Солитонные линии связи

СОЛИТОННЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ [c.125]

Интервал времени Тд между соседними информационными битами или импульсами определяет скорость передачи информации В в системе связи В= Тд). Поэтому необходимо определить, насколько близко два солитона могут находиться друг относительно друга, чтобы между ними не было взаимодействия [87 99]. Та же самая нелинейность, которая необходима для существования одного солитона, приводит к взаимодействию между соседними солитонами. В этом разделе кратко рассматриваются те аспекты взаимодействия СОЛИТОНОВ, которые имеют отношение к созданию солитонных линий связи. [c.131]

ВОПРОСЫ, СВЯЗАННЫЕ С КОНСТРУИРОВАНИЕМ КОНКРЕТНЫХ СОЛИТОННЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ [c.133]

Рис. 5.15. Схема солитонной линии связи. Солитоны вводятся в цепочку световодов, состоящую из многих сегментов длиной L. На конце каждого сегмента через частотно-зависимый направленный ответвитель в обоих направлениях вводится излучение накачки от непрерывного лазера.

Гораздо более сложным оказывается исследование функций распределения p )i р У) и их моментов в случае больших флуктуаций исходного сигнала, т. е. импульсов типа вспышек оптического шума. В этой ситуации из конкретной реализации начальных данных при ->-оо может сформироваться как один, так и несколько солитонов или импульс, испытывающий дисперсионное расплывание. Исследование подобных режимов представляет интерес при анализе требований, предъявляемых к источникам сигналов для солитонных линий связи, и дает такие важные характеристики как вероятность пропуска сигнала (отсутствие солитона в данной реализации) или ложного срабатывания (два или более солитона из одного лазерного импульса). Эти вопросы подробно рассмотрены в [54]. Здесь мы ограничимся обсуждением некоторых численных экспериментов. [c.230]

Особую роль играют нелинейные эффекты в волоконнооптических линиях связи. С одной стороны, нелинейные эффекты в световодах ограничивают возможную скорость и дальность передачи информации по световодам и их необходимо учитывать при создании линий связи. С другой стороны, при определенных условиях нелинейные эффекты могут быть использованы для увеличения скорости и дальности передачи информации. Особо здесь следует упомянуть передачу информации оптическими солитонами-лазерными импульсами, которые за счет совместного действия нелинейных и дисперсионных эффектов распространяются по световоду без дисперсионного уши-рения. [c.5]

Обычно < 1 м даже для световодов со слабым двулучепреломлением. Если использовать значение Pj = 20 пс /км для фундаментального солитона N = 1), распространяющегося на длине волны 1,55 мкм, Zg становится меньше 1 м только для фемтосекундных импульсов (Т < 100 фс). Таким образом, поляризационная неустойчивость не должна быть существенной для соли-тонных линий связи (см. разд. 5.4), где предполагаемая длительность импульса 7 10 ПС и Zq 1 км. [c.191]

Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР)-нелинейный процесс, который позволяет использовать световоды в качестве широкополосных ВКР-усилителей и перестраиваемых ВКР-лазеров. Но, с другой стороны, этот же процесс может резко ограничить характеристики многоканальных оптических линий связи из-за переноса энергии из одного канала в соседние каналы. В этой главе рассматриваются как применения ВКР, так и паразитные эффекты, связанные с ним. В разд. 8.1 представлены основы теории комбинационного рассеяния, причем подробно обсуждается понятие порога ВКР. В разд. 8.2 рассмотрено ВКР непрерывного или квазинепрерывного излучения. Там же обсуждаются характеристики волоконных ВКР-лазеров и усилителей и рассматриваются перекрестные помехи в многоканальных оптических линиях связи, обусловленные ВКР. ВКР сверхкоротких импульсов (СКИ), возникающее при импульсах накачки длительностью менее 100 пс, рассмотрено в разд. 8.3 и 8.4. В разд. 8.3 рассматривается случай положительной дисперсии групповых скоростей, а разд. 8.4 посвящен изучению солитонных эффектов при ВКР, возникающем в области отрицательной дисперсии групповых скоростей волоконного световода. Особое внимание уделено совместному действию дисперсионного уширения импульса с фазовой самомодуляцией (ФСМ) и фазовой кросс-модуляцией (ФКМ). [c.216]

Солитоны в линиях связи [c.207]

Взаимодействие солитонов. Передачу информации по волоконным линиям связи предполагается осуществлять последовательностью солитонов, поэтому вопросы их коллективного поведения весьма актуальны. Физическая картина взаимодействия шредингеровских солитонов [c.212]

Как ранее обсуждалось в разд. 3.4, работа высокоскоростных линий связи обычно ограничена эффектом. дисперсий групповых скоростей, из-за которого импульс уширяется, теряя энергию в битовом промежутке. Поскольку солитоны югyт сохранять свою форму благодаря балансу между нелинейными и дисперсионными эффектами, их использование могло бы улучшить работу таких систем связи. Хотя использовать солитоны для оптической связи было предложено еще в 1973 г. [35], только после экспериментального наблюдения оптических солитонов в 1980 г. [39] эта идея привлекла широкое внимание [64-75]. Однако, прежде чем создавать солитонные линии связи, необходимо рассмотреть эффекты, способные наложить ограничения на конструкцию подобных систем. Наиболее важными из них являются 1) потери в световоде, 2) наличие частотной модуляции в начальном импульсе, 3) взаимодействие соседнин импульсов. В этом разделе обсуждаются ограничения, накладываемые этими явлениями, а также рассматриваются вопросы, связанные с констр> прованием реальных солитонных линий связи. [c.125]

