5.4.4. ВОПРОСЫ, СВЯЗАННЫЕ С КОНСТРУИРОВАНИЕМ КОНКРЕТНЫХ СОЛИТОННЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ

Солитонные линии связи способны передать информацию на расстояния км со скоростью, приближающейся к при условии, что потери в световоде скомпенсированы за счет

Рис. 5.15. Схема солитонной линии связи. Солитоны вводятся в «цепочку» световодов, состоящую из многих сегментов длиной На конце каждого сегмента через частотно-зависимый направленный ответвитель в обоих направлениях вводится излучение накачки от непрерывного лазера.

должного усиления солитонов. Наиболее перспективной, по-видимому, является схема с ВКР-усилением [67], схематично изображенная на рис. 5.15. Передача информации осуществляется вблизи длины волны минимальных потерь в световоде (~ 1,56 мкм). Периодически с интервалом используя частотно-зависимый направленный ответвитель, в световод по обоим направлениям вводят непрерывное излучение лазера на длине волны 1,46 мкм. Важными параметрами системы являются скорость передачи информации В, длительность импульса период усиления и полная длина системы которая определяется числом каскадов усиления, при превышении которого распространение солитонов становится неустойчивым. В данном разделе рассматриваются те основные аспекты конструирования, которые определяют параметры системы.

Сначала рассмотрим, существует ли фундаментальное ограничение, накладываемое на систему схемой ВКР-усиления. Когерентное усиление всегда сопровождается спонтанным шумом. Этот шум может приводить к флуктуации времени прихода импульса на детектор. Физически это происходит из-за случайного изменения групповой скорости, возникающего из-за малого случайного сдвига несущей частоты на каждой усиления [100]. Если импульс не поступает в промежуток времени, предназначенный для его (импульса) обнаружения, происходит ошибка. Если вероятность ошибки поддерживается на уровне ниже 10 9, то оказывается [72, 100], что произведение скорости передачи информации на длину системы для световода со смещенной дисперсией ограничена величиной

Эта величина примерно на два порядка больше предела, ограничивающего работу линейных систем (см. разд. 3.4). Неравенство (5.4.13) показывает, что по солитонной линии связи можно передавать информацию в пределах 3000 км со скоростью 10 Гбит/с или в пределах 300 км со скоростью при этом временные флуктуации еще не приведут к ошибке.

Выбор скорости передачи информации определяет расстояние между каскадами усиления, и обычно изменяется как В 2. Это ясно из того, что увеличение В, согласно (5.4.9), приводит к уменьшению длительности импульса что в свою очередь уменьшает период солитона определяемый соотношением (5.2.19). Более точные численные расчеты многокаскадного усиления показывают [68, 72], что распространение солитонов на большие расстояния становится неустойчивым при На практике следует ограничить до величин Используя (5.2.19) и (5.4.9), можно связать со скоростью передачи информации соотношением

где относительное расстояние между солитонами. Для сведения к минимуму взаимодействия между солитонами обычно берут Если использовать световод со смещенной дисперсией ( на длине волны мкм) и использовать значение то произведение из неравенства (5.4.14) ограничено величиной

Величина ограничена потерями в световоде а, и на сигнальной длине волны и на длине волны излучения накачки соответственно. Поскольку мощность излучения накачки непостоянна вдоль световода, энергия солитона может значительно изменяться по длине световода, даже если она и полностью восстанавливается в конце каждого каскада усиления. Численные исследования указывают [68, 72], что для стабильной передачи солитона на большие расстояния вариации в его энергии должны быть менее 20%. При (наименьшие значения, достигнутые к настоящему времени) данные требования ограничивают значениями меньше 50 км. Из экономических соображений должна быть как можно больше. Таким образом, ожидается, что в большинстве случаев находится в пределах 30-50 км.

Рассмотрим пример конкретной конструкции. Для обычного световода с как величина так и уменьшаются в 10 раз по сравнению с соотношениями (5.4.13) и (5.4.15). В результате необходимо будет использовать более низкие скорости передачи информации. Если выбрать рабочее значение периода усиления км, скорость передачи информации Выбирая из уравнения (5.4.9) получаем длительность импульса Значение пиковой мощности, требуемой для возбуждения фундаментального солитона, оценивается из уравнения Если использовать типичные значения (соответствующие эффективной площади сердцевины порядка

то мВт. Полная длина системы ограничена величиной около 600 км из-за шумовых флуктуаций.

Работа солитонной линии связи может быть значительно улучшена за счет использования световодов со смещенной дисперсией Если принять значение скорости передачи информации равной 15 Гбит то из неравенства (5.4.15) следует, что период усиления в то время как из неравенства (5.4.13) видно, что полная длина системы км. Необходимые длительность импульса и значение пиковой мощности для такой системы соответственно. Полная длина системы может быть увеличина до 6000 км за счет уменьшения скорости передачи информации до Если необходимы более высокие скорости, В можно увеличить до но только за счет уменьшения и и Солитонные линии связи, очевидно, способны обеспечить передачу информации на расстояния км со скоростями Практической демонстрацией такой возможности явился эксперимент [75], в котором -пикосекундные импульсы могли циркулировать по -километровой волоконной петле до 96 раз без значительного увеличения своей деятельности. Во время каждого цикла ВКР-усиление практически компенсировало потери в световоде. В этом эксперименте было показано, что солитоны можно передавать на расстояние более 4000 км. Реализация солитонных систем связи потребует тем не менее дальнейшей разработки частотно-зависимых ответвителей и лазеров накачки.