מדוע Polarization-Dependent Loss Matters

במערכות תקשורת אופטיות מודרניות, במיוחד אלה הפועלים ב -100 Gb/s ומעבר, הביצועים של המקלט האופטי כבר לא מוגבל רק על ידי תוספת רעש או פיזור chromatic. A עדינה עדיין מתפשטת המכונה FLT:0 (PDL) ⁇ מקורות חיוניים יותר (PDL)FLT:1) התפתח כגורם קריטי שיכול להפיג את הרגישות, להגדיל את שיעור השגיאה, להפחית את שולי המערכת.

מאמר זה מספק בדיקה מעמיקה של PDL: מקורותיו הפיזיים, השפעותיה הכמותיות על ביצועי המקלט, וסקר מקיף של טכניקות הפחתה החל מבחירת רכיב לעיבוד אותות דיגיטליים מתקדמים.We גם לחקור טכנולוגיות מתפתחות המבטיחות לדכא עוד PDL ברשתות אופטיות הדור הבא.

מה זה Polarization-Dependent Loss?

אובדן תלוי Polarization הוא רכוש של מכשיר אופטי או סיבים שבו אובדן ההכנסה משתנה עם מצב של קיטוב (SOP) של האור המועבר.זה בדרך כלל מוגדר כההבדל בין אובדן מקסימלי ומינימום המובא ב decibels (dB), לעתים קרובות denoed כמו PDL (dB) עבור מרכיב פסיבי כגון מנטרולטור, מספר או מודול, עשוי להיות גל הגרוע ביותר כמו גל על פני כל חומר אפשרי.

מבחינה מתמטית, עבור רכיב נתון, אובדן ה-FLT:0Ligalph ( 1:1) ניתן לדגם על ידי כמות של ה-Scukes ו-FLT:2SofLT 3 המייצג את ה- SOP.ההפסד הוא מצורף לשני חלקים: אובדן קלקולקלציה (אובדן וקטור ⁇ ) תלוי בקטוב של ה-iOSD.

חשוב להבחין PDL מפיזור מצב קוטבי (PMD) גורם הדופק להרחיב בשל דו-היפרנס, בעוד PDL גורם וריאציות amplitude. עם זאת, שתי הליקויים מתמזגים במערכות אמיתיות: PDL יכול להמיר את PMD לעיוות נוסף ולהיפך, במיוחד כאשר PMD הוא גדול.

השפעה על מקבל ביצועים

נוכחות של PDL בקישור אופטי פוגעת ישירות באיכות האות שמגיע למקלט.האפקטים בולטים ביותר ב-FLT:0 , 000 מקלטים מאולתרים 1 (FLT:1) אשר משתמשים בתבניות מודולציה דו-קוטבית כגון DP-QPSK ו- DP-16QAM.

אות-ל- Noise Ratio Degradation

PDL גורם וריאציות בכוח אופטי המתקבל כמו אות SOP סחף.כאשר האובדן גבוה עבור קוטב מסוים, הטריאבלארי המתאים בסימן מבולקליזציה-ממורכב מירידה ביחס אות אופטי ל-לא-אין (OS) זה מקטין את סך כל Q-factor ויכול להוביל לעונש לא שווה על רכיבי Q ו- Q-D, אפילו 1B3, מ-D.

רצפה שגיאה

מכיוון ש-PDL הוא ליקוי ליניארי לא-רגוני (העונש תלוי ב-SOP המיידי), זה יכול לגרום לקומה שגיאה בלתי ניתנת לחינוך.כאשר ההסתה המושרה של PDL עם האות SOP לתקופה ממושכת, המקלט רואה דואטים בסימן Amplitude.אם הדהמה עמוקה מספיק, התיקון הקדמי (FEC) עשוי להיות לא יכול לקרות עם הסתברות אחת לשגיאה קטנה (D)

עין Closure ו Sרגישות הפין

במקלטי ענישה ישירים, PDL מתבטא כתנודות בפתיחת העין כמו SOP משתנה. סף ההחלטה של המקלט, שנקבע לעוצמה ממוצעת, הופך תת-אופטימי במהלך דעיכה המושרה על ידי קיטוב, הגדלת שיעור השגיאה הקטן.העונש הוא לעתים קרובות ביטוי כעונש כוח - אות נוסף הנדרש כדי לשמור על אותו BER כמו קישור ללא הפרעה PDL.

השפעה על מקבל שותף DSP

מקלטים קוהרנטיים מעסיקים עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) כדי לשחזר את שלב המוביל ואת אלגוריתמים סטנדרטיים כגון אלגוריתם מודולוס קבוע (CMA) או ניהול החלטות מערכת LMS מניחים כי הערוץ הוא חסר הפסד למעט תופעת קיטוב יחידה. PDL מציג הפסד לא אחיד (המטריקס הערוץ הופך לא פולשני), אשר כוחות שווים כדי להתאים את ההתפרצות השנייה של 2 מקרים של דיכאון יכול להיות מתכנסת: 0 להפחתה חלקית של 2.

