Marek Ratuszek, Zbigniew Zakrzewski, Jacek Majewski, Małgorzata Ratuszek Instytut Telekomunikacji Akademia Techniczno-Rolnicza, Bydgoszcz Światłowody przystosowane do WDM i ich rozwój Przedstawiono wpływ efektów nieliniowych i dyspersji na transmisję WDM w jednomodowych światłowodach telekomunikacyjnych. Na tej podstawie określono parametry projektowe włókien spełniających wymogi transmisji WDM, DWDM i UWDM. Zaprezentowano rodzaje, parametry, porównanie i rozwój światłowodów telekomunikacyjnych przystosowanych do wielofalowej transmisji wykonanych technologiami OVD, MCVD i PCVD przez czołowe firmy produkujące włókna. 1. Wstęp Technika WDM (Wavelenght Division Multiplexing) staje się coraz bardziej opłacalna i konkurencyjna. Możliwa jest transmisja kanałów przy odstępie równym 0,8 nm (100 GHz) [1,], nazywa się to gęstym WDM (DWDM Dense WDM). Wdrażane są nawet systemy z odstępem kanałowym 0,4 nm nazywane ultra gęstym WDM (UWDM). Zarówno zwiększenie długości łączy, jak i zwiększenie liczby kanałów ma taki sam wpływ na włókno szklane: zwiększa się natężenie światła. W tej sytuacji zjawiska, które były do tej pory zaniedbywane stają się istotne: nieliniowe własności optyczne szkła mogą w znacznym stopniu pogorszyć każdą transmisję. Wysoka dyspersja stanowi środek umożliwiający ich likwidację. Zatem włókna przystosowane do WDM należy projektować tak, aby minimalizować efekty nieliniowe i jednocześnie zapewnić dalekosiężną transmisję.. Efekty nieliniowe w światłowodach Z powodu dużej ilości kanałów w systemach WDM i wysokiej mocy wyjściowej wzmacniaczy EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier), we włóknach jednomodowych występują duże natężenia światła. W systemie jednokanałowym może być osiągnięte 0 dbm mocy wejściowej, zaś w systemie z kanałem wielokrotnym moc ta może być rzędu 7 dbm na kanał. Efekty nieliniowe stanowią własności materiałowe, które zwiększają się wraz ze wzrostem natężenia światła [3]. Dlatego też ich znaczenie staje się dominujące w przypadku dalekosiężnych systemów transmisyjnych o dużej przepływności bitowej. Zjawiska nieliniowe w światłowodach należą zasadniczo do dwóch kategorii : a) rozpraszanie wymuszone, b) zmiany współczynnika załamania. Poziomy mocy optycznej, powyżej których efekty te występują nazywane są progowymi..1 Rozpraszanie wymuszone Nieliniowe rozpraszanie wymuszone występuje w systemach z modulacją amplitudy..1.1 Wymuszone rozpraszanie Brillouina Wymuszone rozpraszanie Brillouina SBS (Stimulated Brillouin Scattering) polega na oddziaływaniu fal świetlnych i akustycznych w światłowodzie. Powoduje przemianę częstotliwości i odwrócenie się kierunku rozchodzenia się fali świetlnej, wskutek czego maleje efektywna moc sygnału użytecznego.
