Зависимость длительности и формы оптических сигналов от неравномерности коэффициента затухания

ЗАВИСИМОСТЬ ДЛИТЕЛЬНОСТИ И ФОРМЫ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ОТ НЕРАВНОМЕРНОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ

DEPENDENCE OF DURATION AND FORM OF OPTICAL SIGNALS ON THE UNEQUAL ATTENUATION

Сторінки: 201-210. Номер: №1, 2019 (269)

Автори:

Н.А. ОДЕГОВ, А.И. ГУЗУН

Одесская национальная академия связи им. А.С. Попова

N.A. ODEGOV, A.I. GUZUN

Odessa National О.S. Popov Academy of Telecommunications

DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2019-269-1-201-210

Рецензія/Peer review : 10.01.2019 р.

Надрукована/Printed : 15.02.2019 р.

Анотація мовою оригіналу

В рамках общей проблемы повышения эффективности волоконно-оптических систем передачи рассматривается задача оценки влияния неравномерности коэффициента затухания на форму и длительность оптического сигнала. Дается общая модель совместного влияния фактора дисперсии и фактора неравномерности. Приводится методика обработки экспериментальных данных. В качестве исходных данных принята теоретическая модель зависимости коэффициента затухания от длины волны. Данная зависимость пересчитывается в зависимость коэффициента передачи от циклической и угловой частоты. Показано, что в локальных областях данные зависимости с большой точностью аппроксимируются полиномами не выше третьего порядка. Для получения количественных оценок рассматривается узкочастотный канал шириной порядка 100 ГГц. В качестве моделей оптических сигналов рассматривается импульс Найквиста частного вида. При этом спектральная плотность полагается вида приподнятого косинуса с малым коэффициентом скругления. Другая рассматриваемая модель – оптический сигнал в форме гауссова импульса. Для двух этих случаев показано, что за счет фактора неравномерности сигнал удлиняется по мере распространения вдоль оптического волокна. Порядок удлинения составляет единиц пикосекунд на километр в расчете на один нанометр полосы излучения лазера. Данные значения несколько меньше, чем значения дисперсионных эффектов. Вместе с тем, при расчетах регенерационных участков перспективных волоконно-оптических систем передачи эффект неравномерности также следует учитывать. Для решения задач численными методами разработано программное обеспечение в среде программирования Scilab. Получены количественные оценки параметров моделей зависимости коэффициента передачи от частоты для окон прозрачности 850, 1330 и 1550 нм.

Ключевые слова: дисперсия, затухание, оптический сигнал, спектр, преобразование Фурье, гауссов импульс, импульс Найквиста.

Розширена анотація англійською мовою

Within the framework of the general problem of increasing the efficiency of fiber-optic transmission systems, the problem of estimating the influence of the non-uniformity of the attenuation coefficient on the shape and duration of an optical signal is considered. A general model of the joint influence of the dispersion factor and the unevenness factor is given. The method of processing experimental data is given. A theoretical model of the dependence of the attenuation coefficient on the wavelength was adopted as the initial data. This dependence is recalculated in the dependence of the transmission coefficient on the cyclic and angular frequency. It is shown that in local regions these dependences are approximated with great accuracy by polynomials of no higher than the third order. To obtain quantitative estimates, a narrow-frequency channel with a width of about 100 GHz is considered. As models of optical signals, the Nyquist pulse of a particular type is considered. In this case, the spectral density is assumed to be a kind of raised cosine with a small rounding coefficient. Another model under consideration is an optical signal in the form of a Gaussian pulse. For these two cases, it is shown that, due to the factor of non-uniformity, the signal is lengthened as it propagates along the optical fiber. The order of elongation is in units of picoseconds per kilometer per one nanometer of the laser emission band. These values ​​are somewhat smaller than the values ​​of dispersion effects. However, in calculating the regeneration areas of promising fiber-optic transmission systems, the effect of irregularity should also be taken into account. To solve problems by numerical methods, software was developed in the Scilab programming environment. Quantitative estimates of the parameters of the model of the dependence of the transfer coefficient on the frequency for the transparency windows of 850, 1330 and 1550 nm were obtained.

