Магистральды ТОБЖ-нің техникалық сипаттамаларының есептері

Төртінші – негізгі түйін – нысаналы түйінге бағытталады. Инверсия құрылғысының өтуі нәтижесінде импульс өзінің пішінін  сақтап қалады, бірақ, алдыңғы аймақ ұзын толқынға, ал артқы аймақ – қысқа толқынға айналады. Инвентор  байланыс желісінің ортасында орналасады, сондықтан, дисперсия әсерінен желінің екінші жартысында оптикалық импульстің бастапқы пішіні қайта қалпына келтіріледі.

 

 

4.2. Дисперсияны компенсациялайтын оптикалық талшықтар

 

Дисперсия компенсациясы бар оптикалық талшықтар қисық дисперсия жойылған кезде негізгі компонент болып табылады. Оның теріс қисық дисперсиясы бір талшықты оң қисық дисперсиядан бірнеше есе артық.

Дисперсия компенсациясының талшықтық учаскесінің белгіленген ұзындығы жаңару желісін нөлге келтіре отырып дисперсияны компенсациялайды. Теріс дисперсия ереже бойынша өзекшенің диметрінің кішірейюінің және толқын ағынының әлсіз таралуын қамтамасыз етеді. Өкінішке орай, мұндай талшықтардың кемшілігі жарықтың әлсіреуі – затухание және бұрылуға кеткен шығынның өсуінен болып тұр.

Дисперсияны компенсациялауда DCF талшығын қолданудың кемшіліктерінің бірі толқын ағынында  D(l) қисық дисперсия қолдануға деген тәуелділік. Желілік жақындасуда бұл тәуелділікті S параметрімен белгілейді – дисперсиялық қисықтың иілуі. Дисперсия компенсациясы, мысалы, статистикалық әдіспен толқынның бір ұзындығында DWDM жүйесінде толқынның басқа ұзындықтарында нақты компенсацияға әкелмейді. Дисперсия компенсациясын сандық тұрғыда салыстырғанда компенсацияланушы талшықтың төзімділігіне көп мән беріледі. Компенсацияланушы талшықтың төзімділігі дегеніміз – дисперсияның нақты мәнінің (пс/нм/км) затуханиеге (дБ/км)  қатынасы.

Төзімділік – бұл копенсацияланушы талшықтың жалғыз сапалық көрсеткіші емес. Талшықтардың жоғарғы сезімталдығын, соның ішінде бұрылуға кеткен кездегі шығынын міндетті түрде ескеру керек. Сондықтан да, оптикалық талшықтардың әр түрін салыстыру кезінде ОТ дұрыс жұмыс жасауы кезінде төзімділігіне ерекше назар аудару керек. Жоғарғы көрсеткіштегі DCF оптикалық талшықтары төзімділігі жоғары болғандықтан, байланыс желісінің қосымша элементі ретінде қолданылады, олар желідегі шығынды шамамен 30% өсіреді. 300км жол ұзындығына 50км компенсацияланған дисперсия қажет болғандықтан қуаттың қосымша шығыны 18 дБ құрайды.

   

4.2-сурет. Желідегі жинақталған дисперсияның әрекеті.   (кезең 80 км SMF + DCF)

 

Дисперсия компенсациясы үшін оптикалық талшықтардың қайтару дисперсиясы (RDF) деп аталатын жаңа түрі қолданылады. RDF талшығы шамамен мөлшері бойынша тең және стандартты бір модалы талшықтың параметріне сәйкес қарсы белгі бойынша дисперсия коэффициентіне ие.

RDF талшығында бұрылуға кеткен шығынның өлшенген мәні ОТ стандартты мәнінен кем болып шықты. Бұл оптикалық кабельдерді RDF талшығымен дайындау керектігін дәлелдейді.  RDF талшығынан жасалған  кабель басқа талшықтардан жасалған кабельдер сияқты біріктіріледі. Бұлай жалғасудың дисперсионды коэффициенті 1530нм - 1564нм толқын ұзындығындағы жолақта ±0,5пс/нм/км аспайды. RDF талшығының әлсіреуі 0,25 дБ/км болғандықтан 0,2 дБ/км стандартты талшықтың әлсіреуі кезінде желідегі орташа әлсіздік 0,225 дБ/км тең болады. RDF талшығының тағы да бір артықшылығы DCF талшығымен салыстырғанда аз.

