### Лекция 2. Спектр потерь в SM волокнах

Потери в волокне. Потери в центрах окон прозрачности приведены в первой строке таблицы 1. Обычно в спецификациях приводится типовое значение потерь; по специальному заказу могут быть поставлены SM волокна с меньшими потерями порядка 0.18…0.19 дБ/км на λ = 1550 нм и 0.31…0.32 дБ/км на λ = 1310 нм.

Таблица № 1 - Потери в SMF - 28 (Corning)

В первой строке таблицы 1 приведены значения потерь в прямом волокне на нескольких длинах волн. При λ < 1600 нм потери ограничиваются в основном релеевским рассеянием и уменьшаются с увеличением длины волны ~ 1/ λ 4. Поэтому на λ = 1550 нм потери меньше чем на λ = 1310 нм.

Во второй строке таблицы 1 приведены значения потерь, возникающих при намотке волокна на оправку. Видно, что потери быстро увеличиваются с уменьшением радиуса намотки. Так, если при намотке 100 витков на оправку диаметром 75 мм, они не должны превышать 0.05 дБ (на λ = 1550 нм), то при намотке только одного витка на оправку примерно вдвое меньшего диаметра (32 мм) допустимая величина потерь уже на порядок больше (0.5 дБ).

Диаметры оправок и число витков выбраны не случайно. Диаметр намотки (75 мм) соответствует общепринятому минимальному радиусу изгиба, при котором ещё не возникает повреждений из-за статической усталости волокон, а число витков (100) примерно равно числу изгибов оптического кабеля на длине ретрансляционного участка. При проведении рутинных (многократно повторяющихся) измерений удобно использовать только один виток, но меньшего диаметра (32 мм).

Спектры потерь в изогнутых и “прямых” волокнах могут существенно различаться. Если в прямом волокне потери на λ = 1550 нм меньше чем на λ = 1310 нм, то для потерь, вносимых при изгибе волокна, ситуации обратная. Происходит это потому, что чем больше длина волны, тем большая её часть выходит в оболочку и тем сильнее эта волна высвечивается при изгибе волокна. Поэтому обеспечить условие того, чтобы приращение потерь при намотке на оправку не превышало 0.05 дБ, труднее всего на более длинной волне 1550 нм.

В третьей строке таблицы 1 приведены значения длины волны отсечки в первичном покрытии и в волокне после его укладки в оптический кабель. Длина волны отсечки волокна в кабеле (< 1260 нм) выбрана в соответствии с рекомендациями G.652 (она была меньше самой короткой длины волны рабочего диапазона). При таком выборе длины волны отсечки в кабеле одномодовый режим должен выполняться для всех рабочих длин волн.

Длина волны отсечки волокна в первичном покрытии может быть и больше самой короткой длины волны рабочего диапазона. Предполагается, что после укладки в кабель она станет меньше 1260 нм. Естественно, это требует проверки.

Как видно из первой строки таблицы 1, потери в пике поглощения примесей ОН (λ = 1383) намного превышают потери на λ = 1310 нм и λ = 1550 нм. В результате значительная часть диапазона длин волн между 1310 нм и 1550 нм оказывается недоступной для связи. В последних разработках SM волокон за счет улучшения технологи очистки от водяных паров удалось снизить потери в “водяном” пике на λ = 1383.

Волокна без «водяного пика» (LWPF – low water peak fiber) производятся несколькими компаниями: AllWave (Lucent Technologies, теперь OFS), SMF-28e (Corning), SMR (Pirelli). Потери в водяном пике уменьшены до величины 0.31 дБ/км, что меньше, чем потери во втором окне прозрачности на λ = 1310 нм (0.35 дБ/км) (рис. 1). В результате появилась возможность создавать системы, работающие в пятом окне (S) прозрачности (1480...1520 нм), и в широком диапазоне длин волн (Е) находящимся между вторым и пятым окном прозрачности (1360…1460 нм). Этот новый диапазон длин волн назвали расширенным (Extended) и обозначают буквой Е.

SM волокна без водяного пика поглощения на λ = 1383 обладают следующими основными преимуществами:

Становится доступным целиком весь диапазон длин волн от 1280 нм до 1625 нм, что примерно на 50 % больше, чем с обычным SM волокном.

Позволяет использовать рабочую длину волны вблизи 1400 нм, где коэффициент дисперсии у SM волокна ещё не слишком велик и не ограничивает возможность передачи данных со скоростью 10 Гбит/с (STM-64).

Число каналов в системе CWDM (система спектрального уплотнения с большим интервалом (20…25 нм) между каналами) может быть увеличено на 33 % (до 16 каналов).

Интересно, что с LWPF волокнами связывают возможность изменения концепции наращивания пропускной способности линии - вместо резервирования «темного волокна» можно будет использовать длину волны излучения в DWDM или CWDM системе.

Геометрические параметры. Величина полных потерь в линии связи определяется не только потерями в волокне, но и потерями в сростках волокон. Потери в сростках волокон тем меньше, чем меньше допуски на геометрические параметры волокон и на диаметр модового пятна. Геометрические параметры и значения диаметров модовых пятен для волокна SMF - 28 приведены в таблице.2.

Таблица.2- Геометрические параметры SMF - 28

SM волокно с большой площадью модового пятна

Возможность создания DWDM систем с большим числом спектральных каналов (100…300) и пропускной способностью порядка нескольких Тбит/с ограничивается нелинейными эффектами в волокне. Для уменьшения влияния нелинейных эффектов необходимы волокна с большой площадью модового пятна. Кроме того, необходимо, чтобы величина дисперсии и наклоны дисперсионной характеристики у основного и компенсирующего волокна были согласованы.

Для этих целей компания Hitachi создала SM волокно с большой площадью модового пятна (LESMF – large effective area single mode fiber) и DC волокно с специально подобранной величиной дисперсии и наклона коэффициента дисперсии (DSCF – dispersion and its slope compensation fiber) (см. таблица 3).

Таблица 3- Характеристики LESMF и DSCF волокон

Участок линии с LESMF и DSCF волокнами изображен на рисунке 1. На выходе усилителя для уменьшения влияния нелинейных эффектов устанавливается 40 км SM волокна с большой эффективной площадью модового пятна. Его дисперсия компенсируется с помощью 20 км специально изготовленного DC волокна.

Рисунок 1- DWDM система с большой пропускной способностью.
Нелинейные эффекты ослаблены за счет большой эффективной
площади модового пятна волокна LESMF

Так как площади модовых пятен соединяемых волокон сильно различаются, то в месте их соединения возникают большие потери (~ 0.9 дБ). Эти потери удалось уменьшить до 0.26 дБ, применив мостовую схему сварного соединения волокон (рисунок 2). При этом качестве промежуточного волокна использовалось NZDS волокно с диаметром модового пятна 8ю3 мкм.

Рисунок 2- Мостовая схема сварного соединения волокон LSMF с большой(112 мкм2)
и DSCF c малой (30 мкм2) площадью модовых пятен