Вынужденное Рамановское рассеяние в стекловолокне

Вынужденное рассеяние Рамана (SRS) вызывает ухудшение сигнала только тогда, когда уровень оптической мощности оказывается высок. Его влияние чем-то похоже на рассеяние Бриллюэна, но излучение света сдвигается в область существенно более низких частот (между 10 и 15 ТГц) для 1550 нм окна. Кроме этого сдвинутая низкочастотная составляющая имеет значительно более широкую полосу, чем полоса Бриллюэна (около 7 и 11ц). В системах WDM влияние этого типа рассеяния заключается в перераспределении мощности из коротковолновых в длинноволновые каналы. В этом случае это явление работает как рамановский усилитель и длинноволновые каналы усиливаются за счет коротковолновых каналов до тех пор, пока разница в длинах волн лежит в полосе частот рамановского усиления. Это явление может возникнуть в кварцевом волокне, где усиление может стать результатом использования шага между каналами 200 нм. Физическая причина явления вынужденного рассеяния Рамана состоит в поглощении фотона молекулой, использовании части энергии фотона на возбуждение колебаний этой молекулы, а оставшейся части энергии – на испускание фотона с более низкой частотой. Перекрестные помехи возникают, когда по волокну передаются сигналы на двух или больше длинах волн. При этом сигналы на длинах волн усиливаются за счет ослабления сигналов на коротких длинах волн. В DWDM системе со многими близко расположенными спектральными каналами это приводит к появлению наклона в спектре передаваемой мощности, величина которого пропорциональна мощности в канале. Т.к. мощность в каналах системы не должна сильно различаться, то SRS приводит к ограничению максимальной мощности в канале.

Вынужденное рассеяние Брюэллена

Вынужденное рассеяние возникает тогда, когда падающий сигнал рассеивается. Это рассеяние может быть как в прямом, так и в обратном направлениях, и объясняется действием одного или нескольких механизмов. В каждом случае, свет сдвигается в область длинных волн. Например, при длине волны 1550 нм рассеянный свет сдвигается вправо примерно на 11 ГГц. Вынужденное рассеяние Брюэллена (SBS) имеет наинизшую пороговую мощность. Порог SBS может изменяться в зависимости от типа волокна и даже среди отдельных волокон. Как правило, он имеет порядок 5-10 мВт для узкополосных источников света с внешней модуляцией. Для лазеров с непосредственной модуляцией эта мощность может быть порядка 20-30 мВт.Физическая причина явления вынужденного рассеяния Брюэллена состоит в том, что интенсивная волна света, распространяющегося в прямом направлении, и первоначально слабая волна рассеянного назад света, а также тепловая упругая волна нелинейно взаимодействуют друг с другом (за счет явления электрострикции). В результате такого взаимодействия в волокне возникают волны показателя преломления, движущиеся со скоростью звука.Часть распространяющегося в прямом направлении света рассеивается на волнах показателя преломления назад со сдвигом частоты. Это приводит не только к ослаблению сигнала, передаваемого по волокну в прямом направлении, но и к появлению дополнительных вариаций частоты и амплитуды источника излучения при попадании в него отраженного излучения. SBS ограничивает количество световой энергии, которое может быть передано по волокну.

Четырехволновое смешение

Четырехволновое смешение (FWM - FourWaveMixing) приводит к появлению новых частот, часть из них попадает в каналы DWDM системы и вызывает перекрестные помехи. Для появления новых частот достаточно, чтобы в нелинейном взаимодействии участвовали по крайней мере две световые волны с близкими частотами (f1 и f2). Тогда появившиеся при нелинейном взаимодействии частоты (2f1 – f2 и 2f2 – f1) будут близки к исходным (рис. 5).

 

 

 

Для уменьшения перекрестных помех, возникающих из-за FWM эффекта, необходимо, чтобы длина волны нулевой дисперсии волокна не попадала в рабочий диапазона длин волн.

Если же в нелинейном взаимодействии участвуют три световые волны с близкими частотами , то некоторые из вновь возникших комбинационных частот также будут близки к исходным частотам и попадут в спектральные каналы DWDM системы. Поэтому это явление принято называть четырехволновым смешением (частота появившейся новой четвертой волны близка к частотам трех породивших ее волн).Уменьшение эффективности FWM при увеличении дисперсии волокна объясняется тем, что она приводит к нарушению фазового синхронизма смешиваемых волн и, следовательно, уменьшает длину их взаимодействия.

Уровень ЧВС чувствителен к следующим системным характеристикам:

- увеличению мощности в канале;

- увеличению числа каналов;

- уменьшению шага между каналами.

Так уровень FWM резко снижается в системах с шагом 200 ГГц, по сравнению с системами с шагом 100 ГГц.