¿Es posible la transmisión óptica más allá de las bandas C y L?

En la transmisión óptica, a menudo exploramos la expansión del espectro con la esperanza de aumentar la capacidad de los sistemas de transmisión óptica. Los rangos espectrales más grandes que están actualmente disponibles comercialmente son las bandas C y L, y las bandas C++ y L++ extendidas, que pueden alcanzar un ancho espectral máximo de 12 THz. Como se muestra en la figura, estas bandas se encuentran básicamente en el rango mínimo de atenuación de la fibra.

Porque en estas atenuaciones de fibra óptica del lugar más pequeño, puede hacer que nuestra red cueste lo más bajo, o más exactamente, el costo de construcción de la capa óptica sea óptimo. (¿Componentes de la pérdida de fibra óptica y cómo reducirla?)

Además del coste de la combinación y distribución de ondas/WSS, las soluciones para la capa óptica suelen centrarse en los siguientes aspectos:

• costo de los amplificadores
• Costo de regeneración de relés

Cuando la distancia de transmisión supera los 100 km, utilizamos EDFA para compensar la atenuación provocada por la fibra. Sin embargo, cuando la atenuación de la línea de fibra óptica supera este rango, solemos utilizar amplificadores Raman para aumentar la capacidad de transmisión para distancias más largas. Raman tiene una mayor capacidad de amplificación y también puede introducir menos ruido. Sin embargo, Raman es más caro y su Opex para apertura y mantenimiento es mucho más alto que el EDFA ordinario.

Para la regeneración del relé, si la atenuación de la fibra es demasiada, necesitamos configurar más amplificadores entre estaciones a la misma distancia y la acumulación de ruido de emisión espontánea amplificada (ASE) generado por los amplificadores. Esto también aumenta el número de tramos, de modo que las longitudes de onda necesitan penetrar más capas de combinación y distribución de ondas/WSS. Como resultado, se reduce el rendimiento de OSNR, por lo que se deben agregar más tableros de relés para realizar 3R y otras funciones en la etapa de diseño, lo que en última instancia genera un gasto de capital excesivo.

Por tanto, en general, intentaremos elegir la banda de fibra menos atenuada a la hora de elegir la banda para llevar las señales. Esta es la razón por la que los principales fabricantes actuales optan por hacerlo en la banda C/L.

Entonces, ¿qué otros rangos del espectro podemos desarrollar para la transmisión de luz además de C y L? En la imagen al principio del artículo, además de C y L, hay una banda U de longitud de onda más larga y una banda O/E/S de longitud de onda más corta.

Para la banda U de longitud de onda más larga. Se enfrenta al problema de que la pérdida por flexión tiene un mayor efecto en longitudes de onda más largas. En la figura a continuación, el modo óptico se vuelve más pequeño y con más pérdidas al aumentar la longitud de onda en el mismo radio de curvatura.

Por supuesto, no es inviable transmitir en banda U, lo que nos obliga a desarrollar fibras ópticas con mejor resistencia a la flexión, como las fibras de cristal fotónico. Simplemente no encaja en la etapa actual con la tendencia principal y la aplicación universal de las fibras ópticas.

En este caso, ¿podemos elegir en el rango de longitud de onda más corto como O/E/S?

Echemos un vistazo a las métricas de rendimiento de transmisión de fibra dentro de estas bandas de onda, que también se usan comúnmente para evaluar sistemas ópticos.

• Atenuación
• Efectos no lineales

Para la atenuación de la fibra, debido a la pérdida del pico de agua, la dispersión de Rayleigh y la pérdida ultravioleta, la atenuación de la fibra en estas bandas individuales es mucho mayor que en el rango de la banda C/L, lo que aumenta la necesidad de amplificadores para resolver la atenuación de la fibra. También se han validado experimentalmente técnicas de amplificación basadas en elementos alternativos de tierras raras o amplificadores Raman extendidos, y en la siguiente figura se muestran los tipos de amplificadores con diferentes elementos.

Los efectos no lineales de la fibra son inversamente proporcionales a la longitud de onda, cuanto más corta es la longitud de onda, más grave es la no linealidad, por lo que los efectos no lineales serán más graves para las longitudes de onda por debajo de la banda C. Mientras tanto, un indicador relacionado con la no linealidad de la fibra es el área efectiva del módulo, cuanto mayor sea el área del módulo, mayor será la resistencia a la no linealidad. Para obtener más información sobre la no linealidad, consulte el artículo: ¿Qué es el efecto no lineal en la fibra óptica?

Podemos entender bien el pasaje anterior con la siguiente figura (sobre la variación del área del campo modal y el coeficiente no lineal con la longitud de onda). La línea azul γ es el coeficiente no lineal de la fibra y la línea negra Aeff es el área de campo de modo efectivo. A medida que disminuye la longitud de onda, disminuye el área del campo modal y disminuye la resistencia a la no linealidad, mientras que aumenta el coeficiente no lineal, lo que da como resultado un efecto no lineal más severo de la fibra.

Además, la dispersión que trae la fibra y el efecto en diferentes longitudes de onda también es un factor en el índice de no linealidad del sistema. A 100G y súper 100G tasas, el problema de la dispersión ha sido bien resuelto por compensación de dominio eléctrico.

Por lo tanto, para diferentes rangos de longitudes de onda, no tenemos miedo de tener dispersión, pero nos preocupamos por la poca o incluso por la falta de dispersión. Porque una dispersión más pequeña o una dispersión cero traerán un efecto Kerr muy serio (efecto no lineal). La siguiente figura muestra la variación de dispersión para diferentes tipos de fibra.

Se puede ver que el valor de dispersión actual de la fibra G.652 de uso común está flotando alrededor de 0 en la banda O y G.655 está flotando alrededor de 0 en la banda S. Para la fibra G.653, su dispersión es de alrededor de 0 en la banda C, que es una de las razones por las que la fibra G.653 (incluso la fibra G.655 tiene una pequeña dispersión aquí) no se usa comúnmente en sistemas posteriores de 100G y superiores.

Anteriormente, solo mencionamos brevemente que se debe considerar la atenuación y la no linealidad del desarrollo de longitudes de onda más cortas, el costo comercial de la madurez comercial después de la verificación de la tecnología también es una consideración importante.

Volviendo al principio, de hecho, la explotación de longitudes de onda más cortas ya se está implementando, por ejemplo, las bandas C++ y L++ se amplían para utilizar alrededor de 10 nm de espectro en las bandas S y L. Se cree que en un futuro próximo, los recursos de espectro más allá de C y L se explotarán para la transmisión óptica.