Сети и системы связи

Описаны последние достижения в области разработки источников оптического излучения для систем с плотным спектральным мультиплексированием, включая подстраиваемые лазеры и источники излучения на множестве длин волны. Особое внимание уделено компаниям, специализирующимся в этой области. Приведены основные технологии, используемые при создании источников излучения. Дан краткий обзор возможностей источников, а также рассматриваются способы их подстройки и управления длиной волны. Рассмотрены монолитные подстраиваемые лазеры, лазеры на гибридных структурах и с внешними резонаторами, решетки лазеров с выделенными длинами волн, подстраиваемые лазеры с вертикальными резонаторами, излучающие с поверхности и не полупроводниковые альтернативы.

Теоретически и экспериментально были исследованы выходные характеристики лазера на легированном Yb волокне с 2-мя оболочками и с линейным резонатором. Исследовано влияние длины волокна, потерь и отражательной способности волоконной решетки Брэгга, в качестве выходного зеркала на выходную мощность лазера и пороговую мощность накачки. Линейный резонатор состоит из пары волоконных решеток Брэгга. Для уменьшения потерь на соединении между волокном с 2-мя оболочками и ЛД применялось расширенное оптическое волокно. При использовании полностью волоконной конструкции резонатора пороговая мощность составила 300 мВт.

Представлен непрерывно подстраиваемый кольцевой лазер на легированном Er{3+} волокне с контроллером состояния поляризации внутри резонатора. Рассмотрен механизм подстройки, управляющий состоянием поляризации. Диапазон подстройки лазерного излучения составил 22 нм (1538ЭКВИВ1560 нм), ширина спектральной линии ЭКВИВ0.1 нм, а отношение оптический сигнал к шуму усиленной спонтанной эмиссии ЭКВИВ43 дБ. Когда лазер накачивался различными мощностями накачки от 10 до 50 мВт, флуктуации макс. мощности оказались .

Разработана схема для генерации коротких оптических импульсов на множестве длин волн путем синхронизации инжекции ЛД Фабри-Перо со спектрально расширенными и отфильтрованными гребенчатым фильтром импульсами лазера с распределенной ОС.С помощью предложенной схемы генерированы подстраиваемые 10-ГГц импульсы на 5-ти длинах волн. Число длин волн на выходе м. б. подстроено путем управления спектральной шириной инжекционного входа лазера с распределенной ОС через количество автомодуляции фазы в волокне со сдвинутой дисперсией. Схема генерации устойчива к сдвигу длины волны источника инжекции, она м. б. использована при обработке оптических меток в сетях связи. Приведена структурная схема эксперим. установки.

Продемонстрирована структура с линейной ЧМ и фазовым сдвигом для компактного многоволнового волоконного лазера с распределенной ОС. Структура с линейной ЧМ создает разделенные резонирующие полости и, следовательно, стабильную работу на множестве длин волн. Продемонстрирован метод эквивалентного сдвига фазы для реализации заданной линейной ЧМ и упрощения и повышения гибкости сдвига фазы. Экспериментально получен лазер распределенной ОС, излучающий на 2-х длинах волн, разнесенных на 44 пм. Разработанные лазеры м. б. использованы в волоконно-оптических системах связи с уплотнением каналов по длине волны, для генерации микроволнового излучения, спектроскопии высокого разрешения и т. д..

Представлен обзор последних достижений в области создания сверхмощных импульсных лазеров на оптическом волокне с 2-мя оболочками. С помощью моделирования рассчитана крутизна фронтов импульсов, генерированных оптическим волокном с 2-мя оболочками. Детально проанализированы ключевые точки волоконных усилителей мощности, выполненных в конфигурации “ведущий-ведомый″. Система может излучать среднюю мощность .

Для передачи информации на короткие расстояния требуются 40-Гбит/с полупроводниковые лазеры с прямой модуляцией, способные обеспечить передачу с высокой пропускной способностью при простой и недорогой конфигурации. Исследованы характеристики линейной ЧМ 40-Гбит/с 1,55 мкм ЛД с прямой модуляцией и распределенно ОС. Измерены: коэф. расширения спектральной линии и динамическая линейна ЧМ. Проведена оценка влияния дисперсии волокна на коэф. ошибки и устойчивости к дисперсии для 40 Гбит/с передачи. Результаты проведенных исследований м. б. использованы при построении очень коротких оптических линий и локальных оптических сетей связи.

