§ 4. Sm волокно с большой площадью модового пятна

Возможность создания DWDM систем с большим числом спектральных каналов (100...300) и пропускной способностью порядка нескольких Тбит/с ограничивается нелинейными эффектами в волокне. Для уменьшения влияния нелинейных эффектов необходимы волокна с большой площадью модового пятна. Кроме того, необходимо, чтобы величина дисперсии и наклоны дисперсионной характеристики у основного и компенсирующего волокна были согласованы.

Для этих целей компания Hitachi создала SM волокно с большой площадью модового пятна (LESMF - Large Effective Area Single Mode Fiber) и DC волокно с специально подобранной величиной дисперсии и наклона коэффициента дисперсии (DSCF - Dispersion and its Slope Compensation Fiber) (см. таблица № 2.4).

Таблица № 2.4. Характеристики LESMF и DSCF волокон

Тип волокна		LESMF	DSCF
Потери на X = 1 550 нм	дБ/км	0.183	0.266
Длина волны отсечки в кабеле	нм	1370	1266
П отери при намотке на катушку 20 мм	дБ/м	4.0	н/д
Коэффициент дисперсии на λ = 1 550 нм	пс/(нм км)	20.0	-41.1
Наклон коэффициента дисперсии	пс/(нм^2 км)	0.064	-0.13
RDS (наклон/дисперсия)	1/нм	0.0032	0.0032
Диаметр медового пятна	мкм	12	6.2
Площадь модового пятна	мкм^2	112	30
PMD	пс/км^1/2	0.022	0.043

Участок линии с LESMF и DSCF волокнами изображен на рис. 2.6. На выходе усилителя для уменьшения влияния нелинейных эффектов устанавливается 40 км SM волокна с большой эффективной площадью модового пятна. Его дисперсия компенсируется с помощью 20 км специально изготовленного DC волокна.

Так как площади модовых пятен соединяемых волокон сильно различаются, то в месте их соединения возникают большие потери (≈0.9 дБ). Эти потери удалось уменьшить до 0.26 дБ, применив мостовую схему сварного соединения волокон (рис. 2.7). При этом в качестве промежуточного волокна использовалось NZDS волокно с диаметром модового пятна 8.3 мкм.

Рис. 2.6. DWDM система с большой пропускной способностью. Нелинейные эффекты ослаблены за счет большой эффективной площади медового пятна волокна LESMF

Рис. 2.7. Мостовая схема сварного соединения волокон LESMF с большой(112 мкм²) и DSCF смолой (30мкм²) площадью модовых пятен

§ 5. Потери и геометрические параметры sm волокон, представленных на российском рынке

В большинстве российских линий связи длина ретрансляционного участка ограничивается потерями (оптические усилители не используются). Потери в линии зависят не только от потерь в волокнах, укладываемых в линию, но и от потерь в сростках этих волокон. Сращивание или сварка волокон, вероятно, является самой важной и самой дорогостоящей из всех операцией, которые приходится выполнять с волокном в полевых условиях. Она требует дорогого оборудования, квалифицированных операторов и периодических переделок.

Геометрические параметры волокон в значительной степени определяет возможность получения высококачественного сварного соединения. Поэтому не только потери в волокнах, но и допуски на их геометрические параметры являются основными критериями, по которым проводится сравнение SM волокон. Как видно из таблицы № 2.5, все компании стремятся уменьшить потери во втором и третьем окнах

Таблица № 2.5. Потери и геометрические параметры SM волокон, представленных на российском рынке

Параметры	Cor- ning	Lu- cent (OFS)*	Sumi- tomo	Hi- tachi	Fuji- kura	Furu- kawa (OFS)	Pirelli	Alca- tel
Потери дБ/км, λ = 1310 нм λ = 1550 нм	0.34 0.20	0.35 0.22	0.35 0.22	0.35 0.21	0.34 0.23	0.35 0.22	0.34 0.20	0.34 0.21
Диаметр намотки**, мм	50	75		75	75	75	60	60
Допуск на диаметр моды, мкм	+ 0.4	+ 0.5	+ 0.5	+ 0.4	+ 0.5	+ 0.5	+ 0.5	+ 0.5
Эксцентриситет сердцевины, мкм	0.5	0.8	1.0	0.5	0.6	1.0	1.0	0.6
Радиус собственного изгиба, м	4	2	4	4		4		4
Допуск на диаметр покрытия, мкм	±5	±10	±10	5	±7.5	+ 10	10	±10
Перемотка с удлинением, %	1	1	1.2	1	1	1	1	1

* Компания Lucent Technologies (США) продала в 2001 г. весь свой оптико-волоконный бизнес компаниям Furukawa Electric (Япония) и CommScope (США). Новая компания теперь имеет название OFS - Optical Fiber Solution - в переводе на русский это звучит как Оптико-Волоконные Решения.

** При намотке 100 витков волокна на этот диаметр потери на λ = 1550 нм увеличиваются на 0.05 дБ.

прозрачности и потери на изгибе волокон, а также снизить допуски на диаметр медового пятна и на геометрические параметры волокон. В своих спецификациях большинство компаний обычно приводит максимальное значение потерь. Так, например, компания Hitachi в своей спецификации на SM волокно в графе потери на λ = 1310 нм указывает: max. 0.35...0.40 дБ/км, а на λ = 1550 нм: max. 0.21...0.25 дБ/км. В то же время, как видно из гистограмм, приведенных на рис. 2.8, среднее значение потерь в этих волокнах меньше: 0.33 дБ/км на А. = 1310 нм и 0.2 дБ/км на λ = 1550 нм. Поэтому компании, производящие волокно по специальному заказу, могут поставлять волокна с потерями меньшими, чем указывается в спецификациях (порядка 0.18..0.19 дБ/км на λ = 1550 нм и 0.31.. 0.32 дБ/км на λ = 1310 нм).

Рис. 2.8. Гистограммы распределения потерь на длинах волн 1310 нм и 1550 нм в SМ волокнах производства компании Hitachi

В заключение раздела приведем наиболее показательные графики, иллюстрирующие прогнозы по инсталляции одномодовых волокон (рис. 2.9). Как уже говорилось, основной объем приходится на долю SM волокон. В России это почти исключительно SM волокна, а в США и Японии заметную долю составляют NZDS волокна.

Рис. 2.9. Количество одномодовых волокон (миллионы километров), инсталлируемых в линии связи (в России и по всему миру)