Возможность данной схемы была продемонстрирована в эксперименте [69], где солитонные импульсы длительностью 10 пс распространялись по 10-километровому световоду с ВКР-усилением и без него. На рис. 5.11 изображена схема экспериментальной установки. Там также показаны АКФ лазерного импульса (без световода) в сравнении с АКФ. полученной на выходе световода. При отсутствии ВКР-усиления солитонный импульс уширяется примерно на 50% из-за наличия потерь. Это находится в согласии с формулой (5.4.6), которая предсказывает Ti/Tq =1,51 для параметров световода, использованного в эксперименте, а именно 2 — 10 км и а = 0,0414 км (0,18 дБ/км). ВКР-усиление осуществлялось за счет инжектирования непрерывного излучения накачки на 1,46 мкм от лазера на центрах окраски в направлении, противоположном распространению солитонов. Мощность излучения накачки составляла 125 мВт. Как видно из рис. 5.11, импульс на выходе практически идентичен по форме и по энергии входному импульсу, что указыв.- т на практически полное восстановление солитона. Малоинтенсив ле крылья в восстановленном солитоне приписаны рассеянной доле энергии, возникающей из-за отличия формы входного импулы.а от гиперболического секанса. Возможности схемы с ВКР-усиленис i были продемонстрированы Молленауэром и Смитом в эксперименте [75], где 55-пико-секундные импульсы могли 96 раз обращаться по 42-километровой волоконной петле без значительного изменения своей длительности. Это соответствовало эффективной длине распространения более чем 4000 км. Конструктивная сторона таких солитонных линий связи, использующих ВКР-усиление, будет рассмотрена далее в этом разделе. [c.128]

В идеальной солитонной линии связи начальный импульс в световоде до.пжен быть без частотной модуляции, иметь форму гиперболического секанса, его пиковая мощность должна быть такова, что N = I в уравнении (5.2.16). На практике импульсы будут отличаться от идеального случая, требуемого для формирования фундаментального солитона, поэтому требуется определить допустимый уровень отличия. Отличия от точной формы и точного значения энергии были рассмотрены в разд. 5.2, где было показано, что эти эффекты имеют минимальное воздействие на формирование солитона, пока N находится в пределах 0,5- 1,5. В данном разделе рассмотрено, как действует частотная модуляция начального импульса на формирование солитона [78 86]. Частотная модуляция начального импульса может оказаться вредной хотя бы потому, что, накладываясь на частотную модуляцию, обусловленную ФСМ. она может нарушить точный баланс между дисперсионными и нелинейными эффектами, необходимый для существования солитонов. [c.129]

Солитонные линии связи способны передать информацию на расстояния 1000 км со скоростью, приближаюшейся к 100 Гбит/с, при условии, что потери в световоде скомпенсированы за счет [c.133]

Эта величина примерно на два порядка больше предела, ограничивающего работу линейных систем (см. разд. 3.4). Неравенство (5.4.13) показывает, что по солитонной линии связи можно передавать информацию в пределах 3000 км со скоростью 10 Гбит/с или в пределах 300 км со скоростью 100 Гбит/с при этом временные флуктуации еще не приведут к ошибке. [c.134]

Ясно, что нелинейное двулучепреломление в волоконных световодах может воздействовать на динамику солитонов различными способами. С практической точки зрения интересно, как расстройка групповых скоростей будет воздействовать на работу солитонной линии связи. Для световодов, поддерживаюших поляризацию, необходимо возбуждать солитоны с состоянием поляризации вдоль главных осей. Результаты данного раздела говорят о том, что малые отклонения от идеальных условий не будут сильно воздействовать на характеристики солитонов, поскольку поляризационная мода с большей амплитудой способна захватить другую поляризационную моду, так что они могут распространяться вместе, несмотря на разницу в групповых скоростях. Воздействие случайных флуктуаций двулучепреломления на распространение солитонов в обычных световодах, не поддерживаюших поляризацию, еше не до конца понято. [c.192]

