en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-11-54-62
УДК: 535.2
Времяразрешенная модель трансформации сигнала в полупроводниковом оптическом усилителе для расчета ошибки передачи по линии связи
Илюшин П.Я., Шипило Д.Е., Николаева И.А., Панов Н.А., Косарева О.Г. Времяразрешенная модель трансформации сигнала в полупроводниковом оптическом усилителе для расчета ошибки передачи по линии связи // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 11. С. 54–62. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-11-54-62
Ilyushin P.Y., Shipilo D.E., Nikolaeva I.A., Panov N.A., Kosareva O.G. Time-domain model of signal transformation in a semiconductor optical amplifier for bit error rate estimation along a communication line [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 11. P. 54–62. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-11-54-62
Предмет исследования. Волоконная оптическая линия, содержащая полупроводниковые оптические усилители; спонтанное излучение и нелинейность в полупроводниковых усилителях как эффекты, приводящие к ошибке передачи цифрового сигнала. Цель работы. Разработка модели волоконной линии связи с полупроводниковыми оптическими усилителями, учитывающей источники искажений слабых и сильных сигналов — спонтанное излучение активной среды усилителей и нелинейность в них соответственно. Метод. Исследование проведено методом численного моделирования. В модели учтено распространение излучения по оптическому волокну на расстояние 100 км, приводящее к его существенному дисперсионному расплыванию и поглощению. Средняя мощность лазерного излучения после участка волокна определяет квазистационарный режим работы усилителя, в том числе мощность спонтанного излучения в нем. В этом режиме рассчитывается трансформация квадратурно-модулированного сигнала в полупроводниковом усилителе. Основные результаты. Разработана численная модель волоконно-оптической линии связи со встроенными полупроводниковыми оптическими усилителями. На основе созданной модели проведен анализ потерь информации, переносимой квадратурно-модулированным сигналом, вследствие эффектов дисперсии и насыщения усиления, а также спонтанного излучения активной среды усилителей в линии связи. Установлено, что при длительности лазерного импульса 12 пс и более динамический диапазон мощностей сигнала на входе в усилитель превышает 20 дБм (от –37,5 до –17,5 дБм). В этих пределах не требуется компенсация искажений, вносимых усилителями. Практическая значимость. Полученные в работе результаты могут быть использованы для увеличения скорости передачи информации в волоконных линиях связи на расстояние сотни–тысячи километров.
полупроводниковые усилители, квадратурно-модулированный сигнал, волоконно-оптические линии связи, спонтанное излучение
Коды OCIS: 060.1660, 140.5960
Список источников:1. Wang J., Wu Z., Iyer V. High performance optical repeater // US Patent 9 444 551 B2. 2016. Publ. Jun. 23, 2016.
2. Дианов Е.М. Волоконные лазеры // УФН. 2004. Т. 174. № 10. С. 1139—1142. https://doi.org/10.3367/ UFNr.0174.200410m.1139
Dianov E.M. Fiber lasers // Physics-Uspekhi. 2004. V. 47. P. 1065—1068. https://doi.org/10.1070/ PU2004v047n10ABEH002018
3. Alferov Z.I. The double heterostructure concept and its applications in physics, electronics, and technology (Nobel Lecture) // Review of Modern Physics. 2001. V. 73. P. 767. http://dx.doi.org/10.1103/RevModPhys. 73.767
Алфёров Ж.И. Двойные гетероструктуры: концепция и применения в физике, электронике и технологии // УФН. 2002. Т. 172. С. 1068.
