Листвин А.В. Оптические волокна для линии связи - файл n2.doc

приобрести
Листвин А.В. Оптические волокна для линии связи
скачать (1095.9 kb.)
Доступные файлы (9):
n2.doc1407kb.02.09.2006 20:11скачать
n3.doc1235kb.02.09.2006 20:02скачать
n4.docскачать
n5.doc105kb.26.06.2003 13:28скачать
n6.docскачать
n7.doc152kb.29.08.2002 15:14скачать
n9.doc124kb.11.08.2002 23:07скачать
n10.doc144kb.09.12.2006 01:45скачать
n11.docскачать

n2.doc

1   2   3   4

FWM

MI


XPM

SBS

SRS


Эффект Керра Эффект Бриллюэна

Эффект Рамана

n = n + n2 I Р1(L) = Р1(L) exp(g I2(0) Lэф)
I = P/Aэф
н = (2/) n2 (Lэф/ Aэф) Р Р1(L) = Р1(0) exp(g Р2(0) (Lэф/ Aэф))
Lэф/ Aэф ~ 2 1014 м-1
n2 ~ 2.6 10-20 м2/Вт gB ~ 4 10-11 м/Вт, gR ~ 7 10-14 м/Вт
н = Lэф Р gB Lэф/ Aэф ~ 104 Вт-1
 = (2/) n2 / Aэф ~ 1.5 (км Вт)-1 gR Lэф/ Aэф ~ 10 Вт-1
н ~ 1, Lэф ~ 20 км, Р ~ 30 мВт qR = gR / Aэф ~ 1 (км Вт)-1

Неупругое рассеяние
Сравнение SBS и SRS



SPBS ширина спектра 30..60 МГц, смещение 11 ГГц.

SPRS ширина спектра 7 ТГц, 55 нм, смещение 13 ТГц.


Механизм SBS


Порог: SBS ~ 1 мВт
PB Lэ  (21 Aэ/gB) (1 + fл /fB)-1 = 0.03 (1 + fл /fB)-1 Вт км,




Способы уменьшения SBS

  1. Уменьшение несущей при АМ ~ 4 дБ

  2. Нарушение когерентности (коническая сердцевина) ~ 7 дБ

  3. Уменьшение несущей при ФМ ~ fB/fл



Механизм SRS



Полная

инверсия

Порог SRS ~ 1 Вт
PR Lэ  (16 Aэ/gR)  17 Вт км

Спектр SRS




Перекрестные помехи из-за SRS




Эффект Керра
Четырехволновое смешение (FWM)




Пример


Эффективность FWM



Фазовая самомодуляция (SPM)



Уширение спектра:  = dн/dt =  (dP/dt) Lэф, солитоны в + D волокне



Зависимость от w


Допустимая мощность в SMF
Рмакс = 21.5 дБм (10 Гбит/с) Рмакс = 28 дБм (2.5 Гбит/с)
Рмакс = Р1 N
Модуляционная нестабильность (MI)




В = 2.5 Гбит/с, Рвх = 9 дБм, L = 600 км, D = + 3 пс/нмкм.

Перекрестная фазовая модуляция (ХРМ)
i = Lэф [Pi + 2 m i Pm].

ФМ + D = АМ

EDFA



Упрощенная схема эрбиевого усилителя


Принцип действия

Стекло с примесью неодима (Nd)
Твердотельный лазер


Лампа накачки




Накачка от многомодового лазерного диода (10 кВт)



Схема уровней энергии ионов эрбия (Er)




Оценка мощности накачки
Энергия на перевод одного иона: Е1 = hc/ ~ 2 10-19 Дж (с = 3 108 м/с,  = 980 нм)

Концентрация ионов 1018…1019 см-3

Энергия на перевод N/2 ионов (N = 1019) из 1 см3: ЕN/2 = Е1 N/2 = 1 Дж/см3

Объем сердцевины (L = 1 м, d = 4 мкм): V = L d2/2 ~ 1 10-4 см3

Энергия на перевод ионов из объема V: ЕV = V ЕN/2 = 10-4 Дж

Подводимая мощность (при  = 10 мс): Pн(0) = ЕV / = 10 мВт


Накачка на  = 1480 нм
Эффективность накачки: 55 % ( = 980 нм), 86 % ( = 1480 нм)
Сечения испускания и поглощения