SBS charakteryzuje się niską mocą progową rzędu kilku mw. Ponieważ szerokość linii widmowej SBS jest stosunkowo wąska 0 MHz, zatem dla laserów o szerokości widmowej większej niż 0 MHz wzmocnienie SBS zmniejsza się, moc progowa nie zależy od liczby kanałów i może być skutecznie zwiększona przez modulację lasera niewielkim sygnałem niskiej częstotliwości [4]. Umożliwia to transmisję sygnału o mocy powyżej 15 dbm bez SBS [1]..1. Wymuszone rozpraszanie Ramana Wymuszone rozpraszanie Ramana SRS (Stimulated Raman Scattering) polega na rozpraszaniu progowej fali świetlnej na wibracjach cząsteczek materiału światłowodu, powodując przenoszenie w dół częstotliwości optycznej fali propagowanej. Szerokość linii widmowej SRS jest bardzo duża 15 THz, powoduje to sprzęganie kanałów w systemach WDM przepływ mocy optycznej z kanałów o wysokiej częstotliwości do kanałów o niskiej częstotliwości. Wielkość progowa mocy SRS, dla typowych parametrów światłowodu, w przypadku jednego kanału wynosi 1W i nie może być zwiększona w tak prosty sposób jak przy SBS. Wymuszone rozpraszanie Ramana praktycznie ogranicza moc wprowadzoną do światłowodu dla systemów WDM o bardzo dużej liczbie kanałów liczonej w setkach.. Zmiany współczynnika załamania Nieliniowość materiałów szklanych opisuje stała Kerra, nazywaną również nieliniowym współczynnikiem załamania n. Jest ona powiązana ze współczynnikiem załamania n przez : P n= n( ω ) + n (1) A gdzie: n( ω ) wartość współczynnika załamania zależna od częstotliwości fali świetlnej przy natężeniu światła bliskim zeru, n - nieliniowy współczynnik załamania (stała Kerra), P = I - efektywna gęstość mocy promieniowana w światłowodzie (intensywność A promieniowania). Nie wszystkie włókna posiadają taką samą podatność na działanie efektów nieliniowych. Tendencja ta jest wyrażana za pomocą współczynnika nieliniowego n A. Im jest on mniejszy tym lepiej. A standardowego włókna jednomodowego jest bardzo dobrze przybliżane plamką, określoną przez średnicę pola modu. Dla włókien z przesuniętą dyspersją plamka ta pokrywa około 95% A [1]...1 Samomodulacja fazy SPM (Self Phase Modulation) Dla pojedynczego kanału optycznego impuls o mocy około 14 dbm (ok. 30 mw) reprezentuje tak duże natężenie światła, że zgodnie z (1) istotnie zmienia się współczynnik załamania i w konsekwencji następuje zmiana fazy światła w czasie propagacji. Impuls moduluje sam siebie kolor początku impulsu przenoszony jest do czerwieni (fal dłuższych), zaś kolor końca w kierunku błękitu (fal krótszych) [1]. Efekt samomodulacji jest bardzo podobny do efektu ujemnej dyspersji tutaj również fale długie propagują szybciej niż fale krótsze. SPM powoduje poszerzenie impulsu, co w skrajnym przypadku może powodować zachodzenie na siebie sąsiednich kanałów w systemach DWDM czy UWDM. Jeżeli włókno charakteryzuje się dodatnią dyspersją, samomodulacja częściowo ją znosi. W idealnym przypadku dodatnia dyspersja i samomodulacja fazy kompensują się całkowicie. Otrzymany w wyniku tego impuls posiada specjalny kształt i jest nazywany solitonem.
.. Skrośna modulacja fazy CPM (Cross Phase Modulation) Podczas prowadzenia przez włókno więcej niż jednego kanału pojawia się kilka efektów nieliniowych. Oprócz samomodulacji fazy, jeden kanał może modulować sygnał kanału sąsiedniego: występuje tzw. skrośna modulacja fazy. Skutkami modulacji skrośnej są przeniki i efekty podobne do dyspersji. Poza pewnymi wyjątkami, kolizja pomiędzy dwoma impulsami o różnych długościach fali powoduje na ogół zwiększenie ich szerokości spektralnej. Dyspersja chromatyczna światłowodu odgrywa w takim przypadku podwójną rolę. Z jednej strony osłabia oddziaływanie pomiędzy dwoma impulsami, ponieważ poruszają się one z różnymi prędkościami grupowymi. Z drugiej strony, gdy dwa impulsy ze sobą oddziałują, dyspersja chromatyczna dodatkowo zwiększa ich szerokość spektralną. Działanie CPM jest więc złożone i może być ograniczone stosowaniem światłowodów o niskiej, jednak różnej od zera dyspersji chromatycznej [4]...3 Mieszanie czterofalowe FWM (Four Wave Mixing) FWM jest jednym z najbardziej niepożądanych zjawisk nieliniowych. Zjawisko to polega na nakładaniu się faz dwóch lub więcej fal (kanałów) o zbliżonych długościach powodując, że : dwie fale poruszające się w tym samym kierunku o częstotliwościach f 1 i f mieszają się i generują fale o częstotliwościach f 1 -f i f -f 1. Generowane fale rozchodzą się w tym samym kierunku co fale podstawowe, ich moc rośnie kosztem mocy fal podstawowych [5]. Trzy rozchodzące się fale o częstotliwościach f i, f j, f k będą generowały dziewięć fal o częstotliwościach f = f + f f. N fal będzie generowało ( ) N N 1 nowych częstotliwości. Zjawisko to pogarsza pracę systemów WDM, gdyż zwiększa przeniki międzykanałowe i tłumienie dla fal podstawowych. Zjawisko mieszania czterofalowego zależy od odstępu fal podstawowych (kanałów) i dyspersji światłowodu. Dyspersja chromatyczna powoduje, że fale podstawowe i generowane mają różne prędkości grupowe co zmniejsza dopasowanie fazowe oddziaływujących fal i w konsekwencji wydajność generacji fal o nowych częstotliwościach. Zatem zwiększenie odstępu między kanałami i zwiększenie dyspersji chromatycznej światłowodu zmniejsza wydajność mieszania czterofalowego [6]. Również zmniejszenie odległości między wzmacniaczami EDFA pozwala na obniżenie poziomu mocy optycznej i ograniczenie wielkości wszystkich efektów nieliniowych w tym FWM. Przegląd znaczących efektów nieliniowych we włóknach jednomodowych przedstawiono w Tabeli 1. Tabela 1 Nieliniowość System jednokanałowy System wielokanałowy Spostrzeżenia Samomodulacja fazy Zniekształcenie sygnału Zniekształcenie sygnału moc wejściowa (SPM) > 30 mw, znosi Skrośna modulacja fazy (CPM) - Mieszanie czterofalowe (FWM) Wymuszone rozpraszanie Ramana (SRS) Wymuszone rozpraszanie Brillouina (SBS) Zniekształcenie sygnału Przenik wpływ dyspersji - Przenik wewnątrzpasmowy Osłabienie sygnału Osłabienie sygnału Osłabienie sygnału Przenik Osłabienie sygnału Osłabienie sygnału Przenik ijk i dodatnią dyspersję tłumiona przez dyspersję tłumione przez dyspersję moc wejściowa > 1 W > 10 mw obniżane przez wolną modulację lasera Z powyżej przedstawionego przeglądu efektów nieliniowych wynika, że włókno minimalizujące te efekty powinno charakteryzować się zdefiniowaną dyspersją i dużą powierzchnią efektywną A co oznacza dużą powierzchnię pola modu. j k
3. Ograniczenie transmisyjne spowodowane dyspersją We włóknie jednomodowym przenoszony jest tylko mod podstawowy. Ponieważ sygnał optyczny posiada pewną szerokość widmową doświadcza on wpływu zjawisk dyspersji prędkości grupowej zdefiniowanej wyrażeniem [7] : dτ g τ τ1 τ D = = () d λ λ λ1 λ ps gdzie: τ g km - jednostkowy czas przejścia impulsu w światłowodzie o długości 1 km, jest odwrotnością prędkości grupowej v g. Dyspersja zgodnie z (), może być dodatnia lub ujemna. Dodatnia jest wtedy, gdy fale dłuższe rozchodzą się wolniej niż krótsze, ujemna gdy jest odwrotnie. Dla poszerzenia impulsów znak dyspersji nie ma znaczenia. Poszerzenie czasowe impulsu τ dla światłowodu o dyspersji D i długości L oraz łącznej szerokości spektralnej pasma modulacji (krótsze impulsy są bardziej podatne a działanie dyspersji ze względu na dużą szerokość widma) λ wynosi zgodnie z () : τ = DL λ (3) Poszerzenie impulsu τ prowadzi do spadku mocy sygnału. Dopuszczalny spadek czułości odbiornika zwykle ustawia się na 1 db. Ponieważ dyspersja linii wyrażana w [ ps nm] proporcjonalna jest do długości łącza, spadek ten ogranicza długość łącza. Uwzględniając wymogi dalekosiężnych systemów transmisyjnych WDM o wysokiej przepływności bitowej, włókno telekomunikacyjne powinno mieć niską tłumienność w pasmie wzmocnienia wzmacniacza EDFA, niską dyspersję dla umożliwienia realizacji łączy dalekosiężnych, wysoką lub przynajmniej różną od zera dyspersję w pasmie wzmocnienia dla likwidacji mieszania czterofalowego (FWM) i modulacji skrośnej (CPM) oraz niski współczynnik nieliniowy, co przede wszystkim oznacza dużą powierzchnię efektywną A. 4. Światłowody przystosowane do WDM 4.1 Standardowe włókna jednomodowe (zalecenie ITU-T G.65) Standardowe włókno jednomodowe SMF (Single Mode Fiber), z zerem dyspersji w II oknie optycznym - posiada prostą konstrukcję o skokowym profilu współczynnika załamania i bardzo niską tłumienność w III oknie optycznym (1550 nm). Podatność włókna na powstawania efektów nieliniowych jest również bardzo niska, ponieważ odznacza się ono bardzo dużą powierzchnią efektywną A tabela. Dyspersja standardowego włókna jednomodowego w trzecim oknie ps! 17 może ograniczać wielkość iloczynu przepływności bitowej i odległości. Jednak nm km techniki kompensacji dyspersji stanowią metody będące w stanie znacznie zredukować to ograniczenie. Ostatecznie standardowe włókno jednomodowe jest wyjątkowo dobrze przystosowane do zastosowań WDM w II oknie optycznym. Oprócz małego współczynnika nieliniowego, wysoka dyspersja włókna stanowi najbardziej korzystną cechę, która umożliwia likwidację przeników spowodowanych FWM i CPM.
