### Лекция 6 Волокна с отрицательной дисперсией

В волокнах с отрицательной дисперсией ND (Negative Dispersion, - D NZDS G. 655) длина волны нулевой дисперсии смещена за длинноволновый край диапазона C (рис. 9). Величина дисперсии (по модулю) составляет 3-7 пс/нм*км, она достаточна для того, чтобы устранить эффект четы- рехволнового смешения (FWM).

Рисунок 9 - Хроматическая дисперсия D как сумма материальной
DМ и волноводной дисперсий DВ в NZDS волокнах, обладающих
отрицательной (- D NZDS) дисперсией в 3-м (С) окне прозрачности.

Волокна с отрицательной дисперсией применяются в подводных линиях связи с большой длиной регенерационных участков (~1000 км), так как в них отсутствует эффект модуляционной нестабильности. Кроме того, отрицательную дисперсию можно скомпенсировать с помощью положительной дисперсии SM волокон (рис.10), внеся при этом в линию потерь значительно меньше, чем при компенсации положительной дисперсии с помощью модулей с DC волокнами.

При подборе расстояния между оптическими усилителями в подводных и в наземных линиях связи имеется одно существенное отличие. В наземных линиях связи стремятся разместить оптические усилители как можно дальше друг от друга (~ 80 км) - так, чтобы уменьшить стоимость системы. В подводных линиях связи стремятся добиться, как можно большего расстояния между регенераторами, при этом расстояние между оптическими усилителями с целью уменьшения влияния нелинейных эффектов приходится уменьшать (~50 км).

Рисунок 10- Типичная дисперсионная схема подводной линии связи с
использованием волокна с большой площадью модового пятна
(LMF - large-mode field), волокна с малым наклоном дисперсионной характеристики
(RSF - reduce slope fiber) и стандартного одномодового волокна (SM)

Другое важное применение волокна с отрицательной дисперсией находят в городских сетях и сетях средней дальности, где длины участков, как правило, не превышают 300 км. Для передачи данных со скоростью до 2.5 Гбит/с (STM-16) в этих сетях можно использовать SM волокна и DFB лазеры с внешним модулятором. Однако при скорости передачи 10 Гбит/с (STM-64) в сети SM волокнами уже потребуется включать модули для компенсации дисперсии. Это не только дорого, но и представляет определенную техническую проблему, так как в кольцевых линиях направление маршрута данных и, соответственно, длина компенсируемого участка волокна могут изменяться. Применение во- локон с отрицательной дисперсией позволяет не только обеспечить высокую скорость передачи данных в городских сетях и сетях средней дальности, но и снизить стоимость комплекта “оборудование + кабель”.

Экономический эффект достигается за счет того, что с ND волокнами вместо DFB лазеров с внешним модулятором можно использовать более мощные DFB лазеры с прямой модуляцией. При этом стоимость передатчика при использовании DFB лазера с прямой модуляцией получается при- мерно в 10 раз ниже (с учетом стоимости оптического усилителя). Возможность же передачи данных с высокой скоростью связана с тем, что при изменении тока через полупроводниковый лазер, кроме амплитудной модуляции, возникает и ещё и частотная модуляция излучения – положительный чирпинг (chirping) эффект. В волокне с отрицательным коэффициентом дисперсии короткие волны движутся быстрее длинных волн. Поэтому импульс с положительным чирпингом в таком волокне сжимается.

Результаты экспериментальных исследований изменения ширины импульсов (при скорости передачи 2.5 Гбит/с) в SM волокне (положительная дисперсия) и в волокне MetroCore (отрицательная дисперсия) представлены на рисунке 11. Изменение ширины импульсов характеризуется штрафом по мощности: q = = 10 log(Δt2/Δt1), где Δt2/Δt1 – отношение ширины импульса в линии к ширине импульса на входе в линию. Видно, что в SM волокне импульсы уширяются и достигают уровня q = 2 дБ (Δt2/Δt1 = 1.6) на расстоянии порядка 150 км. В то же время в волокне MetroCore, по крайней мере до 400 км, эти же импульсы не уширяются.

Рисунок 11 - Зависимость штрафа по мощности от длины линии
с прямой модуляцией DFB лазера (λ = 1557 нм) со скоростью 2.5 Гбит/с.
Линия с волокном MetroCore длиной 418 км содержит 4 эрбиевых
оптических усилителя с выходной мощностью 3 дБм

Дисперсионные характеристики волокон с отрицательной дисперсией изображены (рисунок 12). В подводных линиях используются волокна TrueWave XL (Lucent Technologies) и SMF-LS (Corning). В городских сетях и сетях средней дальности волокна MetroCore (Corning) и WideLight (Pirelli).

Рисунок 12 - Зависимость коэффициента дисперсии от длины
волны для различных марок волокон с отрицательной
дисперсией в диапазонах С (третье окно) и L (четвертое окно)