Куда дует накачка? Разбираем рамановские и гибридные усилители, ROPA и безопасность эксплуатации

Привет Хабр! На связи команда техподдержки РТК-Сервис.

В одном из прошлых постов мы рассказали про восстановление важной DWDM-линии на 25 каналов (10G, 40G, 100G), где используются чувствительные к качеству оптики усилители RAMAN. Данный тип усилителей, наверное, один из самых требовательных к безопасности при эксплуатации в отличии от других составляющих DWDM-инфраструктуры. Возможно, вы прямо сейчас готовитесь к проведению аварийно-восстановительных или пуско-наладочных работ на линии с рамановскими усилителями, тогда рекомендуем освежить знания по этой теме прямо сейчас: мы запускаем серию постов про это оборудование, где рассмотрим основные технические характеристики рамановских и гибридных усилителей разных поколений и производителей, наличие или отсутствие встроенных модулей, таких, как OSC и OTDR, VOA, поговорим про аппаратную и программную защиту данных устройств.

Но для начала немного поговорим об эффекте Рамана.

Вынужденное Комбинационное Рассеяние (эффект Рамана)

В конце XX столетия интерес к рамановским усилителям начал возрастать. Появилась необходимость увеличивать скорость передачи информации на дальние (где недостаточно применение только EDFA) и сверхдальние дистанции, увеличивать длины безрегенерационных участков, а также расширять полосу усиления. Рамановские усилители, благодаря широкой полосе усиления, вполне могли справиться с этой задачей.

Предназначен данный тип оборудования для усиления оптической мощности многоканального оптического сигнала. Принцип работы рамановского усилителя основан на эффекте вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) света в кварцевом волокне (эффект Рамана). Рамановское рассеяние является неупругим (с изменением частоты) рассеянием излучения на колеблющихся молекулах с возбуждением и поглощением оптических фононов и может быть спонтанным и вынужденным, где вынужденное рассеяние, так же, как и вынужденное излучение, может быть использовано для усиления оптического сигнала (а именно, поглощается квант падающего излучения и рождается квант рассеянного излучения). Существует также релеевское упругое рассеяние на неоднородностях среды (без изменения частоты) и рассеяние Мандельштама – Бриллюэна – неупругое рассеяние излучения на акустических фононах с возбуждением и поглощением. Поскольку спектр ВКР будет шире, чем спектр рассеяния Мандельштама – Бриллюэна, именно ВКР и стали использовать для усиления сигнала.

Как это работает: мы подаём излучение меньшей длиной волны накачки (обычно от одного до четырёх диодов накачки) в волоконно-оптическую линию в направлении, попутном сигналу (FORWARD), или во встречном направлении (BACKWARD), и за счёт эффекта ВКР, возникающего в обоих направлениях, получаем усиление полезного сигнала (большей длины волны в нужном рабочем спектральном диапазоне) в линии, в результате чего уменьшаем деградацию OSNR.

Пример работы рамановского усилителя на рефлектограмме:

Учтем требуемое соотношение сигнал/шум OSNR (наименьшее соотношение сигнал/шум на входе в приемник, при котором линия еще является работоспособной) оптических каналов на конкретном участке. Чем больше OSNR, тем лучше. При уменьшении OSNR сигнала будет увеличиваться коэффициент ошибок BER (BitErrorRate – количество битовых ошибок в единицу времени). Поэтому в любой линии обеспечиваем запас как OSNR(Запас) = OSNR(Фактический) – OSNR(Требуемый) и учитываем запас по чувствительности оптического приемника.

Обязательно обратим внимание на классы лазерной опасности. Для рамановских усилителей это 3В и 4 классы.

ВАЖНО! При проведении работ накачка усилителя должна быть отключена, а программная защита включена для защиты персонала, оборудования и линии.

А что со сверхдальними пролётами?

Тут можно использовать технологию ROPA. Ниже кратко рассмотрим теоретическую часть, а в следующих постах разберем решения отечественных и западных вендоров.

Технология REMOTE OPTICALLY PUMPED AMPLIFIER (ROPA) может использоваться для сверхдальних линий. Это эрбиевый усилитель с удаленной накачкой, который позволяет повысить дальность передачи сигнала. Он состоит из двух функциональных блоков: пассивной части (герметичная муфта с эрбиевым волокном) и активной части (блок накачки с центральной длиной волны 1480 нм, мощность которой в оптическом волокне можно передать с существенно меньшими потерями, чем на длине волны 980 нм). Пассивная часть находится далеко от узлов обслуживания в самой оптической кабельной системе. Накачка таких усилителей осуществляться удаленно: по основному или дополнительному волокну. Помимо усиления в активном эрбиевом волокне, сигнал дополнительно будет усилен за счет рамановского рассеяния в телекоммуникационном волокне. Возможны конфигурации усилителей ROPA со встречной (излучение накачки доставляется со стороны приемной части) и попутной накачкой (доставка накачки со стороны передающей части), но встречный Backward ROPA предпочтительнее, так как обеспечивает больший выигрыш в OSNR. Попутный Forward ROPA, как правило, применяют только вместе со встречным, если без него не удается достичь требуемых показателей OSNR.

В следующей серии постов мы рассмотрим основные технические характеристики рамановских и гибридных усилителей разных поколений и производителей, наличие или отсутствие встроенных модулей таких как OSC и OTDR, VOA, поговорим про аппаратную и программную защиту данных устройств. Начнем с отечественного вендора Т8.