Жоғарыда қарастырылған компенсацияланған дисперсияның әр түрлілігі дисперсияны жеткілікті түрде компенсациялауға және стандартты оптикалық талшықтың   (SMF) дисперсионды иілуіне мүмкіндік береді. Қазіргі уақытта компенсацияланған дисперсия модульдерінің ішінде DC талшығы көп қолданылады. Сондықтан, мұндай модульдер көп қуатты қажет етпейді, қолдануға ыңғайлы (негізінде оптикалық күшейткіштің соңында орналастырылады).

 

4.3. Айнымалы кезеңдегі брэгговтық торламалардың компенсаторлары

 

Айнымалы кезеңді брэгговтық торламалар негізіндегі компенсаторлар өзінің потенциальды үлкен мүмкіндіктерімен зерттеушілердің назарын аударып отыр.  Талшықты брэгговтық торламалар FBG (fiber Bragg grating) – оптикалық талшықтың өзекшесінің немесе қабықшасының сыну көрсеткішінің кезекті өзгеруіне негізделген оптикалық элемент. Айнымалы кезеңді брэгговтық  торламалар негізіндегі компенсаторлардың жұмыс принцепі 4.3-суретте түсіндірілген. Толқынның әр түрлі ұзындықтағы компоненттері торламаның әр түрлі учаскелерінде айқындалады, осындай жолмен әр түрлі жолмен жүріп өтеді.  Торламалар талшықта әр түрлі белгіленген типтердің фото-сезімталдығын қолдану арқылы жазылып қалады. Кәдімгі шақпақтасты талшыққа қоспаларды қосқан кезде шектен тыс фото-сезімталдыққа айналады. Осы талшықты ультра күлгін жарыққа айналдыру арқылы талшықтың өзекшесін өзгертуге болады. Мұндай талшықта екі түйіндескен ультра күлгін түйіндермен талшықтың сәулелену көмегімен  торлама пайда болуы мүмкін. Бұл сәулелену қарқындылығын талшықтың ұзындығында кезектестіріп өзгертеді. Қай жерде қарқындылық жоғары болса – сыну көрсеткіші өседі, ал аз болса өзгеріссіз қалады. [4].

 

 

4.3-сурет. Дисперсияны компенсациялауға арналған брэгговская торлама.

 

Талшықты торламалардағы компенсаторлардың фазалық жылжуы торламадағы сыну көрсеткішінің өсуімен аймақ арасындағы интервалдардың модуляциясына байланысты. Егер, бұл интервалдар талшықты торламаның жанында өсетін болса, онда сигналдың ұзын толқынды бөлігі толықтай көрінбей торламаға тереңірек сіңеді. Бұл толқынды шектеуге әкеледі. Егер, қысқа толқын мен ұзын толқын бөліктеріндегі торлама 1 мм құраса, онда ұзын толқынды құрастырғыштар шамамен10 пс кіреді.

Торлама кезеңі талшықта өзгеретіндіктен, спектрлік компоненттердің сәулелену шарты да әр түрлі участкелерде орындалады. Стандартты бір модалы талшықта оң дисперсияны компенсациялау үшін торлама қолданылады, ал жарық толқынының қысқа толқыны нүктеде көрінеді. Осылай қысқа толқынның кідіруі де ұзын толқынды құрастырушыға байланысты.

WDM және DWDM беріліс жүйесін қолдану үшін толқын ұзындығының кең диапазонына арналған үлкен дисперсияны енгізетін торлама алу керек. Торламаның көмегімен алынатын ең үлкен кідіріс 1 нс құрайды. Бұл кідіру торлама мен толқын ұзындығы пайда болатын дисперсияға сәйкес. Сонымен қатар, толқынның кіші диапазонына арналған үлкен дисперсия енгізетін торлама да алуға болады; 1 нм диапазонына 1000 пс/нм немесе 10 нм диапазонына 100 пс/нм. Осыдан келе 100 км стандартты талшыққа 1700 пс/нм жалпы дисперсия енгізетіндігін байқаймыз. Сондықтан да, практикада бірнеше километр ұзындықтағы оптикалық талшыққа арналған желілік өзгеру кезеңі бар торламаны қолдану үшін, ол өте жіңішке диапазонды болуы тиіс, яғни, әр түрлі толқын ұзындығында әр түрлі торлама қолданылуы керек. Сондықтан да, желілік өзгергіш торлама тұрақты түрде бөлек толқын ұзындығын компенсациялауға  сәйкес келеді. Керісінше, компенсацияланған талшық (DCF) WDM және DWDM жүйесіндегі толқын ұзындығының кең диапазоны компенсациясына сәйкес келеді.

