Сети и системы связи

Впервые сформулирована и разработана модификация метода синтеза на фиксированной частоте для одномодовых волоконных световодов (ВС), дающая возможность определять функции профиля показателя преломления в поперечном сечении ВС по заданным передаточным характеристикам – с увеличенной эффективной площадью поперечного сечения моды (что обеспечивает многоканальную передачу с одновременным уменьшением таких нелинейных явлений, как четырехволновое смешение, фазовая самомодуляция и перекрестная фазовая модуляция) и с уменьшенной ненулевой дисперсией в широком диапазоне длин волн (что позволяет передавать сигналы с большой скоростью на большие расстояния без компенсации дисперсии). Благодаря использованию таких ВС в высокоскоростных линиях передачи уменьшается число линейных усилителей и регенераторов, что дает существенную экономию – как одноразовую (при построении сети), так и долгосрочную (при ее эксплуатации).

В наст. время устойчивый интерес имеют оптические волокна, легированные эрбием, германием, редкоземельными элементами. Легирование заготовок для таких волокон проходит успешней при дополнительном использовании Al[2]O[3]. Однако, отмечается, возникает проблема, связанная с образованием пузырьков. Предлагаются варианты значительного подавления данного эффекта. Предложения затрагивают конструкцию тигля, температурный режим нагрева и охлаждения, оптим. скорости протяжки стеклянной заготовки, варианты соотношения таких компонент, как Al[2]O[3], Er[2]O[3], GeO[2], SiO[2] и др. Приводятся результаты использования рекомендаций на практике. 4 ил.

С целью качественного анализа засекреченности передачи данных по ВОЛС проведено теор. исследование излучаемой мощности изогнутого оптического волокна. Вывод уравнений проводился с помощью антенной модели. С помощью моделирования установлены соотношения между радиусом кривизны и изменением площади детектора с мощностью излучения на кривизне. Приведены аналитические результаты исследований. Показано, что можно перехватывать информацию на изгибе оптического волокна. Приведена методика измерений.

Длинное фотонно-кристал. волокно с низкими потерями было успешно изготовлено с использованием соотв. подготовки большой заготовки из чистого кварцевого стекла. Волокно длиной 100 м имеет потери ЭКВИВ0,3 дБ/км на 1550 нм длине волны. Коэф. релеевского рассеяния волокна ЭКВИВ0,85 дБ/(км*мкм{2}). С применением данного волокна была осуществлена передача солитонов с управляемой дисперсией без потерь при скорости 10 Гбит/с.

С применением метода конечных элементов исследовано двулучепреломление, вызванное мех. напряжением, у “псевдопрямоугольных” сохраняющих состояние поляризации оптических волокон. Представлены кривые распределения мех. напряжения и распределения двулучепреломления. Поляризационные моды, постоянные распространения и модальное двулучепреломление волокон были рассчитаны с помощью полно векторного метода конечных элементов. Мех. напряжение и модальное двулучепреломление составили ЭКВИВ3,33*10{-4} и 3,72ЭКВИВ10{-4}, соответственно. Результаты расчета показали, что исследуемые волокна имеют ряд преимуществ перед волокнами, имеющими форму типа панда.

Изготовлены оптические волокна из германо-силикатного стекла, содержащего ионы Tm{2+}, с целью повышения оптической нелинейности. В процессе усовершенствованного хим. осаждения из паровой фазы использовался метод легирования раствора. Приведены характеристики заготовок и изготовленных оптических волокон. Рассмотрена структурная схема эксперим. установки для измерения нелинейных оптических свойств волокон.

Фотонно-кристаллическое волокно, наследуя свойства фотонных кристаллов, позволяет формировать фотонные запрещенные зоны, что открывает огромные, недоступные ранее, возможности в управлении свойствами оптических волокон ОВ. Оно позволяет управлять: волноводной дисперсией, сдвигая длину волны нулевой дисперсии в область видимого спектра; эффективным показателем преломления оболочки, формируя “бесконечно” одномодовые волокна, в том числе и волокна с большой эффективной площадью сердцевины, необходимые для пропуска все возрастающей мощности светового потока; формировать воздушные каналы не только в оболочке (что делает волокно все более легким), но и в сердцевине, открывая фантастические возможности дальнейшего уменьшения затухания в волокне за пределами уже достигнутого. Самое важное, что эти волокна уже производятся и используются на практике в ряде приложений.