גורמים מתקדמים ל-PDL במערכות אופטיות

PDL נובע ממנגנונים פיזיים רבים בתוך הקישור האופטי.התורמים הנפוצים ביותר כוללים:

  • (FLT:0)Fiber bireparnce: FLT:1 למרות סיבים חד-פעמיים סטנדרטיים יש PDL נמוך מאוד (בדרך כלל <0.01 dB / ק"מ), לחץ סיבים, bends ו ⁇ טמפרטורה יכול לגרום כמויות קטנות של birence שמובילה לפיזור תלול והפסד.
  • (FLT:0) חסרונות: FLT:1eurs אופטיים, פריצים, מתגים אורכי גל (WSS), מודטורים, ומסננים יכולים להציג PDL החל מ 0.1 dB ל-0.5 dB למכשיר. PDL נגרמת לעתים קרובות על ידי גל סימטרי, עיצוב שגוי של קוטל להיות מפוצל, או ציפוי ANGO עצמאי.
  • (FLT:0) קוניקטור ו splice misalignment:03FLT) 1 A קצת מגע פיזי מזווית במקצת (APC) מחבר או היתוך מעוות בצורה גרועה יכול ליצור אובדן קטן של שילוב תלוי בקוטב, במיוחד כאשר ליבת הסיבים יש סימטריה לא-חברתית.
  • (FLT:0 Temperature and Environmental Stress:FLT:1 פלוגות בטמפרטורה מחממת לגרום להתרחבות תרמית שינויים בהפרת סיבים, שינוי ומודולציה מכנית PDL יכול גם לשנות דינמי את ההיערכות SOP ביחס PDL axes.
  • (FLT:0) תלויות באורך מלא: FLT:1 PDL במרכיבים כגון AWGs ו- interleavers לעתים קרובות משתנה מעבר רוחב הפס האופטי. במערכות WDM, כל ערוץ עשוי לחוות PDL שונה, מה שגורם לסבך את עיצוב המערכת.
  • (FLT:0) רווח תלוי בהגברה:FLT ( 1:1) למרות סיבים erbium-doped סיבים יש מאוד נמוך PDL, מגברות אופטיות למחצה (SOAs) יכול להציג רווח תלוי בקטביזציה משמעותית (PDG), אשר מתנהג באופן דומה ל-PDL אבל עם שיפורים במקום אובדן.

ה-PDL המצטבר בקישור מוערך לעתים קרובות באמצעות שיטת שורש-sum-square עבור רכיבים עצמאיים, אבל זה רק תקף אם ה-PDL axes הם מוכווני באופן אקראי. בפועל, עיצוב מערכת זהיר מניח הקצאה הגרועה ביותר PDL (למשל, 1-2 d עבור קישור 1000 ק"מ) ותקציבים המתאימים שולי מערכת ההפעלה.

טכניקות להורדת Polarization-Dependent Loss

מהנדסים פיתחו מגוון של טכניקות חומרה ותוכנה כדי להפחית את ההשפעה של PDL. אלה ניתן לסווג ל-4 אסטרטגיות עיקריות: שליטה ברמת רכיב, מגוון המקלט, בקרה אופטית אדפטית הסתגלות, ותגמול דיגיטלי.

1 בחירה ועיצוב

קו ההגנה הראשון הוא לבחור רכיבים עם מפרטים PDL נמוך. יצרנים מודרניים לייצר ממריצים, משווקים, ומודולטורים עם PDL מתחת 0.1DB. עבור סיבים, באמצעות סיבים מיוחדים נמוך-bireparnce סיבים (למשל, חלקי סיבים טהורים סיבי ליבה) או סיבים ספירה יכולים להפחית את הרגישות הקיטוב של השידור.

2. Polarization Diversity מקבל

גישה הפחתה קלאסית היא הגישה של FLT:0 (מאגר הגדל של המקלטים) 1 (בתכנית כזו, האות הנכנס מחולק לשתי מדינות קוטביות אורטוקונים באמצעות מתפצלת קבקליזציה (PBS) כל קוטביזציה יכול לזהות באופן עצמאי על ידי photodetector נפרד, ושני אותות חשמליים משולבים לאחר זיהוי ישיר) או שילוב משותף (לאחר אובדן משותף של ה-S) באופן יעיל לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר ה-האפקט המשולב (האפקט המשולב של ה-S).

בקרת Polarization

עבור קישורים שבהם PDL הוא זמן מנוחה (בשל טמפרטורה או מתח), מגבלת PD:0 ;0 ענישה קוטבקט קוטבי בקר LT:1 יכול להיות ממוקם קלט המקלט.המכשירים האלה משתמשים ⁇ -חשמליים, פאראדיס סטריטור, או תאים גבישיים נוזליים כדי להתאים באופן פעיל את SOP כך שהוא מתאים עם ציר נמוך של מקלט אופטי, 000 רגיל, או ירידה של תאים ריקים (reic) הוא חסר שליטה, או ירידה).

4.הפצה של Digital Signal Process Compensation

(הופנה מהדף PDSE) מציע כלי רב עוצמה: DSP יכול להשוות את הערוץ הלא-עונשי שנוצר על ידי PDL. אלגוריתם 2×2 חמאה שווה ב המקלט קוהרנטי נועד לפצות על ה- MIMO שרירותי (הרחבה של מספר קידוד) שיפור יחיד (DLT) עם ערכים כפולים משמעותיים עם DLT2F) כולל ערכים חד-פעמיים של DTMR.