Описана упрощенная версия генератора мм-волн, применяющая метод фильтрации боковой полосы, который использует один оптический фильтр боковой полосы. Вместо использования волоконно-оптической схемы, подобной Маха-Цендера, для выбора пары боковых полос применяется одна Фабри-Перо волоконная решетка Брэгга с парой боковых полос, разделенных частотой мм волны. Использование одного фильтра устраняет необходимость в контроле состояния поляризации и согласования длин путей. Описана схема 30 ГГц генератора. Приведены его характеристики.

Представлены результаты эксперим. исследования высококачественной генерации последовательности оптических импульсов при 80 Гбит/с. Приведена структурная схема эксперим. установки, в которой генерация была успешно осуществлена в 2 этапа. На 1-м этапе была генерирована цепочка сверхстабильных 40 Гбит/с импульсов 2-пс длительности. На 2-м этапе использовалось внешнее волоконное петлевое зеркало, состоящее из нескольких метров сохраняющего состояние поляризации волокна, для удвоения частоты следования импульсов с 40 до 80 Гбит/с. Импульсы на выходе устройства имели слабые флуктуации амплитуды от импульса к импульсу при хорошей долговременной стабильности.

Описаны результаты эксперим. исследований синтезатора оптической частоты, который м. б. использован в динамичных волоконно-оптических сетях связи с плотным спектральным мультиплексированием. Синтезатор основан на подстраиваемом лазере с петлей фазовой синхронизации оптической инжекции для быстрой синхронизации длины волны. В источнике излучения объединены высокая стабильность (ошибка по частоте канала .

Представлены результаты теор исследования генерации последовательностей фс импульсов прямоугольной формы с выравненными вершинами с помощью дифракционной решетки на массиве волноводов, выполненной в конфигурации двойного прохождения. Представлены конструкции решеток с низкими вносимыми потерями, использующие только фильтр фазы, спроектированные с помощью численной оптимизации. Конструкции были исследованы на устойчивость к ошибкам в процессе производства. Разработанные дифракционные м. б. использованы при построении источников излучения в волоконно-оптических приложениях.

Описан высокоэффективный широкополосный волоконный источник излучения с усиленной спонтанной эмиссией. Конструкция имеет одноступенчатую конфигурацию с двунаправленной накачкой. Эксперим. результаты показали, что путем подстройки мощности накачки в прямом и обратном направлении в определенной длине волокна можно получить волоконный источник излучения с выравненным спектром в C+L-диапазоне с шириной полосы ЭКВИВ80 нм (1525-1605 нм). Эффективность преобразования накачки релевантна длине легированного эрбием волокна.

Продемонстрирован ЧМ лазер с одной продольной модой на оптическом волокне, дополнительно легированном Er-Yb, с коротким резонатором. Выведены теор. уравнения спектра ЧМ лазера с использованием задержанной самогомодинной технологии. Проведено моделирование устройства. Такой лазер, главным образом, изготавливается с использованием волокна, дополнительно легированного Er-Yb, длиной 4 см и 2-х решеток Брэгга с узким спектром. Для реализации ЧМ дифракционная решетка вблизи ввода накачки модулирована по длине. Выходная мощность лазера >3 мВт, ширина линии .

Экспериментально исследован 10 Гбит/с источник коротких сверхмощных когерентных импульсов на множестве длин волн, основанный на вырезании спектра из излучения непрерывного спектра, генерированного в коротком оптическом волокне. Показано, что излучение непрерывного спектра из короткого волокна м. б. использовано для плотного спектрального мультиплексирования из-за их плотности спектральной мощности >7,9 дБм/нм, ширине спектра ЭКВИВ140 нм и равномерности спектра ±0,5 дБ. С использованием оптического волокна, имеющего высокую нелинейность, ширина спектра м. б. увеличена до 250 нс.

Представлены результаты исследования лазеров на GaInNAs-GaAsN квантово-размерных структурах с активными областями, имеющими 2, 3 и 5 квантовых ям, и излучающих в 1,3 мкм диапазоне. Система молекулярной лучевой эпитаксии с твердотельным источником была использована для выращивания структур. Описана работа GaInNAs лазера с 5-ю квантовыми ямами. Приведены характеристики лазеров в режиме непрерывного излучения. Исследуемые лазеры м. б. использованы в качестве источников оптического излучения в волоконно-оптических системах связи и системах оптических межсоединений.

Предложена модель волоконного лазера, которая позволяет получить аналитическую формулу, связывающую длину волны излучения генерации с его основными параметрами. Анализ показал, что существуют области неоднозначной зависимости длины волны излучения генерации от температуры и длины активной среды. Результаты эксперимента количественно согласуются с теоретической моделью в широком спектральном диапазоне излучения волоконного лазера. Впервые теоретически предсказана и экспериментально продемонстрирована двухволновая генерация излучения без селектирующего элемента в резонаторе лазера.