Қазіргі оптикалық байланыс жүйелерінде жоғары сыйымдылық пен ұзақ тарату қашықтығына ұмтылуда шу, негізгі физикалық шектеу ретінде, өнімділікті жақсартуды әрқашан шектеп келді.
ӘдеттегідейEDFAЭрбиймен легирленген талшықты күшейткіш жүйесі, әрбір оптикалық беру аралығы шамамен 0,1 дБ жинақталған өздігінен пайда болатын шу (ASE) тудырады, бұл күшейту процесі кезіндегі жарық/электрон өзара әрекеттесуінің кванттық кездейсоқ сипатына негізделген.
Шудың бұл түрі уақыт аймағында пикосекундтық деңгейдегі уақыттық діріл ретінде көрінеді. Діріл моделінің болжамына сәйкес, 30ps/(нм · км) дисперсия коэффициенті жағдайында діріл 1000 км жіберген кезде 12ps-ке артады. Жиілік аймағында бұл оптикалық сигнал-шу қатынасының (OSNR) төмендеуіне әкеледі, нәтижесінде 40 Гбит/с NRZ жүйесінде сезімталдық 3,2 дБ (@ BER=1e-9) жоғалады.
Талшықтың сызықтық емес әсерлері мен дисперсиясының динамикалық байланысынан туындайтын күрделі мәселе - 1550 нм терезесіндегі дәстүрлі бір режимді талшықтың (G.652) дисперсия коэффициенті 17 пс/(нм · км) құрайды, бұл өздігінен фазалық модуляциядан (SPM) туындаған сызықтық емес фазалық ығысумен бірге жүреді. Кіріс қуаты 6 дБм-ден асқан кезде, SPM әсері импульстік толқын формасын айтарлықтай бұрмалайды.
Жоғарыдағы суретте көрсетілген 960 Гбит/с PDM-16QAM жүйесінде 200 км берілістен кейінгі көздің ашылуы бастапқы мәннің 82%-ын құрайды, ал Q факторы 14 дБ деңгейінде сақталады (BER ≈ 3e-5 сәйкес келеді); Қашықтық 400 км-ге дейін ұзартылған кезде, айқас фазалық модуляцияның (XPM) және төрт толқынды араластырудың (FWM) біріккен әсері көздің ашылу дәрежесінің күрт 63%-ға дейін төмендеуіне әкеледі, ал жүйелік қателік деңгейі 10 ^ -12 FEC қателерін түзету шегінен асады.
Тікелей модуляциялық лазердің (ТМЛ) жиілік шырылдау әсері нашарлайтынын атап өткен жөн - әдеттегі ТМЛ лазерінің альфа параметрінің (сызық енін арттыру коэффициенті) мәні 3-6 диапазонында болады, ал оның лездік жиілік өзгерісі 1 мА модуляция тогында ± 2,5 ГГц-ке жетуі мүмкін (шырылдау параметріне C=2,5 ГГц/мА сәйкес келеді), нәтижесінде 80 км G.652 талшығы арқылы берілгеннен кейін импульстің кеңею жылдамдығы 38% құрайды (жинақталған дисперсия D · L=1360 пс/нм).
Толқын ұзындығын бөлу мультиплекстеу (WDM) жүйелеріндегі арналардың өзара әрекеттесуі тереңірек кедергілерді тудырады. 50 ГГц арна аралығын мысал ретінде алсақ, төрт толқынды араластырудан (FWM) туындаған кедергі қуаты кәдімгі оптикалық талшықтарда шамамен 22 км тиімді солға созылады.
Толқын ұзындығын бөлу мультиплекстеу (WDM) жүйелеріндегі арналардың өзара әрекеттесуі тереңірек кедергілерді тудырады. 50 ГГц арна аралығын мысал ретінде алсақ, төрт толқынды араластыру (FWM) арқылы пайда болатын кедергі қуатының тиімді ұзындығы Leff=22 км (талшықтың әлсіреу коэффициентіне сәйкес α=0,22 дБ/км).
Кіріс қуаты +15 дБм дейін арттырылған кезде, көршілес арналар арасындағы айқаспалы байланыс деңгейі 7 дБ-ға артады (-30 дБ базалық деңгейге қатысты), бұл жүйені тура қателерді түзетудің (FEC) артықшылығын 7%-дан 20%-ға дейін арттыруға мәжбүр етеді. Ынталандырылған Раман шашырауынан (SRS) туындаған қуат беру әсері ұзын толқын ұзындығы арналарында километрге шамамен 0,02 дБ жоғалтуға әкеледі, бұл C+L диапазонында (1530-1625 нм) қуаттың 3,5 дБ-ға дейін төмендеуіне әкеледі. Динамикалық күшейту эквалайзері (DGE) арқылы нақты уақыт көлбеуін өтеу қажет.
Осы физикалық әсерлердің жүйенің өнімділік шегін өткізу қабілеттілігінің қашықтығының көбейтіндісімен (B · L) сандық түрде анықтауға болады: G.655 талшықты (дисперсиялық компенсацияланған талшық) типтік NRZ модуляция жүйесінің B · L шамамен 18000 (Гб/с) · км құрайды, ал PDM-QPSK модуляциясы және когерентті анықтау технологиясымен бұл көрсеткішті 280000 (Гб/с) · км-ге дейін жақсартуға болады (@ SD-FEC күшейтуі 9,5 дБ).
Зертханалық ортада өзекаралық айқаспалы байланыстардың әлсіз бақылауы (<-40дБ/км) арқылы заманауи 7 ядролы x 3 режимді кеңістіктік бөлу мультиплекстеуші талшықты (SDM) 15,6 Пб/с · км өткізу қабілетіне қол жеткізді (бір талшықты сыйымдылығы 1,53 Пб/сх беру қашықтығы 10,2 км).
Шеннон шегіне жақындау үшін заманауи жүйелер бір тасымалдаушы 400G PDM-64QAM берілісінің Q факторын 2 дБ-ға (12 дБ-дан 14 дБ-ға дейін) арттыру және OSNR төзімділігін 17,5 дБ/0,1 нм-ге дейін босату үшін ықтималдықты қалыптастыруды (PS-256QAM, 0,8 дБ қалыптастыру күшейтуіне қол жеткізу), нейрондық желіні теңестіруді (NL компенсация тиімділігі 37%-ға жақсарды) және таратылған Раман күшейтуін (DRA, көлбеу дәлдігін арттыру ± 0,5 дБ) бірлесіп қолдануы керек.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 12 маусым