4. Gould G. Optically pumped laser amplifiers // US Patent 4 053 845. 1977. Publ. Oct. 11, 1977.
5. Talli G., Adams M.J. Amplified spontaneous emission in semiconductor optical amplifiers: Modelling and experiments // Optics Commun. 2003. V. 218. P. 161. https://doi.org/10.1016/S0030-4018(03)01196-9
6. Тимофеев А.Л., Султанов А.Х., Мешков И.К. и др. Использование голографических методов передачи изображений по многомодовому оптическому волокну для повышения пропускной способности волоконно-оптических линий связи // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 10. С. 13–23. http://doi.org/10.17586/1023 5086-2023-90-10-13-23
Timofeev A.L., Sultanov A.H., Meshkov I. K., et al. Holographic methods of image transmission over multimode optical fiber for increased bandwidth of fiber-optic communication lines // J. Opt. Technol. 2023. V. 90. № 10. P. 569–574. https://doi.org/10.1364/JOT.90.000569
7. Делицын А.Л. Быстрые алгоритмы решения обратной задачи рассеяния для системы уравнений Захарова–Шабата и их приложения // Математические заметки. 2022. Т. 112. № 2. С. 301. https://doi.org/10.4213/mzm13561
Delitsyn A.L. Fast algorithms for solving the inverse scattering problem for the Zakharov–Shabat methodological system and their applications [in Russian] // Mathematical Notes. 2022. V. 112. № 2. P. 301. https://doi.org/10.4213/mzm13561
8. Bonk R., Huber G., Vallaitis T., et al. Impact of alfafactor on SOA dynamic range for 20 GBd BPSK, QPSK and 16-QAM signals // Optical Fiber Commun. Conf. (IEEE). Los-Angeles, USA. March 6 — 10, 2011.
9. Rocha P., Gallep C.M., Conforti E. Impact of semiconductor optical amplifier nonlinear gain over 16-QAM optical signals at 40 and 100 Gbit/s // Opt. Eng. 2018. V. 57. № 10. P. 106112. https://doi.org/10.1117/1. OE.57.10.106112
10. Carena A., Curri V., GaudinoR., et al. A time-domain optical transmission system simulation package accounting for nonlinear and polarization-related effect in fiber // IEEE J. Selected Areas in Commun. 1997. V. 15. № 4. P. 751. https://doi.org/10.1109/49.585785
11. Bahrampour A.R., Mahjoei M., Rasouli A. A theoretical analysis of the effects of erbium ion pair on the dynamics of an optical gain stabilized fiber amplifier // Opt. Commun. 2006. V. 265. P. 283. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2006.03.006
12. Brosson P. Analytical model of a semiconductor optical amplifier // J. Lightwave Technol. 1994. V. 12. № 1. P. 49. https://doi.org/10.1109/50.265734
13. Agrawal G.P., Olsson N.A. Self-phase modulation and spectral broadening of optical pulses in semiconductor laser amplifiers // IEEE J. Quantum Electron. 1989. V. 25. P. 2297. https://doi.org/10.1109/3.42059
14. Agrawal G.P. Effect of gain dispersion on ultrashort pulse amplification in semiconductor laser amplifiers // IEEE J. Quantum Electron. 1991. V. 27. P. 1843. https://doi.org/10.1109/3.90014
15. Cassioli D., Scotti S., Mecozzi A. A time-domain computer simulation of the nonlinear response of semiconductor optical amplifiers // IEEE J. Quantum Electron. 2000. V. 36. № 9. P. 1072. https://doi.org/10.1109/3.863960
16. Электронный ресурс URL: https://www.inphenix. com/en/semiconductor-optical-amplifiers (INPHENIX INC. / Каталог полупроводниковых оптических усилителей).
Electronic resource URL: https://www.inphenix.com/en/semiconductor-optical-amplifiers (INPHENIX INC. / Catalog of semiconductor optical amplifiers).
17. Электронный ресурс URL: https://www.optokon.com/product/261-single-mode-fiber-g-652-d (OPTKON a.s. / Описание товара Одномодовое Волокно G.652.D).
Electronic resource URL: https://www.optokon.com/ product/261-single-mode-fiber-g-652-d (OPTKON a.s. / Description of product Single Mode Fiber G.652.D).
18. Buus J., Plastow R. A theoretical and experimental investigation of Fabry–Perot semiconductor laser amplifiers // IEEE J. Quantum Electron. 1985. V. 21. № 6. https://doi.org/10.1109/JQE.1985.1072710
19. Connelly M.J. Wideband semiconductor optical amplifier steady-state numerical model // IEEE J. Quantum Electron. 2001. V. 37. № 3. P. 439. https://doi.org/10.1109/3.910455