É possível a transmissão óptica além da banda C e L?

Na transmissão óptica, muitas vezes exploramos a expansão do espectro na esperança de aumentar a capacidade dos sistemas de transmissão óptica. As maiores faixas espectrais atualmente disponíveis comercialmente são as bandas C e L e as bandas C++ e L++ estendidas, que podem atingir uma largura espectral máxima de 12 THz. Conforme mostrado na figura, essas bandas estão basicamente na faixa mínima de atenuação da fibra.

Porque nestas atenuações de fibra óptica do menor lugar, podemos fazer com que nossa rede tenha o menor custo, ou mais precisamente, o custo de construção da camada óptica é o ideal. (Componentes da perda de fibra óptica e como reduzi-la?)

Além do custo de combinação e distribuição de ondas/WSS, as soluções para a camada óptica geralmente se concentram nos seguintes aspectos:

• Custo dos amplificadores
• Custo da regeneração do relé

Quando a distância de transmissão é superior a 100 km, usamos EDFA para compensar a atenuação causada pela fibra. No entanto, quando a atenuação da linha de fibra óptica ultrapassa essa faixa, normalmente utilizamos amplificadores Raman para aumentar a capacidade de transmissão para distâncias maiores. Raman tem uma maior capacidade de amplificação e também pode introduzir menos ruído. No entanto, Raman é mais caro, e seu Opex para abertura e manutenção é muito maior que o EDFA comum.

Para a regeneração do relé, se a atenuação da fibra for muito grande, precisamos definir mais amplificadores entre as estações na mesma distância, e o acúmulo de ruído de emissão espontânea amplificada (ASE) gerado pelos amplificadores. Isso também aumenta o número de vãos, de modo que os comprimentos de onda precisam penetrar em mais folheados de combinação e distribuição de ondas/WSS. Como resultado, o desempenho do OSNR é reduzido, portanto, mais placas de relé devem ser adicionadas para realizar 3R e outras funções no estágio de projeto, resultando em Capex excessivo.

Portanto, em geral, tentaremos escolher a banda de fibra menos atenuada ao escolher a banda para transportar os sinais. É por isso que os atuais fabricantes mainstream optam por fazê-lo na banda C/L.

Então, que outras faixas do espectro podemos desenvolver para transmissão de luz além de C e L? Na imagem no início do artigo, além de C e L, há banda U de comprimento de onda mais longo e banda O/E/S de comprimento de onda mais curto.

Para a banda U de comprimento de onda mais longo. Ele enfrenta o problema de que a perda de flexão tem um efeito maior em comprimentos de onda mais longos. Na figura abaixo, o modo óptico torna-se menor e com perdas com o aumento do comprimento de onda no mesmo raio de curvatura.

Claro que não é inviável transmitir em banda U, o que nos obriga a desenvolver fibras ópticas com melhor resistência à flexão, como as fibras de cristal fotônico. Ele simplesmente não se encaixa no estágio atual com a tendência mainstream e aplicação universal de fibras ópticas.

Nesse caso, podemos escolher na faixa de comprimento de onda mais curta, como O/E/S?

Vamos dar uma olhada nas métricas de desempenho de transmissão de fibra dentro dessas bandas de onda, que também são comumente usadas para avaliar sistemas ópticos.

• Atenuação
• Efeitos não lineares

Para atenuação da fibra, devido à perda de pico de água, espalhamento Rayleigh e perda ultravioleta, a atenuação da fibra nessas bandas individuais é muito maior do que na faixa da banda C/L, aumentando assim a necessidade de amplificadores para resolver a atenuação da fibra. Técnicas de amplificação baseadas em elementos alternativos de terras raras ou amplificadores Raman estendidos também foram validadas experimentalmente, e a figura a seguir mostra os tipos de amplificadores com diferentes elementos.

Os efeitos não lineares da fibra são inversamente proporcionais ao comprimento de onda, quanto menor o comprimento de onda, mais grave a não linearidade, de modo que os efeitos não lineares serão mais graves para comprimentos de onda abaixo da banda C. Enquanto isso, um indicador relacionado à não linearidade da fibra é a área efetiva do módulo, quanto maior a área do módulo, mais forte a resistência à não linearidade. Para obter mais informações sobre não linearidade, consulte o artigo: Qual é o efeito não linear em fibra óptica?

Podemos entender bem a passagem acima pela figura a seguir (sobre a variação da área do campo modal e coeficiente não linear com comprimento de onda). A linha azul γ é o coeficiente não linear da fibra e a linha preta Aeff é a área de campo do modo efetivo. À medida que o comprimento de onda diminui, a área do campo modal diminui e a resistência à não linearidade diminui, enquanto o coeficiente não linear aumenta, resultando em um efeito não linear mais severo da fibra.

Além disso, a dispersão trazida pela fibra e o efeito em diferentes comprimentos de onda também é um fator no índice de não linearidade do sistema. Em 100G e super 100G taxas, o problema da dispersão foi bem resolvido pela compensação do domínio elétrico.

Portanto, para diferentes faixas de comprimentos de onda, não temos medo de ter dispersão, mas estamos preocupados com muito pouca ou mesmo nenhuma dispersão. Porque dispersão menor ou dispersão zero trará efeito Kerr muito sério (efeito não linear). A figura a seguir mostra a variação de dispersão para diferentes tipos de fibra.

Pode-se ver que o valor de dispersão atual da fibra comumente usada G.652 está flutuando em torno de 0 na banda O e G.655 está flutuando em torno de 0 na banda S. Para a fibra G.653, sua dispersão é em torno de 0 na banda C, que é uma das razões pelas quais a fibra G.653 (mesmo a fibra G.655 tem pequena dispersão aqui) não é comumente usada em sistemas posteriores de 100G e superiores.

Acima mencionamos brevemente que a atenuação e não linearidade do desenvolvimento de comprimentos de onda mais curtos devem ser considerados, o custo comercial da maturidade comercial após a verificação da tecnologia também é uma consideração importante.

De volta ao início, de fato, a exploração de comprimentos de onda mais curtos já está sendo implementada, por exemplo, as bandas C++ e L++ são realmente estendidas para utilizar cerca de 10nm de espectro nas bandas S e L. Acredita-se que em um futuro próximo, recursos de espectro além de C e L serão explorados para transmissão óptica.