Уравнения:

dPc = Гс (и N2 - п N1) Рс dz

dPн = - Гн нп N1 Рн dz

N1 + N2 = N0

где Гс = а/Ас, а – площадь сердцевины, Ас – площадь моды

Пояснение: dNф = - Wн dN1 = - Wн N1 а dz,

Wн = нп Фн = нп Iн/h = нп Рн/(Aн h)

Удобная форма записи:

dPc = g Рс dz

g = n2 (g* + ) -

где n2 = N2/N0 g* = Гси N0  = Гннп N0

G(дБ) = 4.34 <g> L= 4.34 [<n2> (g* + ) - ] L

при n2 = 1 G(дБ) = 4.34 g* L

Оценка пороговой мощности (на  = 980 нм):

N2/cп = Wн N1 = нп Рн/(Aн h) N1

N1 = N2 = N0/2 Рпор = Aн h/(нп cп) ~ 2 мВт

Ан ~ 0.5 10-10 м2, h ~ 2 10-19 Дж, нп ~ 5 10-25 м2, cп ~ 12 мс

Оценка длины волокна

dPн = - (N1/N0) Рн dz

Рн >> Рпор  N2 ~ N0  N1/N0 ~ Рпорн

dPн - Рпор dz

Рн(0) >> Рн(L) >> РпорL ~ 1/ н(0)/ Рпор)

 = Гннп N0 = (4/6)2 5 10-25 1025 ~ 2 м-1, Рн(0) = 20 мВт  L = 5 м

Оценка коэффициента усиления

N2 ~ N0G(дБ) = 4.34 g* L = 4.34 (g*/) н(0)/ Рпор)

(g*/) ~ 1, Рн(0) = 20 мВт , Рпор ~ 2 мВт  G ~ 40 дБ

Спектральные характеристики


Шумы EDFA




F = (1/G) [1 + 2 Pсп/(h )] = (1/G) [1 + 2 Nсп]

G >> 1 Pсп ~ F G h 

FEDFA = [2 nсп (G1)/G + 1/G] ~ 2 nсп ~ 2 N2/(N2N1)
Зависимость G и F от входной мощности





Входная мощность, дБм


Схема восстановления сигнала


Зависимость BER от входной мощности при B = 10 Гбит/с


Чувствительность фотоприемников
Pш = F h f [Q2 + Q (f/)1/2]




Формат

Зависимость (BER) от входной оптической мощности при В = 2.5 Гбит/с


Раман


Рс(L) = Рс(0) exp[(gR/2) (Lэфэф) Рн(0)]

GR(дБ) = 10 log[Рс(L)/Рс(0)]

GR(дБ) = 2 gR (Lэфэф) Рн(0)

GR(дБ) = 2 R Lэф Рн(0)

gR ~ 7 10-14 м/Вт, Lэф ~ 20 км = 2 104 м, Аэф ~ 0.8 10-10 м2

R = gRэф ~ 10-3 (м Вт)-1 = 1 (км Вт)-1

GR(дБ)/ Рн(0) ~ 40 дБ/Вт
Схема фотоприемника с рамановским предусилителем


Эквивалентная схема
Feff 2/lnGR

GR = 100 (20 дБ)  Feff ~ 0.44 (- 3.6 дБ)




F = Feff + (FEDFA1)/GR

F = 0.44 + (4 – 1)/100 = 0.47 (- 3.2 дБ)

Pш = F h f [Q2 + Q (f/)1/2]

F = 0.5, h = 1.3 10-19 f = 0.6 В = 6 Ггц, Q2 = 50  Pш = 2 10-8 Вт (- 47 дБм)



1   2   3   4


FWM MI XPM SBS SRS
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации