Η επίδραση της επιλογής μήκους κύματος στην απόδοση οπτικού λήπτη

Τυπικές Ζώνες μήκους κύματος και η επίδρασή τους στη Μέτρικες λήψεις

Οι οπτικές ίνες είναι οργανωμένες σε διάφορες ζώνες μήκους κύματος, η καθεμία με διακριτή εξασθένηση, διασπορά και μη γραμμικά χαρακτηριστικά.

850 nm (O-Band for Multimode)

Χρησιμοποιείται κυρίως με [[LFT:0]]]κάθετα λέιζερ εκπομπής επιφάνειας-κώκ (VCSELs)[[[LPT:1]] σε συνδέσεις πολλαπλών τρόπων μικρής εμβέλειας (κέντρα δεδομένων, τοπικά δίκτυα). Στα 850 nm, η απώλεια ινών είναι περίπου 3 dB/km και όρια διασποράς modal φτάνουν περίπου τα 300 m. Οι λήπτες πρέπει να χειρίζονται υψηλότερη οπτική ισχύ για να αντισταθμίσουν την εξασθένηση, συχνά οδηγώντας σε αυξημένη [[LFT:2]θερμική ηχορύπανση[[[LFT:3]]] κυριαρχία. Το όφελος είναι χαμηλό κόστος συστατικών και ευκολία ολοκλήρωσης.

1310 nm (O-Band)

Αυτό το μήκος κύματος βρίσκεται κοντά στο σημείο μηδενικής διασποράς της τυπικής μονότροπης ίνας (SMF). Ενώ η εξασθένηση είναι μέτρια ( ⁇ 0,35 dB/km), ο δέκτης ωφελείται από την ελάχιστη χρωματική διασπορά, η οποία μειώνει την παρεμβολή του διασύνδεσης σε μέτρια ταχύτητα δεδομένων (έως 10 Gbps). Για υψηλότερες ταχύτητες (100 Gbps και πέρα), εξακολουθεί να απαιτείται αντιστάθμιση διασποράς. 1310 nm ευνοείται για δίκτυα μετρό μεσαίας εμβέλειας και πρόσβασης όπου οι δέκτες με ευαισθησία διασποράς μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς εξωτερική αντιστάθμιση.

1550 nm (C-Band)

Η ενισχυτής ινών με Erbium (EDFA) κάνει 1550 nm το άλογο εργασίας για συστήματα μεγάλης αποβάθρας και υποβρύχια. Η εξασθένηση μειώνεται στα ⁇ 0,2 dB/km, επιτρέποντας στους οπτικούς ενισχυτές να καλύπτουν χιλιάδες χιλιόμετρα. Οι δέκτες στα 1550 nm βιώνουν τη χαμηλότερη απώλεια σήματος, επιτρέποντας την πολύ υψηλή ευαισθησία (κάτω στα ⁇ 30 dBm για συνεκτικούς δέκτες). Ωστόσο, χρωματική διασπορά στα 1550 nm ( ⁇ 17 ps/nm·km]] πρέπει να διαχειριστούν, συνήθως χρησιμοποιώντας ίνα που αντισταθμίζει τη διασπορά ή ψηφιακή εξίσωση σε συνεκτικούς τρανσέκτες. Οι δέκτη bandwidth μπορούν να αξιοποιηθούν πλήρως, επειδή το σήμα δεν περιορίζεται από την ίνα.

L ⁇ Band (1565 ⁇ 1625 nm)

Η ζώνη L εκτείνεται το χρησιμοποιήσιμο φάσμα πέρα από τη ζώνη C, επιτρέποντας την πυκνή πολυπλέγματα μήκους κύματος-διαίρεσης (DWDM) με περισσότερα κανάλια. Οι δέκτες για L-band πρέπει να αντιμετωπίσουν υψηλότερη απώλεια ινών και ισχυρότερη ] τεσσάρων κυμάτων ανάμειξη (FWM) λόγω διαφορών διασποράς. Εξειδικευμένες φωτοδιόδους με εκτεταμένα στρώματα απορρόφησης InGaAs χρησιμοποιούνται, συχνά επιδεικνύοντας ελαφρώς χαμηλότερη υπευθυνότητα και υψηλότερο σκοτεινό ρεύμα. Παρ 'όλα αυτά, η ζώνη L-band είναι απαραίτητη για συστήματα που απαιτούν υπερ-υψηλή χωρητικότητα.

