§ 4. Вынужденное рассеяние Романа (srs)
Физическая причина явления вынужденного рассеяния Рамана состоит в полощении фотона молекулой, использовании части энергии фотона на возбуждение колебаний этой молекулы, а оставшейся части энергии - на испускание фотона с более низкой частотой. Этот эффект используется для усиления сигналов в спектральных каналах DWDM систем, так как он обладает широкой полосой усиления (50.. .100 нм, для разных типов волокон), что даже шире полосы усиления эрбиевого усилителя (~40 нм).
Пороговая величина мощности PR (при которой примерно половина мощности преобразуется в сигнал более низкой частоты) определяется выражением
РRLэфф (16Аэфф/gR) 17 Вт км. (3.9)
При типичном значении Lэфф = 20 км (λ = 1550 нм) получаем PR 1 Вт, что заметно больше общей выходной мощности эрбиевого оптического усилителя (-23 дБм). Более того, в DWDM системе мощность в спектральном канале еще меньше, так как общая выходная мощность оптического усилителя должна быть разделена между всеми каналами системы.
Таким образом, SRS, в отличие от SBS, не ограничивает непосредственно величину мощности вводимой в волокно. Однако SRS играет важную роль в волоконной связи, так как обеспечивает возможность усиления сигналов в широкой полосе частот смещенной в длинноволновую сторону относительно длины волны накачки на величину -13 ТГц (100 нм). Примерный вид спектров усиления в основных типах кварцевых волокон показан на рис. 3.10.
Рис. 3.10. Спектры романовского усиления в кварцевых волкнах
Рамановский усилитель. В отличие от оптических усилителей с примесями редкоземельных элементов, рамановские усилители обеспечивают усиление сигналов практически на любой длине волны, что делает их особенно привлекательными в будущих широкополосных системах DWDM. Кроме того, усиление в них распределено по длине волокна (примерно на 20 км), и сигнал из-за потерь в волокне уменьшается не так сильно, как при использовании обычных оптических усилителей (рис. 3.11), что позволяет добиться лучшего отношения сигнал/шум. Конструктивно рамановский усилитель выглядит просто, и для его создания необходим практически только источник накачки на соответствующей длине волны.
Рис.3.11. Схема романовского усиления сигнала в линии связи
Перекрестные помехи возникают, когда по волокну передаются сигналы на двух или больше длинах волн. При этом сигналы на длинных волнах усиливаются за счет ослабления сигналов на коротких длинах волн. В DWDM системе со многими близко расположенными спектральными каналами это приводит к появлению наклона в спектре передаваемой мощности (рис. 3.12), величина которого пропорциональна мощности в канале. Так как мощность в каналах системы не должна сильно различаться (типичное значение запаса мощности 0.5... 1 дБ), то SRS приводит к ограничению максимальной мощности в канале (обратно пропорциональной квадрату числа каналов).
Рис. 3.12. Разность коэффициентов усиления между 20 каналами в NZDS волокне длиной 100 км и мощностью в каждом канале 1.5 мВт