Бірақ, тұрақты желілік өзгеріп отыратын решеткамен салыстырғанда, DCF шығыны көп және қосымша кідірістері бар. талшықты торламадан пайда болған фазалық қозғалудың сынудың жоғарғы көрсеткішіндегі интервалын аймақтар арасында өзгерте отырып қалыпқа келтіруге болады, талшықтың өзінің сынуын өзгерту арқылы бір уақытта екі факторға әсер ете алады. Оптикалық талшықтағы бөлек немесе бір уақытта әсерселе отырып, нақты толқын ұзындығына арналған сәуле нүктесінің жағдайын өзгертуге болады. айнымалы кезеңді мұндай торламалар чирпирлі деп аталады. Бұл құрылғылар  тұтас болуы мүмкін. 5 см ұзындықтағы торлама ұзындығы 300 км сыртқы модуляциялы және 10 Гбит/с  берілу жылдамдығындағы жүйенің дисперсиясын компенсациалауы мүмкін. Бірақ, FBG біршама кемшіліктері бар:

- торлама фото-сезімтал талшықтардан фото әдіспен дайындалады, уақыт өте келе жарық сигналының әсерінен торлама бұзылады;

- талшықты торлама негізіндегі  компенсаторлардың көпшілігінде сигнал компенсацияланған дисперсия кері бағытта сәулеленеді, сондықтан да, оптикалық циркуляторды қолдану керек болады;

- FBG негізінде құрылғының қалыпты жұмысы үшін темпереатураны тұрақтандыру қажет. Ол компенсатордың жалпы бағасын өсіреді.

 

 

4.4. Планарлық интерферометрлердің және микро-оптикалық құрылғылардың негізіндегі қисық дисперсияның компенсаторлары.

 

Кейбір оптикалық интерферометрлер, көбінесе Фабри - Перо, Жире - Турнуа және Маха – Цендера эталондары ТОБЖ дисперсиясын компенсациялауға қолданылатын дисперсионды сипаттамаға ие.

Фазалық сүзгі (all - phase filter) өзінің жұмыс диапазонында толқын ұзындығының барлығына жарық бере алады және фазаны толқынның белгіленген ұзындықтарында жылжытады. Эталондар мен сақиналы резонаторларға өте маңызды екі мысал келтірілген [7].

Фарби-Перо эталонында екі жартылай айқын айналармен шектелген резонаторларда қозғалады. Жарықтың толық жолында айналар арасында  сол жаққа-кейін қарай /d/ толқын ұзындығының /l/ толық саны сыну көрсеткішінің ортасаныда төселіп  /n/, немесе 2/d/ = /Nl///n/ резонанс шартты түрде басталады. Мұндай резонансты толқын ұзындығын резонатормен кідіртеді, бұл басқа толқын ұзындығына қатысты фазалық қозғалуға әкеледі. Бірақ, Фабри – Перо эталонынан жарық екі айнаның бірінен шығып кетуі мүмкін болғандықтан нақты фазалық сүзгі болып саналмайды.

Танымалдылығы аз Жире - Турнуа (Gires - Tournois) эталонының құрылысы фазалық сүзгі сияқты әрекет етеді, себебі, артқы айна толық жарқайтындықтан, жарықтың барлығы  алдыңғы айнадан көрінеді (4.4-сурет). Фарби – Перо эталонындағыдай жарықтың толық жолы толқын ұзындығының тұтас санынан қысқа болғандықтан резонанст пайда болады. Толқынның резонанстық ұзындығындағы жарық басқа толқын ұзындығымен салыстырғанда көп уақытын резонанс аралығында өткізетіндіктен фазалық кедергіге ұшырайды.

    

 

 

4.4-сурет. Резонанс аралығында өткізетіндіктен фазалық кедергі

 

Жинақталған  оптикалық фазалық сүзгілерді екі әдіспен құрастыруға болады: екі фаза айналдырғышты сақиналы резонаторға (сол жаққа) қондырады, электростатты – басқару мембранасы Жире-Турнуа эталонында өткізгіш айна ретінде қызмет етеді. Айналар арасындағы арақашықтықты өзгерте отырып, резонанс шартына келтіруге және үлкен фазалық кідіріс жасауға болады. Алдыңғы жылжымалы айна жарыққа қарай алға-артқа қозғалады.