Μηχανισμοί θορύβου μήκους κύματος (Wavelength Dependent Noise Mechanisms)

Θόρυβος Αυθόρμητης Εκπομπής Ενισχυτών (ASE)

Σε ενισχυμένα συστήματα, ο θόρυβος ΧΑ από την EDFAs συσσωρεύεται κατά μήκος του συνδέσμου. Η εικόνα θορύβου ενός οπτικού ενισχυτή ποικίλλει σε όλο το φάσμα κέρδους. Τα μήκη κύματος κοντά στην κορυφή κέρδους EDFA ( ⁇ 1530 ⁇ 1560 nm) εμφανίζουν χαμηλότερη εικόνα θορύβου, η οποία βελτιώνει άμεσα την οπτική σχέση σήματος-θορύβου του δέκτη (OSNR). Επιλέγοντας ένα κανάλι εντός της περιοχής επίπεδης ενίσχυσης του ενισχυτή μπορεί να μειώσει την ποινή από σφάλματα που προκαλούνται από την ASE bit.

Μη γραμμικές διορθώσεις

Η επιλογή μήκους κύματος επηρεάζει μη γραμμικά αποτελέσματα όπως αυτοφασική διαμόρφωση (SPM), διαφασική διαμόρφωση (XPM)], και FWM[]. Στα συστήματα DWDM, τα κανάλια που βρίσκονται κοντά στο μήκος κύματος μηδενικής διασποράς ( ⁇ 1310 nm) υποφέρουν περισσότερο από FWM, ενώ τα μεγαλύτερα μήκη κύματος (C ⁇ band) έχουν αρκετά μεγάλη τοπική διασπορά για να καταστείλουν το FWM. Για συνεκτικούς δέκτες που χρησιμοποιούν ψηφιακή επεξεργασία σήματος (DSP), η ποινή από τη μη γραμμικότητα είναι εξαρτώμενη από το μήκος κύματος· η βέλτιστη ισχύς εκτόξευσης και η κατανομή καναλιών πρέπει να ισορροπούν τον μη γραμμικό θόρυβο έναντι του θορύβου ASE.

Πρακτικό εμπόριο-Offs στην επιλογή μήκους κύματος

Ρυθμός δεδομένων και περιορισμοί εύρους ζώνης

Για τα υψηλά ποσοστά συμβόλων (≥56 GBd), το εύρος ζώνης 3 dB του δέκτη πρέπει να είναι επαρκές για να συλλάβει το σήμα χωρίς παραμόρφωση. Σε μεγαλύτερα μήκη κύματος, η χωρητικότητα φωτοδιοδίων μπορεί να είναι χαμηλότερη (λόγω μεγαλύτερων πλατειών εξάντλησης), αυξάνοντας το όριο εύρους ζώνης. Ωστόσο, ο χρόνος διέλευσης των φωτογεννημένων φορέων αυξάνεται επίσης με βάθος απορρόφησης.

