СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СОЛИТОНАМИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ
METHOD OF CONTROLLING FIBRE-OPTIC COMMUNICATION LINE SOLITARY WAVES

Изобретение относится к области волоконно-оптической техники связи и может быть использовано для увеличения пропускной способности и/или протяженности усилительных или регенерационных участков волоконно-оптических линий связи инфокоммуникационных сетей.
Известны способы [1] управления солитонами волоконно-оптической линии связи, заключающиеся в том, что в волоконно-оптическую линию связи с заданным интервалом включают оптические усилители и обеспечивают режим распространения солитонов с управлением потерями. Для этого параметры оптических усилителей и расстояния между ними (длины усилительных участков), параметры оптических сигналов и параметры оптических волокон линии связи выбирают так, чтобы в волоконно-оптической линии связи выполнялись условия распространения солитонов. Для практической реализации такого управления длина усилительного участка должна быть достаточно мала (около 30-50 км), что делает его применение экономически невыгодным.
Увеличить длину усилительных участков позволяют способы [1-7] управления солитонами волоконно-оптической линии связи, заключающиеся в том, что в линии передачи обеспечивают режим распространения солитонов 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 [5]. 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 распространения солитонов. Согласно способам [6, 7] дисперсию в линии связи регулируют на плотных дисперсионных картах - период изменения дисперсии в линии связи существенно меньше длины усилительного участка. В этом случае при использовании оптических волокон с хроматической дисперсией порядка 10-20 пс/(нм·км), как, например, у типовых ступенчатых оптических волокон, и тем более с хроматической дисперсией свыше 100 пс/(нм·км), что характерно для компенсирующих оптических волокон, период изменения дисперсии на усилительном участке должен быть достаточно мал. Чем больше дисперсия оптических волокон на сегментах дисперсионной карты, тем меньше должен быть период изменения дисперсии. Это ограничивает возможности реализации способа, особенно для асимметричных дисперсионных карт.
Известен способ [8] управления солитонами волоконно-оптической линии связи, заключающийся в том, что в волоконно-оптической линии передачи с заданным интервалом включают оптические усилители и регулируют хроматическую дисперсию с периодом изменения дисперсии волоконно-оптической линии передачи меньше длины усилительного участка. Каждый период изменения дисперсии разбивают на два сегмента с оптическими волокнами, дисперсия которых имеет противоположные знаки. Оптические волокна сегментов соединяют последовательно между собой и с оптическими волокнами соседних периодов изменения дисперсии. Параметры сигнала, параметры оптических усилителей и расстояния между ними, период изменения дисперсии, длины его сегментов и параметры оптических волокон выбирают так, чтобы в волоконно-оптической линии связи выполнялись условия распространения солитонов. При этом длину сегмента с оптическим волокном, имеющим отрицательный коэффициент хроматической дисперсии, на периоде изменения дисперсии увеличивают вдоль длины усилительного участка по направлению распространения сигнала. Способ обеспечивает повышение устойчивости солитонного режима, в том числе и для асимметричных дисперсионных карт, однако не позволяет существенно увеличить длину периода изменения дисперсии.
Известен способ [9] управления солитонами волоконно-оптической линии передачи, заключающийся в том, что в волоконно-оптической линии передачи с заданным интервалом включают оптические усилители и регулируют хроматическую дисперсию с периодом изменения дисперсии волоконно-оптической линии передачи меньше длины усилительного участка. Каждый период изменения дисперсии разбивают на три сегмента: первый и третий сегменты с оптическими волокнами, дисперсия которых имеет противоположные знаки, а второй сегмент с оптическим волокном с повышенной нелинейностью. Оптические волокна первого, второго и третьего сегментов соединяют последовательно между собой и с оптическими волокнами соседних периодов изменения дисперсии. Параметры сигнала, параметры оптических усилителей и расстояния между ними, период изменения дисперсии, длины его сегментов и параметры оптических волокон выбирают так, чтобы в волоконно-оптической линии связи выполнялись условия распространения солитонов.
В [9] предложена трехсегментная симметричная дисперсионная карта (сегменты с оптическими волокнами, дисперсия которых имеет противоположные знаки, - одинаковой длины). В случае асимметричной трехсегментной карты на одном ее сегменте дисперсия оптического волокна превалирует над его нелинейными свойствами и при этом на стыках периодов изменения дисперсии оптические волокна, дисперсия которых имеет противоположные знаки, соединяются непосредственно между собой. Это ведет к увеличению максимального значения локальной длительности оптических импульсов на длине периода изменения дисперсии и, как следствие, вызывает необходимость уменьшения длины периода. В результате ограничивается область применения способа в случае асимметричных дисперсионных карт, применение которых для реконструкции волоконно-оптических линий связи предпочтительнее, поскольку позволяет сократить объемы земляных работ и, соответственно, затраты.
Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения.
Эта сущность достигается тем, что согласно способу управления солитонами в волоконно-оптической линии связи, заключающемуся в том, что в волоконно-оптической линии связи с заданным интервалом включают оптические усилители, регулируют хроматическую дисперсию с периодом изменения дисперсии меньше длины усилительного участка, период изменения дисперсии разбивают на сегменты с оптическими волокнами с дисперсией противоположного знака и оптическим волокном с повышенной нелинейностью, оптические волокна сегментов соединяют последовательно, параметры сигнала, параметры оптических усилителей и расстояния между ними, период изменения дисперсии, длины сегментов и параметры оптических волокон выбирают так, чтобы в волоконно-оптической линии связи выполнялись условия распространения солитонов, при этом оптические волокна, дисперсия которых имеет противоположные знаки, соединяют последовательно через оптические волокна с повышенной нелинейностью, а длину сегментов с оптическими волокнами с повышенной нелинейностью увеличивают вдоль усилительного участка по направлению передачи сигнала.
На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.
Устройство содержит волоконно-оптическую линию связи 1, в которую включены оптические усилители 2, оптические волокна 3 и 4, дисперсия которых имеет противоположные знаки, оптические волокна с повышенной нелинейностью 5. При этом оптические усилители включены в волоконно-оптическую линию связи с интервалами, равными длине усилительного участка 6, длина усилительного участка включает несколько периодов изменения дисперсии 7, каждый из которых разбит на четыре семента так, что первый и третий сегменты включают оптические волокна 3 и 4, дисперсия которых имеет противоположные знаки, а второй и четвертый сегменты включают оптические волокна 5 с повышенной нелинейностью. При этом на длине усилительного участка 6 оптические волокна 3 и 4, дисперсия которых имеет противоположные знаки, соединены последовательно через оптические волокна с повышенной нелинейностью 5.
Устройство работает следующим образом. За счет периодического включения оптических усилителей 2, выбора их параметров и длины усилительных участков 6 регулируют распределение уровней оптической мощности сигнала вдоль волоконно-оптической линии связи. За счет последовательного соединения оптических волокон 3 и 4, дисперсия которых имеет противоположные знаки, регулируют хроматическую дисперсию волоконно-оптической линии связи 1 с периодом изменения дисперсии 7. За счет периодического включения оптических волокон с повышенной нелинейностью 5 между оптическими волокнами 3 и 4, дисперсия которых имеет противоположные знаки, и увеличения их длины вдоль усилительного участка по направлению передачи сигнала регулируют нелинейные свойства волоконно-оптической линии связи, что позволяет обеспечивать условия распространения солитона даже при сильной асимметрии дисперсионной карты. Выбирают параметры оптических усилителей 2 и длины усилительных участков 6, период изменения дисперсии 7, длины его сегментов и параметры оптических волокон 3, 4, дисперсия которых имеет противоположные знаки, и оптических волокон 5 с повышенной нелинейностью 7 такими, чтобы были выполнены условия распространения в волоконно-оптической линии передачи солитонов.
В отличие от известного способа, которым является прототип, в предлагаемом способе на волоконно-оптической линии связи оптические волокна, дисперсия которых имеет противоположные знаки, везде соединяются через оптические волокна с повышенной нелинейностью, а длина волокон с повышенной нелинейностью увеличивается вдоль усилительного участка по направлению передачи сигнала. Это позволяет по сравнению с прототипом увеличить устойчивость солитонного режима волоконно-оптической линии связи, снизить степень взаимодействия солитонов и/или увеличить период изменения дисперсии даже для асимметричной карты и, таким образом, расширяет область применения предлагаемого способа управления солитонами волоконно-оптической линии связи по сравнению с прототипом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кившарь Ю.С., Агравал Г.П. Оптические солитоны. От волоконных световодов к фотонным кристаллам. - М.: Физматлит, 2005. - 648 с.
2. GB 2299473.
3. US 5471333.
4. WO 0038356.
5. RU 2173940.
6. Liang A., Toda H., Hasegawa A. High speed optical transmission with dense dispersion managed soliton // ECOC'99, P3.8, vol.1, 1999. - Pp.386-387.
7. US 5764841.
8. Tchofo Dinda P., Labruyere A., Naakeeran K., Fatome J., Moubissi A.B., Pitois S., Millot G. On the designing of densely dispersion-managed optical fiber systems for ultrafast optical communication // Ann. Telecommun., v.58, No.1-12, 2003. - Pp.1785-1808.
9. Driben R., Malomed B.A., Chu P.L. Transmission of pulse in dispersion-managed fiber link with extra nonlinear segments // Optics Communications, v.245, 2005. - Pp.227-236.