Podręcznik

Światłowód jednomodowy spisuje się doskonale dla niewielkich prędkości transmisji ze względu na najmniejsze tłumienie. Niestety przy większych prędkościach transmisji daje o sobie znać dyspersja. Powstaje pytanie jak sobie z tym problemem poradzić? Opracowano technologię światłowodów o ujemnym współczynniku dyspersji. Światłowody takie mogą być odcinkami wprowadzane do toru transmisyjnego, aby kompensować efekty dyspersji. Jak już wspomniano wcześniej istnieje grupa światłowodów o specjalnym profilu rdzenia, dzięki czemu w ostatnich latach kilkukrotnie udało się zmniejszyć wartość współczynnika dyspersji. Jednakże nadal w łączach dalekiego zasięgu o dużej przepływności pojawia się problem dyspersji. Rozwiązaniem jest jej kompensacja. Poniżej omówione zostaną dwie najpopularniejsze metody:

• zastosowanie światłowodu o ujemnym współczynniku dyspersji;
• zastosowanie światłowodowej siatki Bragga;

Rysunek 12 Zasada kompensacji dyspersji w łączu światłowodowym przy użyciu światłowodu kompensującego

Najczęściej stosowaną spośród wyżej wymienionych metod jest zastosowanie światłowodu kompensującego DCF (ang. Dispersion Compensation Fiber), który można kupić w odcinkach o dowolnej długości lub w gotowych modułach – DCM (ang. Dispersion Compensation Modules), ale tu nie ma dowolności. Zaletą stosowania tej metody jest to, że światłowód zawsze kompensuje sygnał dla wielu długości fali świetlnej. Jeżeli początkowo łącze będzie obsługiwało np. cztery kanały, a po jakimś czasie dołączymy kolejne to nie będzie problemu z kompensacją. Światłowody kompensujące umieszcza się w łączach lądowych zwykle w „puszkach” i nie są one rozwijane. Rozwiązanie to umożliwia łatwą rozbudowę i modernizację łącza. Można je kupić na metry lub w postaci gotowego modułu. Moduły są wykonywane dla standardowej długości włókna SMF i głównym ich parametrem jest długość odcinka kompensowanego, dyspersja oraz tłumienność. Ponadto na rynku istnieje wiele światłowodów kompensujących dyspersję, jednym z bardziej popularnych jest włókno DCF38 dedykowane do kompensacji dyspersji pochodzącej z włókna Corning SMF-28+. Podstawowe parametry włókien i modułów kompensujących dyspersję i przedstawiono w poniższych tabelach.

Tabela 2 Podstawowe parametry włókien kompensujących dyspersję

Tabela 3 Podstawowe parametry modułów kompensujących dyspersję (wartości dla pasma 1525-1565 nm)

Kolejną zaletą stosowania światłowodów DCF czy modułów DCM jest prostota ich podłączenia, są to elementy transmisyjne wyposażone w złączki LC/PC, SC/PC lub FC/PC. Jedyną wadą jest duże tłumienie, oczywiście można ograniczyć długość medium kompensującego poprzez zastosowanie włókien o niskim współczynniku dyspersji, wielu producentów ma w swojej ofercie światłowody, których współczynnik dyspersji mieści się w zakresie 2,5 – 6 ps/km/nm. Elementy nadają się zarówno do łącz DWDM, jak i CATV.

Rysunek 13 Charakterystyka współczynnika dyspersji chromatycznej w funkcji długości fali dla światłowodu DCF

Drugim rozwiązaniem są światłowodowe siatki Bragga. Są to kawałki jednomodowego światłowodu o długości od kilku milimetrów do centymetra, które zostały odpowiednio oświetlone promieniowaniem UV. Wskutek czego w rdzeniu światłowodu powstało zaburzenie współczynnika załamania.

Jeżeli do siatki dociera impuls o szerokim widmie, to siatka odbija tylko częstotliwość pożądaną a pozostałe przepuszcza. Dzięki czemu do układu trafia już wąski zakres częstotliwości fali. W przeciwieństwie do wcześniej omawianych światłowodów dyspersyjnych siatki Bragga są elementami odbiciowymi i potrzebnym jest zamontowanie w torze dodatkowego elementu zapobiegającemu cofaniu się wiązki do toru. W tym celu stosuje się cyrkulatory, urządzenia czystooptyczne posiadające trzy lub cztery porty. Służą one do przełączania sygnału między portami. W naszym przypadku należy zastosować cyrkulator trzyportowy, gdzie transmisja odbywa się z portu pierwszego do drugiego i z portu drugiego do portu trzeciego. (Warto wspomnieć, że tego typu rozwiązania stosuje się w łączach dwukierunkowych). Tłumienie takiego cyrkulatora to nie więcej niż 1 dB.

Rysunek 14. Zasada kompensacji dyspersji w łączu światłowodowym przy użyciu światłowodu kompensującego

Wadą tych systemów jest to, że jedna siatka kompensuje tylko sygnał z jednego lasera. W przypadku łącz wielokanałowych należy użyć wielu siatek, a przy dołączeniu kolejnych laserów należy również do toru dołączyć kolejne siatki. Poza tym jeżeli długość łącza ulegnie zmianie to nie ma możliwości zmienić ustawień siatki tylko trzeba zastosować nową. Zaletą jest na pewno niewielkie tłumienie, gdyż razem z cyrkulatorem nie przekracza 1,5 dB.

Chcąc wyznaczyć długość światłowodu potrzebnego do kompensacji dyspersji w torze światłowodowym należy skorzystać z następującej zależności:

$\Sigma_i L_i \cdot D_i = 0 \qquad$(4.15)

gdzie

L_i – długość światłowodu

D_i – współczynnik dyspersji

W pierwszym przypadku wyznaczmy zależność dla toru składającego się ze światłowodu SMF i światłowodu kompensującego DCF.

$L_{DCF} = - \frac{L_{SMF} \cdot D_{SMF}}{D_{DCF}} \qquad$(4.16)

gdzie:

L_DCF – długość światłowodu kompensującego,

D_DCF – współczynnik dyspersji światłowodu kompensującego,

L_SMF – długość światłowodu SMF

D_SMF – współczynnik dyspersji światłowodu SMF.

Jeżeli kompensację wykonujemy przy użyciu siatki Bragga należy wyznaczyć jej parametr (Total Compensating Dispersion) wyrażony w [ps/nm], po przekształceniu wzoru (4.16) otrzymujemy:

$D_{Bragg} = - L_{SMF} \cdot D_{SMF} \qquad$(4.17)