Tabela Przegląd włókien produkcji Corning i Siecor stosowanych przy transmisyjnych długościach fali pomiędzy 1530 nm i 1565 nm. Współczynnik nieliniowy wyraża skłonność do oddziaływania nieliniowego. Standardowe włókno SMF 158 posiada najmniejszą tendencję do tego typu oddziaływania spośród przedstawionej grupy włókien. Włókno LEAF jest włóknem o niezerowej przesuniętej dyspersji z dużą powierzchnią efektywną, która obniża współczynnik nieliniowy w porównaniu do innych włókien z przesuniętą dyspersją (DS, LS). TYP WŁÓKNA SMF 158 DS TM LS TM LEAF TM Tłumienność przy 1550 nm [db/km] 0,19 0,3 0,1-0,5 0,1-0,5 0,1-0,5 ps D 18 D,7 0 > D -3,5 0,8-6,0 Dyspersja przy 1530-1565 nm nm km (1530-1560) Długość fali λ 0 dla zerowej dyspersji [nm] 1310 1550 > 1560 < 1530 Profil współczynnika załamania dd ps 0.9 0.08! 0.07! 0.11 S0 = - Nachylenie dyspersji dla λ 0 dλ nm km Średnica pola modu przy 1550 nm [µm] 10,5 8,1 8,4 9,0-10,0 A [µm ] 80 50 55 7 Nieliniowy współczynnik załamania n 10-0 [m /W],,3,3,3 Współczynnik nieliniowy n /A 10-9 [1/W] 0,7 0,46 0,4 0,3 4. Włókna jednomodowe z przesuniętą dyspersją (zalecenie ITU-T G.653) Włókna jednomodowe z przesuniętą dyspersją DS-SMF (Dispersion Shifted-Single Mode Fiber), są włóknami jednomodowymi ze specjalnie zaprojektowanym profilem współczynnika załamania tabela. Ten złożony profil, że dla fali o długości 1550 nm współczynnik dyspersji D jest równy zeru, podczas gdy dla 1310 nm jest silnie ujemny rys. 1. Wynika z tego oczywista korzyść: włókno DS zapewnia skuteczne zarządzanie dyspersją wewnątrz włókna dla λ = 1550 nm. Ponieważ rola dyspersji jest dwojaka, to główną wadą włókien DS jest zbyt mała dyspersja dla systemów WDM, gdyż umożliwia ona przeniki międzykanałowe. W rezultacie włókno DS jest niezbyt dobrze przystosowane dla systemów WDM i dobrze optymalizowane dla jednokanałowych dalekosiężnych systemów transmisyjnych pracujących w III oknie optycznym. Tłumienność [db/km] 0.6 0.5 0.4 0.3 0. 0.1 Tłumienność włókien Dyspersja włókna LEAF (G.655) Dyspersja włókna SMF-DS (G.653) Dyspersja włókna SMF (G.65) Pasmo EDFA Dyspersja włókna SMF-LS (G.655) 0 10 0 10 0 Dyspersja [ps/nm km] 1100 100 1300 1400 1500 1600 1700 II okno Długość fali [nm] III okno Rys. 1 Zależności współczynnika dyspersji D od długości fali dla światłowodów przedstawionych w Tabeli 4.3 Włókno jednomodowe z niezerową przesuniętą dyspersją (ITU-T G.655) i ich rozwój Pierwsze włókna z niezerową przesuniętą dyspersją NZDS-SF (Non Zero Dispersion - Single Mode Fiber) zostały wprowadzone w 1994 roku, były to włókna TrueWave firmy Lucent Technologies wykonane technologią MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition) tabela 3
[8], rys. [4], oraz LS firmy Corning wykonane technologią OVD (Outside Vapour Deposition) tabela, rys. 1. Światłowody te charakteryzują się małą, lecz niezerową dyspersją w zakresie pracy wzmacniaczy EDFA tj. tam, gdzie przewidziana jest multipleksacja falowa WDM (1530 1565 nm). Mała, lecz różna od zera dyspersja zapewnia znaczne zmniejszenie efektów nieliniowych (w szczególności FWM) i istotnie zwiększa odległość transmisji. Tabela 3 Przegląd włókien rodziny TrueWave firmy Lucent Technologies [8]. TYP WŁÓKNA TrueWave TrueWave + TrueWave - TrueWave RS Tłumienność przy 1550 nm [db/km] 0. 0.5 0. 0.5 0. 0.5 0. 0.5 ps 0.8 D 4.6 # 1.3 D 5.8 1 D 5.5.6 D 6.0 * Dyspersja przy 1530-1565 nm nm km Długość fali λ 0 dla zerowej dyspersji [nm]! 