Способ компенсации дисперсии маломодовой волоконно-оптической линии связи
METHOD FOR COMPENSATION OF DISPERSION OF A SINGLE-MODE FIBER-OPTIC COMMUNICATION LINE

Изобретение относится к волоконно-оптической технике связи и может быть использовано для компенсации дисперсии маломодовой волоконно-оптической линии связи.
Известен способ [1-3] компенсации дисперсии маломодовой волоконно-оптической линии связи, заключающиеся в том, что в маломодовое оптическое волокно линии связи последовательно включают модовый демультиплексор и модовый мультиплексор, выходы модового демультиплексора через одномодовые оптические волокна соединяют с соответствующими входами модового мультиплексора, длины одномодовых оптических волокон, соединяющих выходы модового демультиплексора со входами модового мультиплексора, выбирают из условия минимизации дифференциальной модовой задержки, а хроматическую дисперсию компенсируют на приеме в конце линии связи. Поскольку компенсация дифференциальной модовой задержки и хроматической дисперсии осуществляется только по концам линии накопленные на длине линии дифференциальная модовая задержка и хроматическая дисперсия достигают значительных абсолютных величин. Как следствие, совместное действие факторов нелинейности и хроматической дисперсии не приводит к взаимной компенсации, что существенно снижает динамический диапазон линии связи. А большая дифференциальная модовая задержка требует значительных вычислительных ресурсов для совместной обработки модовых каналов по технологии MIMO.
Существенно снизить требования к вычислительным ресурсам на приеме позволяет распределение устройств компенсации дифференциальной модовой задержки вдоль линии [2 - 8]. Однако для этих способов компенсация хроматической дисперсии также осуществляется только в конце линии, что ограничивает динамический диапазон для линии связи.
Увеличить динамический диапазон для волоконно-оптической линии связи позволяют способы [7-14] управления солитонами волоконно-оптической линии связи, заключающиеся в том, что в линии передачи обеспечивают квазисолитонный режим распространения оптических импульсов с управлением дисперсией. Для этого в волоконно-оптической линии передачи периодически включают оптические усилители и регулируют хроматическую дисперсию линии передачи. Волоконно-оптическая линия передачи с «регулируемой дисперсией» - это линия передачи, содержащая оптическое волокно с положительной дисперсионной характеристикой, а также волокно с отрицательной дисперсионной характеристикой, в которой полная дисперсия близка к нулю [12]. При этом параметры сигнала, параметры оптических усилителей и расстояния между ними, период изменения дисперсии и параметры оптических волокон линии связи выбирают так, чтобы в волоконно-оптической линии связи выполнялись условия близкие к условиям распространения солитонов. Данный способ предназначен для одномодовых волоконно-оптических линий связи. Для применения данного способа на маломодовых волоконно-оптических линиях связи необходимо разработать маломодовые оптические волокна для компенсации хроматической дисперсии на рабочих модах в рабочем диапазоне частот, что достаточно проблематично.
Известен способ компенсации хроматической дисперсии [15], заключающийся в том, что в волоконно-оптическую линию связи периодически на ее длине включают линейные оптические усилители, между каскадами линейных оптических усилителей включают компенсирующее оптическое волокно, хроматическая дисперсия которого в рабочем диапазоне длин волн имеет знак, противоположный знаку хроматической дисперсии линейного оптического волокна, и при этом, параметры фундаментальной моды компенсирующего оптического волокна в рабочем диапазоне длин волн и его длина, параметры сигнала и расстояния между усилителями выбираются так, чтобы обеспечить квазисолитонный режим передачи оптических импульсов в волоконно-оптической линии связи для фундаментальной моды в рабочем диапазоне длин волн. Данный способ не предназначен для компенсации дисперсии маломодовой волоконно-оптической линии связи.
Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения.
Эта сущность достигается тем, что согласно способу компенсации дисперсии маломодовой волоконно-оптической линии связи в волоконно-оптическую линию связи периодически на ее длине включают линейные оптические усилители, на которых включают оптическое волокно, компенсирующее хроматическую дисперсию, при этом между каскадами линейных оптических усилителей в маломодовое оптическое волокно последовательно включают модовый демультиплексор и модовый мультиплексор, выходы модового демультиплексора соединяют с соответствующими входами модового мультиплексора через последовательное соединение оптических волокон с положительной и отрицательной хроматической дисперсией для соответствующей моды в рабочем диапазоне длин волн, причем длины этих оптических волокон, их параметры и расстояния между линейными оптическими усилителями выбирают из условия минимизации дифференциальной модовой задержки, хроматической дисперсии и потерь на рабочих модах на усилительном участке на выходе линейного оптического усилителя.
