ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор научно-технического журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. 20 фотонов, которые перевернули мир: 40 лет волоконной оптике Журнал «Фотон-Экспресс» Свинцов Анатолий Геннадьевич 1 www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор научно-технического журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. Задача ВОСП – передавать информацию на заданное расстояние с заданной скоростью с допустимым уровнем ошибок. Передача информации между заданными точками. Обычно это цифровая информация 0/1 20 фотонов, которые перевернули мир – достаточно доставить 20 фотонов и бит информации будет считан с допустимой вероятностью ошибки Большая часть проблем (затухание и искажения сигнала) и одновременно основные достижения и возможности ВОСП связаны с двумя элементами волоконных систем: волоконными световодами и лазерами. В развитии оптических систем разработчики стремились реализовать два принципа: «быстрее» и «дальше». 2 www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор научно-технического журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. 3 Волоконно-оптическим системам передачи (ВОСП) исполнилось 40 лет. Летом 1970 группа исследователей компании Corning получила волоконные световоды с затуханием менее 20 дБ/км , затем освоила изготовление волоконных световодов с затуханием до 4 дБ/км, и с этого времени началось практическое использование ВОСП, стремительное развитие волоконных систем. (См. «Фотон-Экспресс» №1-2011) www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор научно-технического журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. История ВОСП в датах такова: 1790 г. – оптический телеграф во Франции; 1860 г. – демонстрация А.Беллом модуляции оптического сигнала зеркалом; 1881 г. – передача речи при помощи светового луча; 1970 г. – Ж. И. Алферов разработал полупроводниковый лазер, работающий при комнатной температуре; 1972 г. – модуляция лазерного излучения с частотой 1 ГГц; 1970 -1973 гг. – Corning Glass Company осваивает производство оптического волокна с затуханием меньше 20 дБ/км; 1973 г. – получены лазерные диоды со сроком службы 1000 часов; 1974 г. – разработано градиентное многомодовое волокно; 1975 г. – первый коммерческий полупроводниковый лазер, работающий при комнатной температуре; 1976 г. – срок службы лазеров увеличен до 100000 часов (10 лет); 1976 г. – открыто третье окно в спектральном диапазоне работы ВОСП (1,55 мкм); 4 www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор научно-технического журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. 5 1976 г. – тестирование ВОСП на многомодовых градиентных волокнах со скоростью передачи информации 45 Мбит/с; 1977 г. – срок службы лазеров увеличен до 1 млн. часов ( 100 лет); 1978 г. – тестирование ВОСП со скоростью передачи информации 32 Мбит/с, длина участка 53 км и рабочая длина волны 1,3 мкм; 1978 г. – получено затухание в оптическом волокне 0,2 дБ/км ( на рабочей длине волны 1,55 мкм); 1980 г. – первая коммерческая ВОСП (между Бостоном и Ричмондом – США), три рабочих длины волны, градиентное многомодовое волокно, скорость передачи информации 45 Мбит/с; 1980 г. – передача по волоконной линии видеосигнала с Зимней Олимпиады в Лейк Плэсиде ( градиентное многомодовое волокно, рабочая длина волны 0,85 мкм); 1981 г. – получена скорость передачи сигнала 140 Мбит/с в одномодовом волокне длиной 49 км, рабочая длина волны 1,3 мкм. Начало работ с одномодовыми волокнами со смещенной дисперсией; 1982 г. – скорость передачи в одномодовом волокне достигла 400 Мбит/с (1,3 мкм); www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор научно-технического журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. 6 1987 г. – разработан эрбиевый оптический усилитель. Начало работ по ВОСП со спектральным уплотнением; 1988 г. – первая трансокеанская ВОСП – ТАТ-8 (одномодовые волокна, 1,3 мкм); 1993 г. – начало практического использования оптических усилителей; 1995 г. – начало практического использования ВОСП со спектральным уплотнением; 1997 г. - разработка оптических мультиплексеров адресного ввода-вывода; 1998 – 2000 гг. – создание систем DWDM и HDWDM 1999 – 2000 гг. – создание оптических переключателей спектральных каналов; 2000 г. - использование систем «грубого» спектрального уплотнения (CWDM). 