9.4. ПРИМЕНЕНИЯ В СИСТЕМАХ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Поскольку порог ВРМБ в системах оптической связи может быть довольно низким в световоде с потерями и дБ км), важно представлять, как действует ВРМБ в таких системах Эффект ВРМБ может использоваться в системах связи для усиления, но может являться и паразитным. Оба случая будут рассмотрены в данном разделе

Начнем с нежелательных эффектов, обусловленных ВРМБ: Если мощность излучения в световоде превышает порог ВРМБ, заметная часть мощности преобразуется в стоксово излучение, распространяющееся в обратном направлении. Это нежелательно по двум причинам. Во-первых, в результате истощения накачки мощность сигнала на приемнике может оказаться намного меньше, чем ожидается в отсутствие ВРМБ. Во-вторых, стоксово излучение создает обратную связь с передатчиком, которая может дестабилизировать его работу [49. 50]. Таким образом, важно поддерживать мощность в световоде ниже порога ВРМБ Для увеличения уровня сигнала можно повысить порог ВРМБ, для чего предлагалось несколько схем [51-53]. Все эти схемы связаны с увеличением эффективной ширины спектра сигнального излучения, что ведет к падению ВРМБ-усиления (см. (9.1.7)).

Пороговое условие (9.2.6) было получено для непрерывной накачки, спектральная ширина которой много меньше ширины линии ВРМБ-усиления . В системах оптической связи ширина спектра существенно возрастает с возрастанием скорости передачи информации В, с которой модулируется несущее излучение. В этом случае следует ожидать более высокого порога ВРМБ, чем при непрерывном излучении. Величина, на которую возрастает порог, зависит от типа модуляции при передаче данных [54. 55]. Используются три типа модуляции: амплитудная (AM), частотная (ЧМ). фазовая (ФМ). Вычисление порога ВРМБ в общем случае довольно сложное, поскольку требует учета временных зависимостей [54]. Ситуация заметно упрощается, если предположить, что скорость передачи информации В много больше полосы ВРМБ-усиления Правда, и в этом случае остается трудность, состоящая в том, что в реальной системе связи последовательность нулей и единиц не задана раз и навсегда, а, естественно, меняется от передачи к передаче. Чтобы учесть это обстоятельство, вместо спектра непрерывной накачки можно рассмотреть спектр случайной последовательности нулей и единиц. Такая замена корректна, поскольку ВРМБ, развиваясь навстречу волне накачки, усредняет флуктуации, зависящие от времени [54, 55].

Неожиданным результатом такого упрощенного анализа является то, что порог ВРМБ для AM и ФМ возрастает лишь в 2-4 раза

Рис. 9.13. Зависимость пикового ВРМБ-усиления от частоты следования импульсов в псевдослучайной ФМ последовательности. Сплошной линией показана расчетная зависимость для полосы усиления шириной 100 МГц [55].

независимо от частоты модуляции. Для ФМ же, напротив, ВРМБ усиление уменьшается с возрастанием скорости передачи В как [55]

и, следовательно, пороговая мощность должна возрастать с увеличением скорости передачи почти линейно. Экспериментальные результаты подтверждают этот вывод [55]. На рис. 9.13 показана измеренная зависимость максимального ВРМБ-усиления от скорости передачи в случае ФМ псевдослучайной последовательности. Кривая, полученная из выражения (9.4.1) при МГц, показана сплошной линией. Видно, что порог ВРМБ для скоростей передачи Гбит с может возрастать более чем на порядок. При таких высоких скоростях передачи даже для AM и пороговая мощность может существенно возрастать в результате уширения спектра полупроводникового лазера при прямой модуляции [49]. Неоднородность модуляции также может повышать пороговую мощность, что и наблюдалось экспериментально в случае частотной модуляции [55]. Таким образом, оказывается, что мощность вплоть до может вводиться в световод без ухудшения характеристик системы, вызванного ВРМБ.

Предыдущие рассуждения относились к одноканальной системе сиязи. В случае многоканальной системы мощность в каждом канале также должна быть ниже порога ВРМБ. Однако ВРМБ в многоканальных системах может приводить и к перекрестным помехам между каналами, если связь осуществляется в обоих направлениях и если разность частот излучения во встречных направлениях близка к величине ВРМБ-смещения на длине волны 1,55 мкм).

