3.4. ПРИМЕНЕНИЯ В ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

В волоконно-оптических системах связи информация передается по - волокну в виде закодированной последовательности оптических импульсов, длительность которых определяется скоростью передачи В (бит/с) системы. Дисперсионное уширение импульсов нежелательно, так как оно мешает приему сигналов, приводя к ошибкам при передаче информации. Ясно, что ДГС будет ограничивать скорость передачи В и длину линии передачи волоконно-оптической системы связи. Удобной мерой, характеризующей информационную емкость линии связи, является произведение скорости передачи на длину линии передачи информации . В этом разделе рассматривается, как ДГС ограничивает величину

Сначала рассмотрим случай, когда уширение импульса определяется главным образом большой спектральной шириной источника Для гауссовского импульса без частотной модуляции коэффициент уширения можно получить на основании уравнения (3.3.13). Предполагая вклад пренебрежимо малым и считая V» 1, получаем

где - длина световода. Если то благодаря ДГС произведение ограничено величиной

где полная спектральная ширина и -максимально допустимый коэффициент уширения. В качестве иллюстрации рассмотрим случай, когда источником является многомодовый полупроводниковый лазер [21], для которого Если система работает на длине волны, соответствующей минимальным потерям в световоде, то Предположим, что конструкция системы требует, чтобы импульс уширялся не более чем на 20% от начальной длительности при распространении в световоде, т.е. Для таких значений из уравнения (3.4.2) следует, что Для световода длиной 50 км ДГС ограничивает скорость передачи относительно низкой величиной, около Однако если многомодовый полупроводниковый лазер работает на длине волны вблизи нуля дисперсии (1,3 мкм), то можно добиться величины дисперсии что позволит увеличить предел произведения до км). Тогда многомодовые лазеры можно использовать вплоть до скоростей передачи 2 Гбит/с на 50 км.

В волоконно-оптических системах связи, работающих на длине волны 1,55 мкм. чтобы уменьшить действие ДГС, можно идти двумя путями. Во-первых, использовать световоды со смещенной дисперсией (см. разд. 1.2.3), в которых длина волны минимальной дисперсии совпадает с длиной волны минимальных потерь. И, во-вторых, использовать полупроводниковые лазеры, работающие преимущественно на одной продольной моде, так чтобы спектральная ширина источника в непрерывной генерации была ниже 100 МГц [21]. Для таких лазеров в уравнении (3.4.2) под понимается уже ширина спектра импульса. Если гауссовский импульс не имеет частотной модуляции, то В. Тогда из уравнения (3.4.2) следует, что при некритична вплоть до скоростей передачи

Таких впечатляющих параметров, вообще говоря, трудно достичь, если для получения закодированной последовательности битов полупроводниковый лазер модулируется непосредственно. Дело в том, что импульсы, излучаемые лазером с прямой модуляцией током, обладают частотной модуляцией, поэтому при рассмотрении дисперсионного уширения импульсов необходимо учитывать влияние частотной модуляции. В случае частотно-модулированного гауссовского импульса выходная длительность импульса связана с начальной длительностью уравнением (3.2.18). В разд. 3.2 было показано, что такие импульсы сначала могут сжиматься в зависимости от соотношения знаков параметра и параметра частотной модуляции С. Произведение можно получить из уравнения (3.2.18) при данной величине максимально допустимого уширения. На рис. 3.9 показан предел произведения как функция параметра частотной модуляции С при Для сравнения также приведена кривая, полученная для частотно-модулированных супергауссовских

Рис. 3.9. Ограниченное дисперсией произведение скорости передачи на длину передачи для случаев частотно-модулированного гауссовского импульса (сплошная линия) и супергауссовского импульса (штриховая линия) в зависимости от параметра частотной модуляции С.

импульсов при в уравнении (3.2.23). В обоих случаях длина на который импульс уширяется на 20%, получается при (длительности импульса, соответствующей скорости передачи Как и следует ожидать, произведение меньше для супергауссовского импульса, поскольку при распространении в световоде такие импульсы уширяются быстрее, чем гауссовские (см. рис. 3.5).

На рис. 3.9 особенно заметно, что величина произведения при отрицательных значениях частотной модуляции С резко падает. Это происходит из-за того, что уширение импульса растет, когда положительно (см. рис. 3.2). К сожалению, для полупроводниковых лазеров с непосредственной модуляцией, работающих на длине волны 1,55 мкм, С обычно отрицательно и имеет типичную величину около 5-6 [21]. Из рис. 3.9 видно, что для таких значений ограничено величиной км). Поэтому оптические системы связи на длине волны 1,55 мкм часто ограничены дисперсией, даже если в качестве источников используются одномодовые полупроводниковые лазеры. При км такие системы могут работать со скоростью Дальнейшее увеличение скорости возможно на пути использования либо лазеров без частотной модуляции. либо световодов со смещенной дисперсией. Отметим, что произведение максимально при положительном значении по-скольку, когда отрицательно, импульс сначала несколько снижается (см. рис. 3.2). Так как С в полупроводниковых лазерах главным образом отрицательно, наилучшее функционирование

достигается при использовании световодов, имеющих небольшую положительную величину ДГС.