1530! 150! 1570! 1490 Profil współczynnika załamania Trójkątny z dwiema warstwami powłok Trójkątny z dwiema warstwami powłok Trójkątny z dwiema warstwami powłok dd S 0 dλ ps! 0.065! 0.60! 0.60 0.05 0 nm km Średnica pola modu przy 1550 nm [µm] 8.4 ± 0.6 8.4 ± 0.6 8.4 ± 0.6 8.4 ± 0.6 A [µm ] 55 55 55 55 Nieliniowy współczynnik załamania n 10-0.3 - - - [m /W] Współczynnik nieliniowy n /A 10-9 [1/W] 0.4 - - - * dla zakresu 1565 160 nm (IV okno) # dla zakresu 1540 1560 nm Dyspersja chromatyczna [ps/nm km 6 5 4 3 1-1 - -3-4 -5 TW RS TW λ [nm] 1530 1540 1550 1560 1570 1580-6 Rys. Charakterystyki dyspersyjne światłowodów rodziny TrueWave. Dla światłowodów SMF (G.65) dyspersja teoretycznie ogranicza transmisję (w III oknie optycznym) do długości ponad 800 km dla B =.5 Gbit/s w jednym kanale optycznym i do około 50 km dla prędkości transmisji B = 10 Gbit/s. Włókna LS i TrueWave umożliwiają transmisję do ponad 1000 km przy B =.5 Gbit/s i około 300 km przy B = 10 Gbit/s [1,8]. Naprzemienne łączenie włókien TrueWave + i TrueWave - umożliwia transmisję (dotyczy to tylko ograniczeń związanych z dyspersją) 10 Gbit/s w kanale na odległość ponad 600 km. Takie równoważenie dyspersji pozwala np. zbudować system 30 Gbit/s : 10 Gbit/s na jedną długość fali,
3 długości fal zgodnie z ITU-T G.69 z odstępem 100 GHz (0.8 nm), 8 wzmacniaczy EDFA co 80 km, brak dodatkowej kompensacji dyspersji, odległość transmisji 640 km [4] rys. 3. Tx EDFA EDFA EDFA EDFA EDFA EDFA EDFA Rx 3 x (λ 1.. λ 3) Dyspersja Długość fali Rys. 3 Równoważenie dyspersji. W 1998 roku Lucent Technologies wyprodukował włókno TrueWawe RS - tabela 3, rys. 14 [8] charakteryzujące się małym nachyleniem dyspersji S0 0.05 ps nm km, a więc niewielkimi zmianami współczynnika dyspersji w funkcji długości fali. Jego niezerowa dyspersja obejmuje obszar III i tzw. IV okna optycznego rys. 4 tj. dla λ = 1530 1565 nm i λ = 1565 160 nm. Pozwoliło to uzyskać w 1998 roku wielofalową prędkość transmisji, dla zakresu 1530 160 nm, 100 Gbit/s w jednym włóknie. Tłumienność [db/km] 1 II okno III i IV okno 0 1.00 1.10 1.0 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 Długość fali [ µ m] Rys. 4 Obszar II, III i IV okna optycznego. 4.3.1 Światłowody NZDS-SMF o dużej powierzchni efektywnej A W 1998 roku firma Corning wyprodukowała włókno NZDS-SMF typu LEAF (Large Effective Area Fiber) tj. światłowodu o dużej powierzchni efektywnej A tabela. Zwiększenie powierzchni efektywnej do ok. 7 µm, w porównaniu z włóknami LS i TrueWave charakteryzującymi się A = 55 µm, obniżyło wartość współczynnika nieliniowego n A do ok. [ ] 9 0.3 10 1 W co pozwala na wykorzystanie wyższych mocy sygnału (sygnałów) w światłowodzie i w ten sposób umożliwia bezbłędną transmisję [9] na łączu o większej długości w porównaniu do klasycznych włókien NZDS-SMF. Również tłumienie produktów FWM dla światłowodów o dużej A jest większe rys. 5 [10] co zwiększa odstęp sygnału od szumu SNR zmniejszając stopę błędów BER i pozwala zwiększyć odstęp między wzmacniaczami EDFA z 80 km do 90 km (zysk db) rys. 6 [11].