Συνοχή έναντι άμεσης ανίχνευσης

Στο συνεχείς δέκτες, η επιλογή μήκους κύματος επηρεάζει τον τοπικό θόρυβο φάσης λέιζερ και την ευθυγράμμιση πόλωσης. Το μήκος κύματος LO πρέπει να ταιριάζει με το σήμα εντός μερικών εκατοντάδων MHz, το οποίο γίνεται δυσκολότερο όταν το μήκος κύματος του σήματος παρασύρεται. Προηγμένοι αλγόριθμοι εκτίμησης ψηφιακής φάσης μπορούν να ανεχθούν μεγαλύτερη αναντιστοιχία μήκους κύματος, αλλά το περιθώριο του συστήματος εξακολουθεί να υποβαθμίζεται αν το μήκος κύματος περιπλανιέται εκτός του εύρους συντονισμού του LO. Για δέκτες άμεσης ανίχνευσης (π.χ., OOK για PONs), οι απαιτήσεις σταθερότητας μήκους κύματος είναι πιο χαλαρές, αλλά η ποινή από τη χρωματική διασπορά στα 1550 nm όρια φτάνουν.

Κόστος και διαθεσιμότητα συστατικού

Η τυποποίηση σε μια ενιαία ζώνη μήκους κύματος απλοποιεί την απογραφή αλλά μπορεί να επιβάλλει υποβέλτιστες επιδόσεις. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας 1550 nm σε συνδέσεις data center μικρής εμβέλειας είναι δαπανηρή λόγω της ανάγκης για ψυκτικές διόδους λέιζερ και EDFAs. Αντίθετα, η χρήση 850 nm για μακρά διάρκεια είναι αδύνατη λόγω της μεγάλης απώλειας.

Επέκταση της παλέτας μήκους κύματος: S ⁇ Band, U ⁇ Band, και πέρα

Η τρέχουσα έρευνα διερευνά τις ζώνες S ⁇ band (1460 ⁇ 1530 nm) και U ⁇ band (1625 ⁇ 1675 nm) για να ξεκλειδώσει την πρόσθετη χωρητικότητα. Για τους δέκτες, αυτές οι ζώνες παρουσιάζουν προκλήσεις: οι φωτοδίοδοι συχνά έχουν χαμηλότερη υπευθυνότητα (λόγω περιορισμών απορρόφησης-στρώματος), και το σκοτεινό ρεύμα μπορεί να είναι μια τάξη μεγέθους υψηλότερο. Ωστόσο, με την ανάπτυξη [hybrid φωτοανιχνευτές[ (π.χ., ενσωμάτωση SiGe και InGaAs) και προηγμένα κυκλώματα θορύβου ⁇ καταστολής, αυτές οι ζώνες μπορεί σύντομα να είναι βιώσιμες για συστήματα υπερυψηλής χωρικής-διαίρεσης ⁇ πολλαπλών (SDM).

Συμπέρασμα: Πρακτικές κατευθυντήριες γραμμές για τη βελτιστοποίηση του μήκους κύματος

Η επιλογή του βέλτιστου μήκους κύματος για έναν οπτικό δέκτη απέχει πολύ από μια απόφαση που έχει το ένα μέγεθος ⁇ καθώς και από όλες τις επιλογές.

• Για βραχυκύκλωμα (<1 km):) Χρησιμοποιήστε 850 nm με χαμηλής κόστους φωτοδίοδους VCSEL και pin. Κρατήστε τη δύναμη υψηλή για να υπερνικήσετε το θερμικό θόρυβο.
• Για μεσαία ⁇ προσπέλαση (1 ⁇ 40 km):[[LFT:1]] Τα 1310 nm προσφέρουν χαμηλή διασπορά και εξαιρετική ευαισθησία χωρίς αντιστάθμιση διασποράς.
• Για μακρύ μήκος (> 100 km): 1550 nm (C ⁇ band) με κέρδος EDFA και συνεκτική ανίχνευση παρέχει την υψηλότερη ευαισθησία και την επίτευξη. Χρησιμοποιήστε αντιστάθμιση διασποράς ή DSP για τη διαχείριση χρωματικής διασποράς.
• Για εξαιρετικά υψηλή χωρητικότητα: Επεκτείνετε σε L ⁇ band και τελικά S ⁇ band. Παρακολούθηση δέκτη σκοτεινό ρεύμα και ASE κυρώσεις θορύβου.