Multipleksowanie światła

Zwiększenie znormalizowanej szybkości łącza optycznego powyżej 2,5 Gb/s (STM-16) z zastosowaniem zwielokrotnienia typu TDM zwykle wymaga położenia kolejnych kabli światłowodowych nowszej generacji (np… Z przesuniętą dyspersją DSF – zgodnych z G.653 lub niezerową dyspersją NZDF – wg G.655'), przystosowanych do wyższych przepływności przekazu. W celu uzyskania przepływności binarnej o dużej krotności falowej WDM, w stosunku do podstawowej szybkości transmisji (np… 100x2,5 Gb/s i wyższych), niezbędne są instalacje najnowszych typów światłowodów z niezerową dyspersją NZDF. Także są potrzebne selektywne multipleksery optyczne z detekcją koherentną (światło spójne) oraz wysoka stabilność poszczególnych składników systemu światłowodowego, zwłaszcza źródeł światła laserowego.

Rodzaje multipleksacji optycznej

Systemy zwielokrotnienia falowego WDM różnią dwa sposoby multipleksacji i demultipleksacji kanałów optycznych, oznaczane jako selektywny i szerokopasmowy. Pomimo że zasada ich działania jest prawie identyczna, techniczna realizacja poszczególnych elementów składowych systemu jest całkowicie odmienna, gdyż sposób multipleksacji wymusza rozbieżne parametry systemów. W systemie szerokopasmowym WDM łączenie i dystrybucja wielu (N) kanałów optycznych dokonują się w dostępnych na rynku gwiazdowych sprzęgaczach szerokopasmowych z wieloma portami wejścia i wyjścia, o stosunkowo płaskiej charakterystyce widmowej (nawet do 400 nm) w całym oknie transmisyjnym światłowodu jednomodowego.

Do każdego odbiornika dochodzą zatem wszystkie transmitowane sygnały, a wybór właściwego kanału optycznego uzyskuje się bezpośrednio przy odbiorniku przez odpowiednie dostrojenie filtra optycznego (rezonatory Fabry-Perota, strojone wzmacniacze półprzewodnikowe, inne). Dla takiego rozwiązania jest potrzebna większa moc sygnałów wejściowych (tanie diody elektroluminescencyjne LED), gdyż każdy standardowy i pasywny węzeł komutacji optycznej redukuje moc wyjściową w przybliżeniu proporcjonalnie do liczby komutowanych kanałów optycznych, a w multiplekserze praktycznie wykorzystuje się tylko jedno wyjście.

Podział mocy sygnałów wejściowych między wszystkie wyjścia multipleksera nie jest wadą w systemach dystrybucyjnych i sieciach lokalnych, natomiast większa tolerancja długości fal świetlnych nadajnika, w stosunku do systemów selektywnych, upraszcza konstrukcję nadajników i strojonych filtrów odbiorczych po drugiej stronie łącza. Większość istniejących na rynku światłowodowych systemów zwielokrotnienia falowego WDM opiera się na prostej multipleksacji szerokopasmowej, której podstawową zaletą jest korzystanie ze standardowych, już sprawdzonych układów multipleksujących – znanych jako sprzęgacze gwiazdowe.

W systemie selektywnym (wąskopasmowym) WDM stosuje się multipleksację i demultipleksację za pomocą elementów falowo dyskretnych, takich jak: siatki dyfrakcyjne, filtry interferencyjne i selektywne sprzęgacze optyczne. W tym sposobie multipleksacji zasadą jest kierowanie pełnej mocy optycznej na zadanej długości fali bezpośrednio do konkretnego odbiornika, wzdłuż całej trasy przekazu optycznego, bez jej rozpraszania do innych kanałów wyjściowych. Oznacza to, iż straty mocy nie zależą od liczby multipleksowanych kanałów (długości fal optycznych), ale tylko od tłumienia elementów selektywnych zastosowanych po drodze, zapewniając poprawne funkcjonowanie systemu przy niskich mocach emisyjnych źródeł wejściowych.

Szerokość pasm poszczególnych kanałów oraz odstęp między nimi zależy od rodzaju zastosowanych układów multipleksacji i na ogół jest znacznie lepszy (węższy) niż w systemach szerokopasmowych, dając większe upakowanie kanałów optycznych. Wśród wielu rozwiązań multipleksacji selektywnej rozpowszechniła się demultipleksacja za pomocą siatki dyfrakcyjnej, pozwalająca na selekcję kanałów o odstępie widmowym 1-2 nm, natomiast przy zastosowaniu filtrów interferencyjnych rozdzielczość ta nie jest wiele gorsza. Uzyskanie pasma przenoszenia poniżej 1 nm, a tym samym posadowienie wielu (kilkuset) kanałów optycznych, działających w technice DWDM, wymaga stabilności temperaturowej i czasowej poszczególnych elementów systemu.