2000 –2002 гг. – DWDM-системы с пропускной способностью до 1.6 Тбит/с 2009 г. - Нобелевская премия по физике Ч.Као 2010 г. - 69.1 Тбит/с - NTT + Corning 2011 г. – 256 Гбит/с в спектральном канале – Alcatel-Lucent www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор научно-технического журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. сотовая связь телефония Интернет ВОСП магистральные технология производства волоконных световодов и кабелей 7 технология производства передатчиков и приемников передача данных телевидение 4Тбит/с региональные Сетевая технология коммутации потоков SDH, ATM и др. локальные технология спектральног о уплотнения WDM, DWDM, HDWDM www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru технология монтажа измерения параметров и диагностики ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор научно-технического журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. Этап 1 Тх ОВ 0,85 мкм многомодовый лазер (СД) МВС 3 дБ/км Многомодовый Быстрее/дальше Решаемая проблема. «Быстрее», межмодовая дисперсия Решение. Градиентные ВС G651 20 МГц х км 160 МГц х км 1980 г. коммерческая ВОСП 8 Новая задача. «Дальше». Как ? - 1.3 мкм www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор научно-технического журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. Этап 2 Тх ОВ 1.3 мкм многомодовый МВС 500 МГц х км G651 Многомодовый Дальше/Быстрее Решаемая проблема. «Дальше», снижение затухание ОВ Решение. 2- спектральное окно 1,3 мкм 3 дБ/км (0,85 мкм) - 1 дБ/км (1,3 мкм) Новая задача. «Быстрее». Как? Совсем убрать межмодовую дисперсию 9 www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор научно-технического журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. Этап 3 Одномодовый Быстрее/Дальше 1.3 мкм нулевая дисперсия 2,4 Гбит/с; 90 км 10 Тх 1.3 мкм одномодовый ОВ ОВС; 0,35 дБ/км; G652 – несмещенная нулевая дисперсия, SF –стандартные ОВ Решаемая проблема. «Быстрее», снижение дисперсии: межмодовой, хроматической Решение. Одномодовый режим. Компенсация материальной дисперсии волноводной на 1.3 мкм Новая задача. «Дальше». Как? 1,5 мкм www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор научно-технического журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. Этап 4 Одномодовый Тх 1.55 мкм одномодовый ОВ ОВС; 0,2 дБ/км; G652 – несмещенная нулевая дисперсия (оптимальная на 1,3 мкм) Дальше/Быстрее 1.55 мкм Решаемая проблема. «Дальше», снижение затухания тракта Решение. 3 спектральное окно Новая задача. «Быстрее». Как? - Уменьшение хроматической дисперсии 11 www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор н.-т. журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. Этап 5 Одномодовый Быстрее/Дальше Тх 1.55 мкм одномодовый ОВ ОВС; 0,2 дБ/км; G653 – смещенная (в 1.55 мкм) нулевая дисперсия DSF Решаемая проблема. «Быстрее», уменьшение хроматической дисперсии на 1.55 мкм 1.55 мкм DSF(G653) 10 Гбит/с; 150 км 12 Решение. Компенсация материальной дисперсии волноводной на 1.55 мкм – волокна со смещенной нулевой дисперсией Новая задача. «Дальше». Как? - Усиление сигнала www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор н.-т. журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. Этап 6 Одномодовый Дальше/Быстрее ОУ 1987 г. 1993 г. использование 13 Тх 1.55 мкм одномодовый ОВ ОВС; 0,2 дБ/км; G653 – смещенная нулевая дисперсия DSF Решаемая проблема. «Дальше», уменьшение затухания сигнала в тракте Решение. Оптические усилители (ОУ) Новая задача. «Быстрее». Как? - Параллельная передача нескольких сигналов в ОВ www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор н.-т. журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. Этап 7 Одномодовый Тх 1.55 мкм одномодовый, узкополосный ОВ ОВС; 0,2 дБ/км; G653 – смещенная нулевая дисперсия DSF Решаемая проблема. «Быстрее», параллельная Быстрее/Дальше передача сигналов – спектральное уплотнение Лямда - каналы Решение. спектральное уплотнение с одним ОУ WDM 1987 г. 1996 г. использование 14 Новая задача. «Дальше». Как? - Борьба с искажениями сигнала. www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. Этап 8 Одномодовый Дальше/Быстрее Тх 1.55 мкм одномодовый узкополосный (0,8 нм –сетка) ОВ ОВС; 0,2 дБ/км; G655 – смещенная ненулевая дисперсия NZDSF Решаемая проблема. Увеличение мощности сигнала при отсутствии искажений DWDM G655 NZDSF 2Тбит/с; 300 км 69.1 Тбит/с 15 Решение. «испортить ОВ», ненулевая хроматическая дисперсия, технологии компенсации хроматической дисперсии Новая задача. «Быстрее». Как? Борьба с ПМД www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор н.