לאחרונה, טכניקות למידת מכונה (למשל, רשתות עצביות חוזרות או למידה חיזוק) נחקרו עבור מעקב קיטוב בזמן אמת ושוויון. אלגוריתמים אלה יכולים להתאים לסביבות לא מחזוריות מהר יותר מאשר שיטות מסורתיות המבוססות על קידוד, מה שהופך אותם מתאימים עבור מערכות עם שינוי מהיר של PDL.

עיצוב מערכת-Level Margins

למרות ההפחתה הטובה ביותר, כמה PDL שאריות הוא בלתי נמנע. מעצבי מערכת להקצות את ה-FLT:0 PDL שוליFLT:1 בתקציב הכוח, בדרך כלל 1-2 dB עבור קישורים ארוכי טווח. שולי זה נגזר מודלים סטטיסטיים של הצטברות PDL (למשל, הפצה מקסוולנית) ואת הזמינות הנדרשת של המערכת (למשל, 99.99%) עם בעיות מתקדמות עם הגנה PDL (תוספת) עם גורמות גם התחממות יעילה) עם PDL.

מגמות מתקדמות ומגמות עתידיות

מחקר להפחתה של PDL ממשיך להתפתח.כמה כיוונים מבטיחים מתוארים להלן.

Machine Learning for Polarization Tracking

ככל שמערכות קוהרנטיות דוחפות מעבר ל-800 Gb/s לכל אורך הגל, קצב הסמל עולה והתנודות SOP הופכות מהר יותר. ⁇ מסורתי מבוסס ⁇ עשוי להיאבק כדי להתכנסות.מודלים של למידת מכונות - במיוחד רשתות עצביות קטנות חוזרות ונשנות - יכולות ללמוד את הדינמיקה הזמנית של האבולוציה של הקיטוביזציה וחיזוי התוספים השוויוניים ביותר.

עיצובים חדשים

(הציבים שעוצבו במיוחד, כגון FLT:0) סיבים של פריים (Flow-bireparnce סיבים) עם סימטריה הליבה המעגלית הקרובה, להראות PDL נמוך כמו 0.002 dB / ק"מ:2 סיבים ספונים FLT 3:2 ספירה סיביים FLT 3: 3, שבו ציר bireparnce מסתובב במהלך לצייר, ממוצעים של PDL לאורך הקישור הזה הם עכשיו זמין עבור כל צוללות מסחריות.

פתרונות Photonic Solutions

פוטוניקה הסיליקון מציעה את ההזדמנות לשלב מעגלים שונים של מגוון קוטבי על שבב אחד.על ידי עיצוב משותף של PBS, היברידית קוהרנטית, ואת photodiodes, PDL ניתן למזער באמצעות סוללות מדויקות.

אופטיקה אופטית ל-Free-Space Optical קישורים

בתקשורת אופטית של חלל חופשי (FSO) ניתן להציג PDL על ידי זעזוע אטמוספירי ו טיפות לחות. מערכות אופטיות הסתגלותיות אשר לתקן אברמנטים גלfront יכול גם להפחית את ההפסדים תלויות קוטביזציה.זהו תחום של מחקר פעיל עבור קישורים לווייניים ורחפנים אל הקרקע.

מסקנה

אובדן תלוי Polarization הוא פגיעה עדינה אך קריטית במערכות תקשורת אופטיות מודרניות.השפעתו על ביצועי המקלט - החל מ- OSNR השפלה לקומות השגיאה - לא ניתן להתעלם ממנה כהעלאת הנתונים וקישורים שוליים להדק. למרבה המזל, ארסנל מקיף של טכניקות הקטנת הפחתת הפחתת הפחתת הטכניקות זמין: בחירה קפדנית של רכיב, ארכיטקטורות גיוון קוטב, בקרים אופטיים אופטיים מתאמתים ומתוחכמים.

במבט קדימה, ההתכנסות של למידת מכונה, ייצור סיבים מתקדמים, ופוטניקה משולבת מבטיחה לדכא עוד PDL ולסלול את הדרך לרשתות בעלות גבוהה אולטרה-גבוהה מעל 1 Tb /s לערוץ. הבנה וניהול PDL יישארו מתחרה מפתח עבור מעצבי רשת אופטית במשך שנים.

עוד קריאה

  • לטיפול תיאורטי יסודי בסטטיסטיקות של PDL:0. [:0]Statistics of Polarization, תלוי ב- Opticalfi Systems," IEEE J. Lightwave Technol.
  • להנחיות מדידה מעשיות:0 (Measuring Polarization) תלויות בהפסדים אופטיים", Keysight Technologies.
  • עבור פיצוי DSP מתקדם:0"Joint PDL ו- PMD Compensation Using Deep Learning in Coherent Systems, "אופטרה" 1
  • עבור עיצובים של סיבים נמוכים-PDL:0 (Corning SMF-28 Ultrafi מפרטים).