C 및 L 대역을 넘어 광전송이 가능합니까?

광 전송에서 우리는 종종 광 전송 시스템의 용량을 늘리기 위해 스펙트럼의 확장을 탐구합니다. 현재 상업적으로 이용 가능한 가장 큰 스펙트럼 범위는 12THz의 최대 스펙트럼 폭에 도달할 수 있는 C 및 L 대역과 확장된 C++ 및 L++ 대역입니다. 그림에서 볼 수 있듯이 이러한 대역은 기본적으로 광섬유 감쇠의 최소 범위에 있습니다.

가장 사소한 장소의 이러한 광섬유 감쇠에서 네트워크 비용을 가장 낮거나 더 정확하게 만들 수 있기 때문에 광학 레이어의 구성 비용이 최적입니다. (광섬유 손실의 구성요소와 이를 줄이는 방법은?)

파동 결합 및 분배/WSS 비용 외에도 광학 레이어 솔루션은 일반적으로 다음 측면에 중점을 둡니다.

• 증폭기 비용
• 릴레이 재생 비용

전송 거리가 100km 이상일 때 사용합니다. EDFA 섬유로 인한 감쇠를 보상합니다. 그러나 광섬유 라인의 감쇠가 이 범위를 초과하면 일반적으로 라만 증폭기를 사용하여 더 먼 거리의 전송 용량을 증가시킵니다. 라만은 증폭 용량이 더 높으며 노이즈도 더 적습니다. 하지만 라만은 가격이 더 비싸고 일반 EDFA보다 개봉 및 유지보수 비용이 훨씬 높다.

릴레이 재생을 위해 광섬유 감쇠가 너무 크면 동일한 거리에 있는 스테이션 간에 더 많은 증폭기를 설정해야 하고 증폭기에서 생성되는 ASE(증폭자발방출) 노이즈가 누적됩니다. 이것은 또한 스팬의 수를 증가시켜 파장이 더 많은 웨이브 결합 및 분배/WSS 베니어를 관통해야 합니다. 그 결과 OSNR의 성능이 저하되므로 설계 단계에서 3R 및 기타 기능을 구현하기 위해 더 많은 릴레이 보드를 추가해야 하므로 궁극적으로 과도한 Capex가 발생합니다.

따라서 일반적으로 신호를 전달할 대역을 선택할 때 감쇠가 가장 적은 광섬유 대역을 선택하려고 합니다. 이것이 현재 주류 제조업체가 C/L 대역에서 선택하는 이유입니다.

그렇다면 C와 L 외에 빛 투과를 위해 어떤 스펙트럼의 다른 범위를 개발할 수 있습니까? 기사 시작 부분의 사진에서 C와 L 외에도 더 긴 파장의 U-band와 더 짧은 파장의 O/E/S-band가 있습니다.

더 긴 파장의 U-밴드용. 굽힘 손실이 긴 파장에서 더 큰 영향을 미친다는 문제에 직면해 있습니다. 아래 그림에서 광학 모드는 동일한 굽힘 반경에서 파장이 증가함에 따라 더 작아지고 손실이 커집니다.

물론 U-band로 전송이 불가능한 것은 아니며, 이를 위해서는 Photonic Crystal Fiber와 같이 내굴곡성이 더 좋은 광섬유를 개발해야 합니다. 그것은 주류 추세와 광섬유의 보편적 적용과 함께 현재 단계에 아주 적합하지 않습니다.

이 경우 O/E/S와 같이 더 짧은 파장 범위에서 선택할 수 있습니까?

광학 시스템을 평가하는 데 일반적으로 사용되는 이러한 파장 대역 내의 광섬유 전송 성능 메트릭을 살펴보겠습니다.

• 감쇠율
• 비선형 효과

섬유 감쇠의 경우 물 피크 손실, Rayleigh 산란 및 자외선 손실로 인해 이러한 개별 밴드의 섬유 감쇠가 C/L 밴드 범위보다 훨씬 높으므로 섬유 감쇠를 해결하기 위한 증폭기의 필요성이 증가합니다. 대체 희토류 원소 또는 확장 라만 증폭기를 기반으로 한 증폭 기술도 실험적으로 검증되었으며 다음 그림은 다양한 원소를 가진 증폭기 유형을 보여줍니다.

섬유 비선형 효과는 파장에 반비례하고 파장이 짧을수록 비선형성이 더 심각하므로 C-대역 미만의 파장에서 비선형 효과가 더 심각합니다. 한편, 섬유 비선형성과 관련된 지표 중 하나는 모듈 유효 면적이며, 모듈 면적이 클수록 비선형성에 대한 저항이 강합니다. 비선형성에 대한 자세한 내용은 다음 문서를 참조하십시오. 광섬유의 비선형 효과는 무엇입니까?

위의 구절은 다음 그림(파장에 따른 모드 필드 면적과 비선형 계수의 변화)을 보면 잘 이해할 수 있습니다. 파란색 선 γ는 섬유의 비선형 계수이고 검은색 선 Aeff는 유효 모드 필드 영역입니다. 파장이 감소함에 따라 모드 필드 면적이 감소하고 비선형성에 대한 저항이 감소하는 반면, 비선형 계수는 증가하여 섬유로부터 더 심각한 비선형 효과를 초래한다.

또한 섬유에 의한 분산과 다른 파장에 대한 영향도 시스템 비선형성 지수의 요인입니다. 100G 이상에서 100G 속도, 분산 문제는 전기 도메인 보상에 의해 잘 해결되었습니다.

따라서 다양한 파장 범위에 대해 분산을 두려워하지 않고 분산이 너무 적거나 아예 없는 것에 대해 우려합니다. 분산이 작거나 분산이 XNUMX이면 매우 심각한 Kerr 효과(비선형 효과)가 발생하기 때문입니다. 다음 그림은 다양한 섬유 유형에 대한 분산 변화를 보여줍니다.

일반적으로 사용되는 광섬유 G.652의 전류분산값은 O-band에서 0 부근에서 부동하고 G.655는 S-band에서 0 부근에서 부동임을 알 수 있다. G.653 광섬유의 경우 C-밴드에서 분산이 약 0이며, 이는 G.653 광섬유(여기서는 G.655 광섬유도 분산이 작음)가 이후 100G 이상 시스템에서 일반적으로 사용되지 않는 이유 중 하나입니다.

위에서 우리는 단파장 개발의 감쇠 및 비선형성을 고려해야 한다고 간단히 언급했지만 기술 검증 후 상업적 성숙도의 상업적 비용도 중요한 고려 사항입니다.

처음으로 돌아가서 사실 더 짧은 파장의 활용이 이미 구현되고 있습니다. 예를 들어 C++ 및 L++ 대역은 실제로 S 및 L 대역에서 약 10nm의 스펙트럼을 활용하도록 확장됩니다. 가까운 장래에 C와 L을 넘어선 스펙트럼 자원이 광 전송에 이용될 것으로 믿어집니다.