-15-0 FWM [dbm] -5-30 -35 NZDS-LEAF NZDS standardowy -40-45 -1.50-1.00-0.50 0 0.50 1.00 1.50 Dyspersja [ps/nm km] Rys. 5 Porównanie mocy produktów FWM przy transmisji dwóch kanałów optycznych odległych o 100GHz [10]. Odległość między EDFA [km] 95 90 85 Włókno NZDS-LEAF 80 55 60 65 70 75 80 Włókno A [ µ m ] standardowe NZDS Rys. 6 Zależność odległości między wzmacniaczami EDFA od powierzchni efektywnej A. Innym światłowodem, który można zaliczyć do światłowodów NZDS-SMF o dużej powierzchni efektywnej jest włókno TeraLight firmy Alcatel wykonane technologią PCVD (Plasma Chemical Vapour Deposition) wprowadzone do eksploatacji w 1999 roku [1]. Charakteryzuje się A = 65µ m, zerem dyspersji dla λ 0 = 1440 nm oraz małym nachyleniem ps dyspersji (dla λ = 1550 nm ) S 0 = 0.058. Parametry te sprawiają, że jest ono odporne na nm km efekty nieliniowe i przystosowane do multipleksacji falowej w zakresie od ~1480 1600 nm (D = 1 10.9 µm). Należy również podkreślić, że światłowody NZDS-SMF o dużej A praktycznie bez problemów można łączyć metodą spawania w łuku elektrycznym ze standardowymi światłowodami SMF [13]. Ma to istotne znaczenie, gdyż włókna SMF są również dobrze przystosowane do multipleksacji falowej. 4.4 Światłowody wielofalowe W 1998 roku firma Lucent Technologies wprowadziła do eksploatacji włókno AllWave, które można nazwać wielofalowym [8]. Jest to światłowód telekomunikacyjny, który jest standardowym włóknem SMF (G.65) z zerem dyspersji w zakresie λ 0 = 1300 13 nm lecz bardzo niską tłumiennością ~ 0.31 db/km dla λ = 1385 nm rys. 7, a więc w obszarze tzw. V okna optycznego rys. 7, gdzie w innych światłowodach występuje mniejszy lub większy pik - absorpcyjny na jonach OH - rys. 1. Włókno to udostępnia obszar, który do niedawna nie był wykorzystywany ze względu na dużą tłumienność. Oferuje ponad 300 nm zakres transmisyjny dla multipleksacji falowej charakteryzując się jednocześnie dużą powierzchnią efektywną A 70 µm dla λ = 1550nm.
Tłumienność [db/km] 1 II okno V okno III okno IV okno 0 1.00 1.10 1.0 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 Długość fali [ µ m] Rys. 7 Tłumienność jednostkowa światłowodu AllWave firmy Lucent Technologies [8]. 5. Wnioski W systemach WDM, DWDM i UWDM pracujących w III oknie optycznym, przy odpowiednim doborze urządzeń transmisyjnych, wiele kanałów o przepływności.5 Gbit/s każdy, może być transmitowanych na odległość ponad 800 km z zastosowaniem standardowych włókien jednomodowych G.65 z zerem dyspersji w II oknie optycznym, bez potrzeby kompensacji dyspersji rys. 8. W przypadku zwiększenia przepływności do 10 Gbit/s w kanale mogą stać się nieuniknione dodatkowe koszty inwestycyjne na zakup kompensatorów dyspersji np. DCF (Dispersion Compensating Fiber) lub zastosowanie włókien NZDS-SMF czyli wewnętrznego zarządzania dyspersją (mała wewnętrzna dyspersja włókien NZDS-SMF). Generalnie, zewnętrzne zarządzanie dyspersją (DCF) pozwala na lepsze wykorzystanie milionów kilometrów już zainstalowanych standardowych światłowodów jednomodowych SMF charakteryzujących się dużą powierzchnią efektywną A obniżającą wpływ efektów nieliniowych. Do dnia dzisiejszego większość systemów transmisyjnych zostało zaprojektowanych do pracy przede wszystkim na standardowych włóknach jednomodowych. Dlatego nie stanowi problemu dostosowanie już zainstalowanych włókien do nowych potrzeb. Pojedynczy kanał 1310 nm Pojedynczy kanał 1550 nm Kanał wielokrotny 1550 nm SMF 158.5 10 Gbit/s.5 Gbit/s 10 Gbit/s * n x.5 Gbit/s n x 0 Gbit/s * DS-SMF Dostęp okna 1310 nm nie optymalizowany dla laserów.5 10 Gbit/s* x 10 Gbit/s** NZDS-SMF duże A Dostęp okna 1310 nm nie optymalizowany dla laserów.5 10 Gbit/s n x.5 Gbit/s n x 0 Gbit/s Optymalna dyspersja Dodatkowa możliwość * Możliwa konieczność zastosowania technik kompensacji i dodatkowego wzmocnienia. ** Mieszanie czterofalowe może ograniczyć WDM do n < 3 kanałów. Rys. 8 Porównanie różnych typów włókien. Standardowe włókno SMF posiada dobre właściwości dla wszystkich zastosowań. Włókno DS, z zerem dyspersji dla 1550 nm - zjawisko mieszania czterofalowego w systemach WDM. Włókna NZDS-SMF z niezerową dyspersją są odpowiednie dla systemów WDM dzięki wewnętrznemu zarządzaniu dyspersją. Dyspersja standardowego włókna SMF stanowi zaletę, ponieważ nawet w systemach DWDM likwiduje efekty nieliniowe.