ВРМБ приводит к усилению сигнала в одном канале за счет другого [56]. Экспериментально наблюдалось -ное возрастание мощности сигнала в одном канале при мощности во встречном канале всего 0,3 мВт. Однако в отличие от обусловленных ВКР перекрестных помех, обсуждавшихся в разд. 8.2.4, от обусловленных ВРМБ перекрестных помех легко избавиться благодаря малой ширине полосы ВРМБ-усиления МГц), в пределах которой такие перекрестные помехи могут возникать.

Обратимся теперь к возможным применениям ВРМБ в системах оптической связи. Все эти применения связаны с использованием ВРМБ-усиления, которое может действовать при мощностях накачки мВт. Например, можно увеличить длину линии связи (или расстояние между ретрансляторами), если непрерывную накачку вводить в световод навстречу сигналу. Можно также использовать ВРМБ-усиление для увеличения чувствительности приемника. В эксперименте [46] чувствительность приемника была улучшена на 16 дБ, когда сигнал с частотой 90 Мбит/с передавался по световоду длиной 30 км и одновременно усиливался в поле накачки мощностью вводившейся навстречу сигналу. Увеличение чувствительности приемника почти совпадало с величиной ВРМБ-усиления за один проход, которое составляло 16,5 дБ. Это было возможно, поскольку мощность сигнала значительно превышала мощность шума спонтанного МБ-рассеяния в световоде. Если ВРМБ-усиление используется в предусилителе перед приемником, то характеристики усилителя будут ограничиваться спонтанным МБ-рассеянием. Шумовой фактор волоконных ВРМБ-усилителей довольно велик из-за I большой населенности акустических фононов при комнатной температуре [46]. Этот фактор может ограничивать их применение в качестве предусилителей.

Узкая полоса ВРМБ-усиления может быть полезной для селективного усиления небольшой порции спектра сигнала. Это свойство было использовано в в которой чувствительность приемника увеличивалась за счет усиления несущей частоты, в то время как боковые полосы не усиливались. По принципу работы схема подобна гомодинному детектору, за исключением того, что усиленная несущая выступает в качестве опорного сигнала. Это позволяет обойтись без осциллятора, сфазированного с передатчиком, что непросто проделать без использования ВРМБ-усиления. При достаточном усилении несущей можно поднять уровень сигнала по сравнению с шумами приемника и достичь чувствительности, ограниченной только квантовым шумом. При идеальных условиях максимальное увеличение чувствительности пропорционально Х/СА, где усиление за один проход, даваемое выражением (9.3.1). При демонстрации описанной выше схемы [43] несущая была усилена на 30 дБ больше, чем боковые полосы, даже при частоте модуляции всего 80 МГц. Таким

образом, представляется вполне достижимым улучшение чувствительности на 15 дБ или более при скорости передачи не менее Основным фактором, ограничивающим скорость передачи в данной схеме, является фазовая кросс-модуляция, поскольку разница между частотами накачки и несущей не равна величине ВРМБ-смещения. Согласно вычислениям [44], для того чтобы флуктуации фазы не превышали 0,1 рад, необходимо, чтобы отклонение частоты несущей от пика усиления составляло не более чем Нелинейный сдвиг фазы может также приводить к нежелательной амплитудной модуляции частотно-модудированного сигнала [47].

Другое применение узкой линии ВРМБ-усиления связано с его использованием в качестве перестраиваемого узкополосного оптического фильтра для селекции каналов в многоканальных системах связи [45]. Если разность частот соседних каналов больше, а скорость передачи меньше, чем ширина полосы усиления то, перестраивая лазер накачки, можно избирательно усиливать данный канал. Эта схема была экспериментально продемонстрирована с накачкой от перестраиваемого лазера на центрах окраски [45]. По световоду длиной 10 км осуществлялась передача по двум каналам со скоростью Каждый канал можно было усилить на 20- 25 дБ при мощности накачки 14 мВт. Важно, что каждый канал можно было детектировать без ошибок (вероятность ошибки когда разность частот каналов превышала 140 МГц. В световоде, использовавшемся в данном эксперименте, составляла МГц, т. е. разность несущих частот соседних каналов, при которой еще не возникают перекрестные помехи, может составлять лишь

Недавно ВРМБ-усиление с накачкой от серийных полупроводниковых лазеров было использовано для одновременного усиления и демодуляции частотно-модулированных сигналов со скоростью передачи около 250 Мбит/с [48]. Демодуляция была возможной благодаря узкой линии ВРМБ-усиления. Данные примеры показывают, что ВРМБ. кроме негативного действия на системы связи, может быть использовано и для их улучшения.