Нелинейные свойства оптических световодов самым ярким образом проявляются в области аномальной (отрицательной) дисперсии. Здесь могут существовать так называемые солитоны-образования, обусловленные совместным действием дисперсионных и нелинейных эффектов. Сам термин солитон относится к специальному типу волновых пакетов, которые могут распространяться на значительные расстояния без искажения своей формы и сохраняются при столкновениях друг с другом. Солитоны изучаются также во многих других разделах физики [1-5]. Солитонный режим распространения в волоконных световодах интересен не только как фундаментальное явление, возможно практическое применение солитонов в волоконно-оптических линиях связи. В данной главе изучается распространение импульсов в области отрицательной дисперсии групповых скоростей, особое внимание уделяется солитонному режиму распространения. В разд. 5.1 рассматривается явление модуляционной неустойчивости. Показано, что при наличии нелинейной фазовой самомодуляции (ФСМ) стационарная гармоническая волна неустойчива относительно малых возмущений амплитуды и фазы. В разд. 5.2 обсуждается метод обратной задачи рассеяния (ОЗР), который может быть использован для нахождения солитонных рещений уравнения распространения. Здесь же рассматриваются свойства так называемого фундаментального солитона и солитонов высщих порядков. Следующие две главы посвящены применению солитонов в некоторых системах. В разд. 5.3 рассматривается солитонный лазер разд. 5.4 посвящен использованию солитонов в волоконно-оптических линиях связи. Нелинейные эффекты высщих порядков, такие, как дисперсия нелинейности и задержка по времени нелинейного отклика, рассматриваются в разд. 5.5. [c.104]

Использовать солитоны в высокоскоростных линиях связи можно двояко. В первом случае цель довольно скромная солитонный эффект используют для того, чтобы увеличить длину световода (так называемое расстояние между ретрансляторами) по сравнению с расстоянием для линейной системы (малые уровни мощности, отсутствие нелинейных эффектов). Как видно из рис. 5.4, длительность солитона высшего порядка первоначально уменьшается. Начальное сжатие происходит даже при наличии потерь в световоде, и это может скомпенсировать уширение солитона из-за потерь [74]. Поскольку период солитона для 100-пикосекундных импульсов, распространяющихся на длине волны 1,55 мкм, относительно велик (> 500 км), такие импульсы могут распространяться на расстояния 100 км, прежде чем они значительно уширятся по сравнению с начальной длительностью. В работе [73] было предсказано, что расстояние между ретрансляторами можно увеличить более чем в 2 раза, когда пиковая мощность входного импульса достаточна для создания солитонов высшего порядка. Требуемые значения пиковой мощности для передачи импульсов без частотной модуляции со скоростью 8 Гбит/с относительно невелики ( 3 мВт). Так как такой уровень мощности вполне достижим для полупроводниковых лазеров, солитонный эффект легко можно использовать для улучшения работы оптических линий связи. [c.127]

С прикладной точки зрения главный итог разработки эффективных источников коротких световых импульсов связан с открываюш,имися теперь возможностями реализации предельных скоростей оптической обработки и передачи информации. В последние годы выполнены эксперименты, ярко их демонстрируюш,ие созданы оптические бистабильные устройства, переключаемые за времена 10 с, элементы волокон-но-оптических линий связи, информация в которых переносится с по-мош,ью оптических солитонов с длительностью, достигаюш,ей 10 i с. [c.10]

Солитоны. Др. фактором, способным предотвратить опрокидывание нелинепно11 В., является реактивная дисперсия, не связанная с диссипацией энергии. В ур-нии (27) она связана с последним слагаемым в правой части. В случае, если = 0, v=0, т, е, диссипацией можно пренебречь, ур-ние (27) наз. ур-нием Кортеве-га—де Фриса [его линейный вариант даёт ф-ла (13)1. Этому ур-нию подчиняются достаточно длинные слабонелинейные В. на поверхности водоёмов, в плазме, в эл.-магн. линиях и др. оно сыграло важную роль в развитии матем. теории нелинейных В. И здесь первоначально плавное движение эволюционирует как простая Б., но затем включается дисперсия, и по мере обострения фронта на нём появляются осцилляции. В результирующем движении снова типично формирование В,, близких к стационарным. Стационарные решения ур-нин Кортевега—де Фриса — это, вообще го- [c.325]

После того как аналогия солитоны-частицы установлена (т. е. получено уравнение (19.19)), для описания взаимодействия солитонов достаточно знать лишь вид силовой функции /(и), т. е. характер хвостов солитонов. Если функция /(и) монотонна, то солитоны отталкиваются либо притягиваются. Большинство найденных точных решений иллюстрирует отталкивание солитонов. Если же солитоны имеют осциллирующие хвосты , как, например, солитоны капиллярногравитационных волн на мелкой воде или в нелинейной искусственной линии передачи с индуктивной связью между звеньями, то функция f u) знакопеременна и солитоны то отталкиваются, то притягиваются, образуя осциллирующую пару (связанное состояние рис. 19.10). [c.404]

В созданных вихрях отчетливо наблюдались захваченные частицы, вращающиеся и перемещающиеся вместе с вихрем. Не удавалось создавать солитоны Россби без захваченных частиц. Б связи с этим возникает предположение, что захваченные частицы стабилизируют вихри (может быть из-за топологической устойчивости замкнутых линий тока). Для наличия захваченных частиц необходимо, чтобы скорость враще ния была больше скорости перемещения вихря. Поскольку последняя больше скорости Россби, то для создания слабых вихрей (с малой амплитудой Н) выгодна область, где скорость Россби мала, а именно 1юлярная область параболоида. Наоборот, там, где скорость Россби вс-пика, для захвата частиц скорость вращения вихря должна быть также большой, что ведет к значительному возмущению глубины. [c.119]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...