С полихроматической накачкой

Характерная ширина полосы ВКР-уси-

ления, которую обеспечивает один мо-

нохроматический источник излучения

накачки, составляет около 5 нм. Для

расширения спектральной полосы уси-

ления и одновременного сглаживания

неравномерности контура ВКР-усиле-

ния в заданной области требуется

комбинированная накачка на несколь-

ких длинах волн с соответствующими

мощностями излучения [27–32].

Одна из первых реализаций ВКР-усили-

теля с накачкой набором узкополосных

источников излучения была представле-

на в работе [27]. Была проведена опти-

мизация спектра усиления 25-километ-

рового ВКР-усилителя с накачкой 12 диод-

ными лазерами в диапазоне длин волн

1412, 5–1504, 5 нм. В результате достигнута

неравномерность контура усиления, не пре-

вышающая 0, 1 дБ в спектральной полосе

80 нм (1527–1607), при этом среднее значе-

ние усиления слабого сигнала составило

10, 5 дБ. В результате контур усиления, пе-

рекрывающий два основных коммуникаци-

онных диапазона и неравномерность конту-

ра, в перспективе позволяют использовать

данный ВКР-усилитель для многоканальной

передачи оптического сигнала на относи-

тельно большие расстояния.

Следует отметить, что теоретическое

предсказание и оптимизация ВКР-усиления

затруднены для случая относительно боль-

шого числа независимых источников накач-

ки. Результат ВКР-усиления не является

простой суперпозицией стоксовых компо-

нент, потому что спектральные компоненты

накачки оказывают взаимное влияние

друг на друга при распространении

по волокну. Влияние взаимодействия

компонент накачки иллюстрируют

рис. 9 и 10. Как видно из рис. 9, ре-

альное ВКР-усиление распределенно-

го усилителя превышает сумму инди-

видуальных коэффициентов усиления

от монохроматических компонент на-

качки в длинноволновой области и,

наоборот, меньше в коротковолновой

области. Причина этого эффекта в

том, что коротковолновые компоненты на-

качки усиливают длинноволновые компо-

ненты, а сами при этом истощаются. Эво-

люция мощности компонент

накачки вдоль волокна пока-

зана на рис. 10.

На входе в волокно пять

спектральных компонент

имеют равные мощности (по

100 мВт). Длинноволновая

компонента (1495 нм) на

первом этапе усиливается

благодаря ВКР-взаимодей-

ствию с более коротковолно-

выми компонентами.

Расширение спектральной

полосы ВКР-усиления однов-

ременно с минимизацией не-

равномерности контура уси-

ления внутри этой полосы и

увеличением расстояния пере-

дачи оптического сигнала за

счет применения схем полихроматической

накачки узкополосными источниками излу-

чения – не единственный путь для создания

высокоэффективных ВКР-усилителей опти-

ческого сигнала. Ведется интенсивный по-

иск альтернативных схем накачки ВКР-уси-

лителей, способных уменьшить количество

источников излучения накачки при сохране-

нии необходимых параметров ВКР-усиле-

ния. Это возможно при использовании ши-

рокополосных источников накачки. В этом

случае спектр усиления ВКР-усилителя в

первом приближении является сверткой

спектра ВКР-усиления во-

локна со спектром источ-

ника накачки.

В настоящее время дос-

таточно хорошо разрабо-

таны алгоритмы числен-

ных расчетов, позволяю-

щие достаточно точно

моделировать характе-

ристики ВКР-усилителей

с полихроматической на-

качкой [33].

История открытия и применение ВКР-усилителей

ВКР-усиление в оптическом волокне было впервые продемонстрировано в 1973 г. Столеном и Иппеном [7].

В середине 1980-х гг. в литературе обсуждалась перспективность ВКР-усилителей для телекоммуникационных применений, но до практики дело так и не дошло – в определенной мере из-за появления в конце десятилетия высокоэффективных эрбиевых усилителей. В применявшихся тогда системах связи с мощностью световых сигналов, не превышающей несколько милливатт, эрбиевые усилители существенно превосходили ВКР-усилители по эффективности накачки, и главное – они могли работать с маломощными полупроводниковыми лазерами накачки.

В конце 1990-х гг. интерес к ВКР-усилителям возродился вновь. Это было связано в первую очередь с потребностью в увеличении скорости передачи информации по линиям дальней и сверхдальней связи. Для этого нужны усилители, способные работать во всех спектральных областях, включая область 1300 нм и S-область, открывшуюся в связи с созданием волокон без водородного пика поглощения. ВКР-усилители благодаря широкой полосе усиления и отсутствию привязки к длине волны удовлетворяют этим требованиям. Так, были продемонстрированы полосы усиления до 100 нм [8–10], причем во всем окне прозрачности от 1300 до 1650 нм (рис. 1).

ВКР-усилители могут быть распределенными, дискретными (или точечными) и гибридными [6, 9, 11]. Они могут использоваться либо совместно с эрбиевыми усилителями, либо без них. Интерес к ВКР-усилителям стимулируется развитием технологии спектрального мультиплексирования [12].

Кроме того, в ВКР-усилителях на одном участке волокна можно комбинировать усиление и компенсацию дисперсии [9, 11]. На выходе волокна, компенсирующего дисперсию, усиление превышает потери, благодаря чему растет энергетический запас системы и появляется возможность включать в систему другие элементы, такие как мультиплексоры ввода-вывода.

Распределенный рамановский усилитель – это усилитель, в котором в качестве среды усиления выступает само телекоммуникационное волокно. Применение распределенных рамановских усилителей в волоконно-оптических линиях связи снижает шумы и нелинейные искажения, благодаря чему можно использовать более длинные участки волокна, более высокую скорость передачи, меньшие промежутки между каналами, а также приблизить рабочий диапазон к длине волны нулевой дисперсии.

Множество экспериментов продемонстрировали достоинства распределенных рамановских усилителей [13–20]. Среди них эксперименты на подводных линиях без использования повторителей [15], демонстрация наземных и подводных систем связи с высокой пропускной способностью [16–18], одноканальных систем из небольших участков со скоростью передачи 320 Гбит/с [19] и солитонных систем [20].

Несмотря на сравнительно долгую историю исследования распределенных ВКР-усилителей только недавно предложено применять многокаскадную систему накачки. Такая накачка в еще большей степени снижает нежелательные изменения мощности сигнала вдоль оптического волокна [14, 21–25]. Таким образом, ВКР-усилители не только стали неотъемлемой частью современных систем дальней и сверхдальней связи, но и сохраняют потенциал дальнейшего развития.

Применение

В вума и роста инвестиций в эту область в конце 90-х.