Описаны последние достижения в области разработки методов численного моделирования фотонно-кристал. волокон. Рассмотрены характеристики фотонно-кристал. волокон с решеткой воздушных отверстий, окружающих область сердцевины из двуокиси кремния. Такие волокна имеют специфические характеристики. Проведено сравнение таких фотонно-кристал. волокон и станд. одномодовых. Численно исследованы таких фундаментальные характеристики волокон, как длина волны отсечки, потери, модальное двулучепреломление и хроматическая дисперсия.

Разработаны новые фосфатные стекла, позволяющие включать ионы редких металлов с высокой концентрацией. Эти стекла продемонстрировали высокую хим. стабильность и высокое оптическое качество, при высокой устойчивости к кристаллизации. Исследования волокон из такого стекла, легированного ионами редких металлов с высокой концентрацией, показало, что они являются хорошими кандидатами для реализации сверхкоротких одномодовых оптических усилителей с высоким усилением на 1,55 мкм длине волны.

Представлены результаты теор. анализа погрешностей расчета параметров передачи одномодовых оптических волокон методами на основе приближения Гаусса. Расчет производился для 3-х видов профилей показателя преломления на основе строгого решения и приближенных методов. В результате сравнения рассчитанных дисперсионных характеристик и экспериментальных данных проведена оценка адекватности исследуемых методов.

Сканирующий оптический микроскоп ближнего поля используется в режиме испускания для измерения профиля моды одномодового оптического волокна. Получено хорошее согласование между профилем моды одномодового волокна, измеренного с помощью режимов испускания и собирания, и качественное согласование получено между измерениями, сделанными на многомодовом волокне, и простой теор. моделью. Режим испускания при проведении измерений более предпочтителен, т. к. не требует точного согласования с волокном при проведении измерений.

Рассмотрена конструкция волокна, эффективно компенсирующего дисперсию, на основе коаксиальной структуры волокна. Предложенное волокно осуществляет компенсацию дисперсии в широком диапазоне длин волн, что согласуется со спектром усиления оптического усилителя на легированном эрбием волокне. Конструкция позволяет поддерживать коэф. дисперсии, почти в 2 раза превышающий коэф. дисперсии у существующих в наст. время конструкций волокна, компенсирующего дисперсию. С помощью такого волокна общая дисперсия ВОЛС м. б. не только компенсирована, но и выравнена.

Предложены варианты состава полимерных материалов для оптических волокон. Материалами являются резины, вулканизируемые УФ-излучением. Основу состава предложенных материалов составляет органополисилоксан с группами метакрила. Из прочих вариантов выделены особо резины, имеющие низкую вязкость, имеющие после вулканизации низкий модуль Юнга и демонстрирующие малые изменения модуля Юнга при низких температурах.

Предложен оптический волновод с цилиндрической структурой, в качестве материала сердцевины которого используется пластиковый материал, напр., полиметилакрилат, обладающий достаточно высокой стабильностью параметров при изменениях температуры и высоким значением коэф. преломления. В качестве материала оболочки используется кремниевый каучук, величина показателя преломления материала оболочки меньше, чем соотв. величина для материала сердцевины волновода. Структура имеет наружное защитное покрытие.

С использованием асимптотического матричного формализма исследовались собственные моды брэгговских и диэл. коаксиальных волокон. В асимптотическом пределе теорема Блоха м. б. применена для описания оптического поля внутри оболочечных слоев, в то время как поле центр. области м. б. описано точными решениями уравнений Максвелла. Выведены приближенные уравнения потерь на излучение для брэгговских и диэл. коаксиальных волокон. Дано число брэгговских пар, при котором м. б. достигнуты потери на излучение ЭКВИВ0,2 дБ/км. Рассчитана дисперсия для собственных мод у таких волокон.

Представлены результаты количественного определения характеристик изменений спектра усиления оптических волокон, легированных эрбием, и их зависимости от уровня легирования алюминием, а также мод волокна. Используя эксперим. данные и волокна, изготовленные с различными уровнями легирования алюминием, установлено соответствие между концентрацией алюминия и как спектром поглощения, так и степенью выравненности спектра. Представлены изменения спектра усиления для миллионов метров волокон, изготовленных за последние годы. Результаты исследований показали, что изменения формы спектра от максимума к максимуму для все этих волокон оказалось в пределах 0,8% в 36 нм окне С-диапазона.