1. Статьи

Идеальное одномодовое оптическое волокно имеет круглый профиль, а распространяющийся по нему оптический сигнал имеет две составляющих, расположенных во взаимно ортогональных проекциях, так называемые, поляризованные моды. Эти моды во время передачи информации двигаются вдоль волокна с одинаковой скоростью.

В реальной же жизни, сердцевина оптического волокна может иметь неправильную геометрию. Причиной тому может быть несовершенство технологии производства или нарушения технологии монтажа кабеля:

• элиптичность сердцевины оптического волокна вызвана несовершенством технологии производства;
• деформирование волокна (сдавливание или изгибание) чаще всего является следствием нарушения технологии монтажа кабеля;
• механические нагрузки, вызванные температурными изменениями в окружающей среде.

Перечисленные причины приводят к тому, что поляризованные моды начинают распространяться вдоль оптического волокна с разными скоростями. Различие скоростей этих мод приводит к возникновению временной задержки, которую принято называть дифференциальной групповой задержкой DGD (Differential Group Delay). Среднеквадратическое значение DGD и называют поляризационно-модовой дисперсией.

Поляризационно-модовая дисперсия увеличивается с увеличением длины линии и приводит к тому, что импульс, перемещаясь по волоконно-оптической линии не только затухает, но и растягивается. Если световой импульс передается всего один, то ничего страшного в этой ситуации нет. В случае же передачи последовательности импульсов с большой частотой (частота прямо пропорциональна скорости передачи информации), будет наблюдаться наложение соседних импульсов друг на друга. Это приводит к возникновению ошибок в канале передачи и препятствует передаче информации с большой скоростью на большие расстояния.

Следует заметить, при увеличении длины волокна в четыре раза, значение ПМД увеличивается только вдвое. Другими словами, ПМД пропорционален квадратному корню длины волокна. Поэтому единица измерения ПМД – пс/√км.

В современных высококачественных волокнах коэффициент PMD, как правило, не превышает 0.2 пс/√км. Старые кабели, или кабели, изготовленные на базе волокон неизвестных производителей, часто обладают более высоким коэффициентом PMD, что делает проблематичным переход к более высоким битовым скоростям.

Поэтому, для организации высокоскоростных каналов передачи данных, требуется контроль поляризационно-модовой дисперсии на этапе производства оптического волокна и оптического кабеля, после монтажа и в ходе эксплуатации линии связи. Контроль PMD в процессе вытяжки волокна и производства кабеля необходим для оптимизации процесса производства с целью улучшения его качества. Кроме того, измеренные значения должны быть отображены в паспорте на оптическое волокно и кабель. Во время прокладки кабеля часто допускаются превышение растягивающего усилия кабеля, изгибание его с радиусом меньше предельно допустимого или перекручивание вокруг своей оси. Это, в свою очередь, создает дополнительные напряжения в оптических волокнах, вызывающие повышение PMD. Поэтому важным является также контроль этого параметра во время проведения приемо-сдаточных работ смонтированной магистральной кабельной линии. 

Чтобы гарантировать работоспособность DWDM канала и высокую скорость передачи информации, в процессе эксплуатации следует проводить регулярные проверки параметра PMD. Особенно сильно PMD изменяется на воздушных ВОЛС, которые наиболее чувствительны к колебаниям температуры окружающей среды и ветровым нагрузкам. Подземные кабели в меньшей степени и реже, но все же тоже подвержены различным влияниям внешней среды, например, смещение труб кабельной канализации относительно друг друга. Зачастую оптические кабели в кабельных колодцах находятся в воде, которая зимой замерзает, вызывая деформации кабеля и оптических волокон.

Проведенные измерения ПМД, дают нам лишь общую (интегральную) оценку линии. В случае получения неудовлетворительных параметров сразу же постает вопрос: «Как устранить проблему»?

На данный момент существует два пути решения этой задачи:

1. Измерение каждого регенерационного участка ВОЛС отдельно с последующей заменой некачественного сегмента.

2. Выявление участков с механическими напряжениями оптического волокна при помощи бриллюэновского рефлектометра (BOTDR) с последующей заменой дефектного участка.

К сожалению, на сегодняшний день не придумали способа уменьшения поляризационно модовой дисперсии в волокне. Зато решение проблемы увеличения скорости нашли в использовании нового типа модуляции передаваемого сигнала. В настоящее время наиболее перспективным для 100-гигабитных систем считается квадратичная фазовая манипуляция (QPSK) с двойной поляризацией (Dual Polarization, DP). Эта технология позволяет использовать для передачи информации две ранее не задействованных в системах оптической связи характеристики — фазу и поляризацию. Механизм DP дает возможность удвоить пропускную способность канала путем поляризационного мультиплексирования — каждая из ортогональных поляризационных мод применяется для независимой передачи информации. Получается то, что раньше ограничивало скорость передачи информации, сейчас увеличивает ее в 2 раза. Парадокс, не правда ли?

Для систем, работающих с такой модуляцией разработанные специальные когерентные приемники, способные воспринимать не только уровень сигнала, но и его фазу. Они способны обработать полученную информацию, скомпенсировать поляризационно-модовую и хроматическую дисперсию. Поэтому сегодня в системах с применением QPSK модуляции требования к ПМД и ХД в волокне несколько снижаются. Хотя кто знает, может через пару лет с очередным повышением необходимого уровня скорости передачи информации, требования к характеристикам ВОЛС снова возрастут?

СМ. ТАКЖЕ:

• Окно прозрачности оптического волокна. 
• Макро изгиб ОВ – причины и последствия
• Механизмы возникновения потерь и отражений в световоде оптического волокна
• Преимущества и недостатки оптических волокон
• Производство оптических волокон. Основные этапы технологического процесса.

Подписаться на рассылку статей