CC BY
4ВКВ0-2023- ВОЛС
ВЛИЯНИЕ ЧЕТЫРЕХВОЛНОВОГО СМЕШЕНИЯ НАКАЧЕК РАМАНОВСКИХ УСИЛИТЕЛЕЙ В ВОЛОКНЕ NZ-DSF НА РАБОТУ ВОЛС
1 2* 13 1 12 1
Ремизова А.С. ' , Старых Д.Д. ' , Шихалиев И.И. , Наний О.Е. ' , Трещиков В.Н.
1 ООО «Т8 НТЦ», г. Москва 2 Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, г. Москва 3Московский физико-технический институт (государственный университет), г. Долгопрудный * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-76-77
Основным типом усилителей, использующихся в волоконных оптических линиях связи (ВОЛС) являются эрбиевые усилители (EDFA). Механизмом усиления в них является вынужденное излучение. Достоинство таких усилителей заключается в большом коэффициенте усиления, недостаток - ограниченная спектральная полоса усиления, связанная с энергетическими уровнями эрбия. Кроме того, этот тип усилителей относится к точечным (в масштабах всей линии связи), которые не могут компенсировать уменьшение отношения сигнал/шум (OSNR), вызванное затуханием сигнала в пролете.
Расширить спектральные области усиления оптических сигналов при одновременной частичной компенсации уменьшения OSNR позволяют распределенные ВКР-усилители (Вынужденное комбинационное рассеяние/ Рамановские усилители). Теоретически, ВКР-усилители позволяют использовать для передачи сигналов в ВОЛС все диапазоны прозрачности кварцевого волокна.
В настоящее время основным диапазоном для передачи данных является C-диапазон, реже C+L-диапазоны. Длины волн накачек рамановского усилителя лежат в конце E-диапазона и начале-середине S-диапазона (примерно 1420-1480 нм). Одной из главных задач при проектировании линий связи с рамановскими усилителями является расчет спектра усиления. Этот вопрос хорошо изучен для линий, на основе стандартного одномодового волокна [1] (SSMF [2]). Однако в линиях, на основе волокна с ненулевой смещенной хроматической дисперсией (NZ-DSF G.655 [3]), решение этой задачи становится значительно более сложным из-за усиления нелинейных эффектов на длине волны накачки в таких волокнах.
Главное отличие двух типов волокон заключается в значении хроматической дисперсии. Для SSMF длина волны нулевой дисперсии меньше или равна 1320 нм, для NZ-DSF разных типов может лежать в пределах от 1440 до 1480 нм (NZ-DSF(+) с положительной ненулевой смещенной дисперсией в C-диапазоне). Длина волны нулевой дисперсии в волокне NZ-DSF попадает в область длин волн накачек рамановского усилителя, что приводит к усилению таких нелинейных эффектов, как четырехволновое смешение (ЧВС) и модуляционная неустойчивость.
Процесс ЧВС в телекоммуникационных волокнах сам по себе хорошо изучен, однако в линиях с рамановским усилением существует взаимодействие ВКР и ЧВС между собой, что осложняет описание поведения сигналов, распространяющихся по волокну [4]. Одновременное действие этих двух эффектов приводит к перераспределению мощности накачек в спектре и, как следствие, может привести к искажению спектра усиления каналов в многоканальных ВОЛС по сравнению со стандартным волокном [5]. Поскольку в значительной части действующих ВОЛС используется волокно NZ-DSF и с учетом ведущихся сейчас работ по их модернизации, заключающейся в переходе на многоуровневые форматы, возникла необходимость использования в таких линиях связи распределенных рамановских усилителей.
Цель данной работы - экспериментальное и численное исследование влияния эффектов ВКР и ЧВС на спектральные характеристики накачки и работу ВОЛС на основе волокна с ненулевой смещенной дисперсией.
В данной работе проведено экспериментальное исследование перераспределения мощности источников излучения в области волокна с нулевой хроматической дисперсией при распространении вдоль линии связи, продемонстрированы отличия спектров накачек для волокон SSMF и NZ-DSF (рис. 1а). Численное исследование позволило исследовать спектр узкополосных и широкополосных источников на выходе из волокна в области нулевой хроматической дисперсии. Проведен анализ спектра КУ рамановского усилителя в присутствие эффекта четырехволнового смешения, проработаны общие правила использования ВКР-усилителей в NZ-DSF волокне.
На рисунке 1б приведено экспериментальное сравнение спектров ВКР-накачек на выходе из волокна NZ-DSF (длина волны нулевой дисперсии около 1450 нм) при разных входных мощностях.
76 №6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023vv» [email protected]
ВКВО-2023- ВОЛС
На рисунке 2 приведен пример из эксперимента искажения спектра ВКР-накачек из-за ЧВС в волокне по сравнению со спектром на входе волокна (длина волны нулевой дисперсии около
1450 нм). А2, А3 - обозначают длины волн ВКР-накачек, - обозначают компоненты ЧВС, образовавшиеся в результате взаимодействия накачек по правилу = Хх + Ау -
Рис.1. (а) Сравнение спектров на выходе из волокна SSMF и NZ-DSF, (б) сравнение спектров на выходе волокна NZ-DSF в зависимости от входной мощности
1400 1420 1440 1460 1480
д, нм
Рис.2. Сравнение спектров на выходе из волокна NZ-DSF и ослабленного входного излучения в случае
трех ВКР-накачек
Литература
1. Листвин А.В., Листвин В.Н., Швырков Д.В., М.: ЛЕСАРарт. 98
2. ITU-T Rec. G.652. Characteristics of a single-mode optical fibre cable
3. ITU-T Rec. G.655. Characteristics of a non-zero dispersion-shifted single-mode optical fibre cable
4. Agrawal G.P. John Wiley & Sons, 2012
5. Bromage J., // Journal of lightwave technology. 2004 Jan 1;22(1): 79
№6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023»