W USA zostały praktycznie zastosowane standardowe włókna NZDS-SMF i włókna NZDS- SMF z dużą powierzchnią efektywną (np. LEAF ), wykorzystywane do łączy dalekosiężnych. Wydaje się jednak, że europejscy operatorzy będą budowali nadal jednolitą sieć światłowodową używając jedynie standardowych włókien jednomodowych SMF, z zastosowaniem WDM dla zwiększenia całkowitej przepływności bitowej. Literatura 1. Materiały firmy Siecor, Fiber Focus, 1998.. Zalecenie ITU-T G.69, Optical Interfaces for Multichannel Systems with Optical Amplifiers, 1998. 3. G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, Academic Press, Inc., San Diego, California, 1989. 4. Z. Drobik, Światłowody z niezerową dyspersją TrueWave, V Konferencja Światłowody i ich Zastosowanie Białowieża, tom I, str. 15-9, 1998. 5. J. Siuzdak, Wstęp do współczesnej telekomunikacji światłowodowej, WKiŁ Warszawa, 1997. 6. E. Bauman, K. Kemeter, Optical fibers for long-haul and high-bit-rate system, VII Konferencja Światłowody i ich Zastosowanie Krasnobród, tom II, str. 469-477, 1999. 7. M. Marciniak, Łączność światłowodowa, WKiŁ Warszawa, 1998. 8. Materiały firmy Lucent Technologies, Bell Labs Innovations, 1998. 9. V. L. de Silva, Error Free WDM 8x10 Gb/s transmission over 450 km of LEAF Optical Fiber, IOOC-ECOC, pp. 154-158, 1997. 10. K. M. Able, Optical fiber design evolve, Lightwave special reports, 1998. 11. Materiały firmy Corning, 1998. 1. Materiały firmy Alcatel, 1999. 13. M. Ratuszek, J. Majewski, Z. Zakrzewski, J. Zalewski, Examination of Spliced Telecommunication Fibers of the NZDS - SMF Type Adjusted to Wavelength Division Multiplexing, Optica Applicata, Vol. XXIX, No. 1-, pp. 73-85, 1999.
Marek Ratuszek, Zbigniew Zakrzewski, Jacek Majewski, Małgorzata Ratuszek Instytut Telekomunikacji Akademia Techniczno-Rolnicza, Bydgoszcz Światłowody przystosowane do WDM i ich rozwój Przedstawiono wpływ efektów nieliniowych i dyspersji na transmisję WDM w jednomodowych światłowodach telekomunikacyjnych. Na tej podstawie określono parametry projektowe włókien spełniających wymogi transmisji WDM, DWDM i UWDM. Zaprezentowano rodzaje, parametry, porównanie i rozwój światłowodów telekomunikacyjnych przystosowanych do wielofalowej transmisji wykonanych technologiami OVD, MCVD i PCVD przez czołowe firmy produkujące włókna. Marek Ratuszek, Zbigniew Zakrzewski, Jacek Majewski, Małgorzata Ratuszek Institute of Telecommunication Academy of Technology and Agriculture in Bydgoszcz Fibers Adjusted to WDM and Their Development The influence of nonlinear ects and dispersion on WDM transmission in single-mode telecommunication fiber have been presented. On the ground of it designed parameters of fibers which performed the expectation of the WDM, DWDM and UWDM transmission have been defined. Types, parameters, comparison and development of telecommunication fibers adjusted to multiwave transmission have been presented. These fibers were made by OVD, MCVD and PCVD technologies by main firms which produce fibers.