на циркуляторе и дифракционной решетке и осуществляющем объединение двух полос усиления

в одну.