ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАКАЧКИ РАМАНОВСКОГО УСИЛИТЕЛЯ В СИСТЕМЕ DWDM

Быстрый рост трафика в волоконно-оптической сети связи способствовал развитию плотного мультиплексирования длин волн (DWDM) для размещения как можно большего количества каналов в пределах одномодового оптоволоконного кабеля. Поскольку усилители комбинационного рассеяния по своей природе распределены, а не сосредоточены, как волоконные усилители, легированные эрбием (EDFA), мощность сигнала может поддерживаться на приблизительно постоянном уровне вдоль волокна. Накачки, используемые для рамановского усиления, могут быть сконструированы из полупроводниковых лазерных диодов или волоконных лазеров. Рамановский усилитель это одна из вспомогательных технологий для систем передачи DWDM на большие расстояния с высокой пропускной способностью. Рамановский усилитель обеспечивает более широкую полосу пропускания усиления, низкие шумовые характеристики и является более простым устройством. Многоволновая схема накачки обычно используется для обеспечения усиления полосы пропускания в сетях оптического доступа с высокой пропускной способностью DWDM [1].

Рисунок 1. Система DWDM

В системах оптического доступа DWDM сигналы с длинами волн от  до  от множества лазерных диодов (LDs) пропускаются через мультиплексор и объединяются по одномодовому оптическому волокну. Усилители комбинационного рассеяния света предусмотрены в соответствии с длиной пути передачи для усиления мощности ослабленного сигнала. Тракт также может быть снабжен мультиплексором добавления/отбрасывания, который может добавлять или отбрасывать сигналы любой желаемой длины волны. Множественные сигналы, передаваемые по одному оптическому волокну затем демультиплексируются в сигналы исходной длины волны. Как показано на рис. 1, для передачи с плотным разделением длин волн (DWDM) требуется мультиплексор/демультиплексор для различных длин волн сигнала. При увеличении количества каналов оптической сети (ONC) устройства, использующие диэлектрический фильтр, становятся слишком громоздкими и дорогими, а их надежность падает [2]. Таким образом, для систем оптической связи, имеющих большее число каналов, существует потребность в практическом мультиплексор/демультиплексор типа AWG. Мультиплексирование с плотным разделением длин волн (DWDM) находится на пути к доминированию в области волоконно-оптических сетей связи доступа и создает потребность в мультиплексорах/демультиплексорах повышенной емкости для оптических сигналов. Взрывной рост Интернета и других мультимедийных приложений вызвал потребность в увеличении пропускной способности сетей связи с оптическим доступом. Мультиплексирование с плотным разделением длин волн (DWDM) представляет собой прорыв в этой области. DWDM в основном использует полосу 1,55 мкм, окно усиления волоконных усилителей комбинационного рассеяния с несколькими накачками, обеспечивающее одновременную передачу нескольких различных длин волн по одномодовому волоконному кабелю (SMF).

В качестве средства усиления используется одномодовый оптоволоконный кабель (SMF). Сигналы накачки подаются в волокно через ответвитель, который распространяется в прямом или в противоположном направлении (обратном направлении) информационным сигналам. Комбинационный усилитель использует вынужденное комбинационное рассеяние (SRS) эффект в волоконно-оптическом кабеле, где лазер с сильной накачкой на более короткой длине волны обеспечивает большее усиление сигналов, чем на более длинных длинах волн. Волоконные усилители комбинационного рассеяния света обладают рядом положительных особенностей для применения в системах передачи для оптических сетей доступа DWDM, таких как простота усилителя, низкий уровень шума, широкополосный спектр усиления, гибкость окна передачи, более высокая мощность насыщения.

Усилители комбинационного рассеяния основаны на методах вынужденного комбинационного рассеяния (SRS) для вычисления базового накопленного чистого спектра усиления комбинационного рассеяния. Во время передачи на большие расстояния требуются оптические усилители, чтобы исходный передаваемый сигнал был принят на приемном конце с надлежащей мощностью. Методы стимулированного комбинационного рассеяния (SRS), согласно которым слабый световой сигнал усиливается при прохождении через среду с усилением комбинационного рассеяния с наличием лазера с сильной накачкой.

В данной работе оптические сети доступа с плотным разделением длин волн (DWDM) используют рамановские усилители для усиления оптических сигналов, которые используют эффект вынужденного комбинационного рассеяния в волоконной среде. Усилитель анализируется с использованием четырех лазеров накачки для достижения усиления от длины волны 1,45 мкм до 1,65 мкм с минимально возможной пульсацией усиления.

Рисунок 2. Изменение спектра комбинационного рассеяния света с лазерами накачки 1,46 мкм (синий цвет), 1,48 мкм (красный), 1,5 мкм (черный) и 1,52 мкм (зеленый).

Рисунок 3. Изменения мощности накачки в зависимости от длины оптоволоконного кабеля (синий цвет – накачка 1, оранжевый – накачка 2, черный – накачка 3, зеленый – накачка 4)

Рисунок 4. Изменения коэффициента комбинационного рассеяния на эффективной длине в зависимости от количества световодов в сердечнике оптоволоконного кабеля при предполагаемом заданном наборе параметров 240 каналов (синий цвет –; черный –; зеленый –

Рисунок 5. Изменения коэффициента комбинационного рассеяния света на эффективной длине в зависимости от количества световодов в сердечнике оптоволоконного кабеля при предполагаемом заданном наборе параметров 240 каналов (оранжевый цвет – ; синий –; черный – 

Из данных рисунков можно сделать вывод, что

1. На рисунке 2 показано, что спектр комбинационного рассеяния света оценивается с использованием четырех лазеров с накачкой на длинах волн 1,46 мкм, 1,48 мкм, 1,5 мкм, 1,52 мкм, соответственно, используются для обеспечения равномерного усиления. Из рис. 2 видно, что разумное равномерное усиление достижимо для диапазона длин волн сигнала примерно от 1,5 мкм до 1,6 мкм.

2. На рисунке 3 показано изменение мощности четырех лазеров с накачкой в зависимости от длины волокна, где входные мощности для предполагается, что мощность накачек составляет 0,25 Вт, 0,2 Вт, 0,017 Вт и 0,015 Вт соответственно. Из рисунка видно, что накачка 1 ослабляется больше всего, поскольку она имеет самую высокую частоту. Кроме того, накачка – 4 имеет самую низкую частоту и, следовательно, усиливается за счет других мощностей накачки.

3. Как показано на рис. (4, 5), коэффициент комбинационного рассеяния увеличивается по мере увеличения числа волокон в сердечнике , или уменьшения числа каналов  при том же числе накачки . Кроме того, коэффициент комбинационного рассеяния увеличивается по мере увеличения количества накачек при одном и том же номере канала в сердечнике оптоволоконного кабеля.

Подводя итог, можно сказать, что многократная накачка эффективнее. Комбинационные усилители в оптических сетях доступа с плотным разделением длин волн (DWDM) были смоделированы и параметрически исследованы в широком диапазоне из влияющих параметров с учетом эффекта поляризации. Длина волны и мощность – два основных критерия при проектировании накачки для рамановского усиления. Замечено, что несколько накачек, питаемых на подходящих длинах волн, могут обеспечить желаемый широкополосный и равномерный спектр усиления. Также замечено, что увеличение числа накачек и относительная разница в показателе преломления приводят к улучшению коэффициента комбинационного рассеяния и отношения сигнал/шум (SNR), которые используются для каналов оптической сети (ONCs). Более того, максимальная скорость передачи данных или пропускная способность по каналам оптической сети (ONCs) достигается при увеличении числа накачек и уменьшении длины волны накачки соответственно.