Keywords: dispersion, attenuation, optical signal, spectrum, Fourier transform, Gaussian impulse, Nyquist impulse.

References

1. BigData shagaet po planete. Kolichestvo dannyh v mire udvaivaetsja kazhdye dva goda [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : https://rg.ru/2013/05/14/infa-site.html.
2. Odegov N.A Osnovy teorii approksimacii opticheskih signalov gaussovymi impul’sami / N.A. Odegov // Herald of Khmelnytskyi National University. – 2018. – № 5. – S. 42–72.
3. Kornejchuk V.I. Opticheskie sistemy peredachi / V.I. Kornejchuk, T.V. Makarov, I.P. Panfilov. – Kiіv : Tehnіka, 1994. – 386 s.
4. Bondarenko O.V. Volokonno-opticheskie kabeli. Teoreticheskie osnovy, konstruirovanie i raschet, tehnologija proizvodstva i jekspluatacija : monografija / O.V. Bondarenko, D.V. Iorgachev, A.F. Danchenko, A.V. Usov. – Odessa : Astroprint, 2000. – 536 c.
5. Odegov N.A. Peredacha informacii opticheskimi impul’sami ravnoj dispersii / N.A. Odegov // Naukovі pracі ONAZ і O.S. Popova. – 2017. – № 2. – S. 28–38.
6. Odegov N.A Operatory dispersii i soglasovannye opticheskie signaly / N.A. Odegov // Herald of Khmelnytskyi National University. – 2017. – № 5. – S. 211–220.
7. Staschuk O. Method of determining the length of the amplifying section by four-wave mixing for the line based on the standard fiber / O. Staschuk, D. Bahachuk, I. Slobodianiuk, O. Yurieva // Proceedings of the O.S. Popov ONAT. – Odessa, 2017. – № 2. – S. 39–47.
8. Reshetnikova O.S. Ocenka vlijanija fazovoj samomoduljacii na kachestvo kanalov VOSP SRK s prjamoj moduljaciej / O.S. Reshetnikova // Naukovі pracі ONAZ і O.S. Popova. – 2012. – № 1. – C. 158–166.
9. Gaujer Dzh. Opticheskie sistemy svjazi / Dzh. Gaujer. – M. : Radio i svjaz’, 1989. – 504 s.
10. Agraval G. Nelinejnaja volokonnaja optika / Agraval G. – M. : Mir, 1996. – 323 s.
11. Zatuhanie signala v volokne. Vidy poter’ v volokne [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : https://poznayka.org/s63251t1.html.
12. Varakin L.E. Teorija slozhnyh signalov / Varakin L.E. – M. : Sovetskoe radio, 1970. – 376 s.
13. Open source software for numerical computation [Jelektronnyj resurs]. – Rezhim dostupa : https://www.scilab.org.
14. Sukachev Je.A. Vvedenie v teoriju signalov Najkvista / Je.A. Sukachev. – Odessa : Osvіta Ukraїni, 2016. – 108 s.
15. Makarov T.V. Kogerentnye volokonno-opticheskie sistemy peredachi / Makarov T.V. – Odessa : ONAS im. A.S. Popova, 2009. – 220 s.
16. Harkevich A.A. Spektry i analiz / A.A. Harkevich. – M. : Knizhnyj dom «LIBKOM», 2009. – 240 s.
17. Ventcel’ E.S. Teorija verojatnostej : ucheb. dlja vuzov / Ventcel’ E.S. – 6-e izd. ster. – M. : Vysshaja shkola, 1999. – 576 c.
18. Prudnikov A.P. Integraly i rjady. Jelementarnye funkcii / Prudnikov A.P., Brychkov Ju.A., Marichev O.I. – M. : Nauka, 1981. – 800 s.