Сыну көрсеткішінің темпереатура реттегішін толқынның резонанстық ұзындығында фазалық жылжу әсеріне әкелетін баламалық ретінде қолданады.  Резонансты фазалық жылжу тез әсер ете алмайды, бірақ толқын ұзындығының бірнеше диапазонына өзінің әсерін туғызады. (4.5-сурет). Эталонның құрылысы түзу тұрған толқын ұзындықтарында бірнеше резонанс тудырады. бұл әдіс дисперсионды қисықтың әр түрлі жағдайда иілуін болдырмаса да, осындай жолмен бірнеше жұмыс каналын бірден фазалық кідіріске ұшыратады.

 

  4.5-сурет. Жире-Турну эталонындағы фазалық кідіріс кезектесіп өзгереді.

 

Сақиналы резонатордағы фазалық кедергіден жинақталған фазалық сүзгінің басқа түрі 4.4-суретте көрсетілген.  Сақина құрамына термо оптикалық фаза айналдырғыш жұптары кіреді, оның көмегімен фазалық кідіріс пен қисық дисперсияны реттеледі. (Бір фаза айналдырғышты сақина тұрақты фазалық кідірісті қамтамасыз етеді.) Бұл әдіс эталон негізіндегі фазалық сүзгі сияқты жақсы зерттелмеген, бірақ, интегральды оптика базасында өзінің қызметін орындауда және ол арзан өндірісте жасалады.

 

4.5. Жаңғырту арқылы басқару немесе сәулелену қабылдағыштарына негізделген дисперсияның компенсациялау тәсілдері.

 

Хабарлағышпен басқаруға негізделген дисперсия коменсациясының көптеген әдістері жарық импульстерінің жиілікті модуляциясында – дыбысты анықталады. Алдыңғы жиілікті модуляцияның жарық импульсінің ұзақтығына әсері (3.3.19) теңдеумен түсіндіріледі. Берілетін импульстің алдыңғы дыбысы көптеген жағдайларда сыртқы фазалық модуляцияда пайда болады. сыртқы фазалық модуляцияны анықтау үшін кез-келген фазалық модулятор қолданылады [7].

Мұндай әдістердің өткізілуінің қарапайымдығы 2,5 и 10 Гб/с ақпарат беру жылдамдығы кезінде қалыпты жұмыс жасай алатын қалалық байланыс желілерінде қолдануға өте тиімді.

Фотоқабылдағышта сигналдардың кеңеюін реттеу үшін гетеродинді қабылдағышты қолданады. Когерентті қабылдағышқа түсетін сигналдар тіректі сәулеленетін гетеродинмен араласады; одан әрі оптикалық сигналдың кез-келген фазасы мен амплитудасының тербелісі қабылдағыштың электронды бөлігіне беріледі. Содан кейін фотоқабылдағыштың электронды бөлігіндегі сигналдың желілік дисперсиясының компенсациялануына мүмкіндік туады.

 

    

5. Магистральды  ТОБЖ-нің техникалық сипаттамаларының  есептері

Қабылдап – өткізу аппараты ретінде Huawei Technologies компаниясының қондырғысын қолдану ұсынылады, соның ішінде OptiX 10G мультисервисті транспорттық платформасы өте тиімді. Олардың техникалық сипаттамалары төменде келтірілген.

 

5.1. Дисперсияны  және кедергілерді есептеу кезінде  қолданылатын қабылдап-өткізу жабдықтардың  немесе ТОК-дің құжаттық техникалық мәліметтері

 

Есептеу кезінде теориялық есептеуді  мінсіз қамтамасыз ету үшін ең төменгі техникалық сипаттамалар алынды:

Бейнеу – Жезқазған ТОБЖ ұзындығы: /L/ = 80,394 км;

Өзекшенің өзгеру көрсеткіші : /n/ = 1,467;

Толқынның пайдалы ұзындығы : /λ/ = 1,55 мкм;

Муфталар саны (количество сростков): nHC = 23;

Километрлік затухание в ОВ: α = 0,24 дБ/км;