01
11a
11b
01
11a
11b
01
11a
11b
01
11a
11b
01
11a
11b
На фиг.1 приведена схема варианта реализации заявляемого способа. Устройство включает регенерационный участок маломодовой волоконно-оптическую линию связи 1 с маломодовым оптическим волокном 2 и регенераторами 3 на ее входе и выходе, линейные оптические усилители 4 с первым 5 и вторым 6 каскадами линейного оптического усилителя, модовые мультиплексоры 7 и модовые демультиплексоры 8, обеспечивающие мультиплексирование и демультиплексирование мод LP, LP и LP маломодовой линии связи 1, одномодовые компенсирующие оптические волокна 9, с положительной хроматической дисперсией для мод LP, LP и LP маломодовой линии связи 1, соответственно, и компенсирующие одномодовые оптические волокна 10, с отрицательной хроматической дисперсией для мод LP, LP и LP маломодовой линии связи 1, соответственно. Линейные оптические усилители 4 размещены на маломодовой волоконно-оптической линии связи 1 периодически, через заданные расстояния, и включены последовательно в разрез маломодового оптического волокна 2 маломодовой волоконно-оптической линии связи 1. Выход первого каскада 5 линейного оптического усилителя 4 соединен через маломодовое оптическое волокно 2 со входом модового демультиплексора 8, на выходах которого выделяются моды LP, LP и LP маломодовой линии связи 1, соответственно. Выходы модового демультиплексора соединены через последовательно соединенные компенсирующие одномодовые оптические волокна 9 и 10 с соответствующими входами модового мультиплексора 7, который объединяет поданные на его входы моды LP, LP и LP маломодовой линии связи 1 в маломодовом оптическом волокне 2 на его выходе. Поскольку длины компенсирующих одномодовых оптических волокон 9 и 10 и их параметры, а также и расстояния между линейными оптическими усилителями 4 выбираны из условия минимизации дифференциальной модовой задержки, хроматической дисперсии и потерь на рабочих модах на усилительном участке на выходе линейного оптического усилителя 4, имеет место компенсация дисперсии на каждом усилительном участке и на регенерационном участке 1 маломодовой волоконно-оптической линии связи 2 в целом.
В отличие от известного способа, которым является прототип, в предлагаемом способе модовая задержка и хроматическая дисперсия на усилительном маломодовой волоконно-оптической линии связи компенсируются одномодовыми компенсирующими оптическими волокнами отдельно для каждой из мод маломодовой волоконно-оптической линии связи. Это позволяет увеличить динамический диапазон для маломодовой волоконно-оптической линии связи и снизить требования к вычислительным ресурсам на приеме в конце регенерационного участка. А это, в свою очередь, расширяет область применения предлагаемого способа по сравнению с прототипом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Weerdenburg J., Rommel S., et al. Chromatic Dispersion Analysis and Compensation in a Large Core-Count Few-Mode Multi-Core Fiber Based on Optical Vector Network Analysis// Proceedings of OFC 2019, M1E.2.pdf (2019).
2. Ye F., Warm S., Petermann K. Differential Mode Delay Management in Spliced Multimode Fiber Transmission Systems// OFC/NFOEC Technical Digest, OM3B.3.pdf (2013).
3. Maruyama R., Kuwaki N., Matsuo S., Ohashi M. Two mode optical fibers with low and flattened differential modal delay suitable for WDM MIMO combined system// Optics Express, v.22(12), pp. 14311- 14321(2014).
4. Rademacher G., Warm S., Petermann K. Nonlinear interaction in differential mode delay managed mode-division multiplexed transmission systems// Optics Express, v.23(1), pp. 55-60 (2015).
5. Arık S.O., Keang-Po Ho, Kahn J.M. Delay Spread Reduction in Mode-Division Multiplexing: Mode Coupling Versus Delay Compensation// J. of Lightwave Technology, v.33(21), pp. 4504 - 4512 (2015).
6. Arık S.O., Keang-Po Ho, Kahn J.M. Group Delay Management and Multiinput Multioutput Signal Processing in Mode-Division Multiplexing Systems// J. of Lightwave Technology, v.34(11), pp. 2867- 2880 (2016).
7. EP 3110041.
8. US 2013/0216181.
9. GB 2299473.
10. US 5471333.
11. WO 0038356.
12. RU 2173940.
13. RU 2470461.
14. US 5764841.
15. US 5539563.