-т. журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. Этап 9 Одномодовый Быстрее Тх 1.55 мкм одномодовый узкополосный (0,8 нм - сетка) ОВ ОВС; 0,2 дБ/км; контроль ПМД Решаемая проблема. Снижение дисперсии ПМД Решение. Обеспечение заданной ПМД (геометрия, режимы вытяжки) Более 40 Гбит/с в лямдаНовая задача. «Эффективнее». Как? – ВОСП без канале ОУ, разреженное спектральное уплотнение, расширение спектрального диапазона (водяной пик) 16 www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор н.-т. журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. Этап 10 Тх 1.55 мкм одномодовый (20 нм - сетка) ОВ ОВС; 0,2 дБ/км; с низким водным пиком G652 C (D) Эффективнее Решаемая проблема. Расширение спектрального диапазона работы ВОСП СWDM Решение. Снижение затухания на 1400 нм (пик затухания на ОН) Новая задача. «Эффективнее». Как? Новые лазеры на 0,85/1,3 мкм 17 www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор н.-т. журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. Этап 11 Эффективнее Тх 0,85,1.3 мкм, «виксел» (дешевый, быстрый) ОВ МВС; POF Многомодовый Решаемая проблема. Большая дисперсия, аномальная дисперсия Решение. МВС без «провала» в центре ОВ. Снижение затухания и увеличение полосы пропускания POF Новая задача. «Эффективнее» Как? Увеличение вводимой мощности 18 www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор н.-т. журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. сотовая связь телефония Интернет передача данных телевидение ВОСП магистральные DWDM технология производства ВС и кабелей (Вн, внешнее, торцевое осаждение, вытяжка, каблирование) 22 технология производства передатчиков и приемников региональные CWDM, AllWave Сетевая технология коммутации потоков SDH, ATM и др. локальные LaserlWave технология спектральног о уплотнения WDM, DWDM, HDWDM, CWDM www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru технология монтажа измерения параметров и диагностики ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. 1970 г. – Ж. И. Алферов разработал полупроводниковый лазер, работающий при комнатной температуре; 1972 г. – модуляция лазерного излучения с частотой 1 ГГц; 1970 -1973 гг. – Corning Glass Company осваивает производство оптического волокна с затуханием меньше 20 дБ/км; 1973 г. – получены лазерные диоды со сроком службы 1000 часов; 1974 г. – разработано градиентное многомодовое волокно; 1975 г. – первый коммерческий полупроводниковый лазер, работающий при комнатной температуре; 1976 г. – срок службы лазеров увеличен до 100000 часов (10 лет); 1976 г. – открыто третье окно в спектральном диапазоне работы ВОСП (1,55 мкм); 1976 г. – тестирование ВОСП на многомодовых градиентных волокнах со скоростью передачи информации 45 Мбит/с; 1977 г. – срок службы лазеров увеличен до 1 млн. часов ( 100 лет); 1978 г. – тестирование ВОСП со скоростью передачи информации 32 Мбит/с, длина участка 53 км и рабочая длина волны 1,3 мкм; 1978 г. – получено затухание в оптическом волокне 0,2 дБ/км ( на рабочей длине волны 1,55 мкм); 23 www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. 24 1980 г. (10 лет) – первая коммерческая ВОСП (между Бостоном и Ричмондом – США), три рабочих длины волны, градиентное многомодовое волокно, скорость передачи информации 45 Мбит/с; 1980 г. – передача по волоконной линии видеосигнала с Зимней Олимпиады в Лейк Плэсиде ( градиентное многомодовое волокно, рабочая длина волны 0,85 мкм); 1981 г. – получена скорость передачи сигнала 140 Мбит/с в одномодовом волокне длиной 49 км, рабочая длина волны 1,3 мкм. Начало работ с одномодовыми волокнами со смещенной дисперсией; 1982 г. – скорость передачи в одномодовом волокне достигла 400 Мбит/с (1,3 мкм); 1987 г. – разработан эрбиевый оптический усилитель. Начало работ по ВОСП со спектральным уплотнением; 1988 г. (18 лет) – первая трансокеанская ВОСП – ТАТ-8 (одномодовые волокна, 1,3 мкм); 1993 г. – начало практического использования оптических усилителей; 1995 г. (25 лет) – начало практического использования ВОСП со спектральным уплотнением; www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. 25 1997 г. - разработка оптических мультиплексеров адресного ввода-вывода; 1998 – 2000 гг. – создание систем DWDM и HDWDM 1999 – 2000 гг. – создание оптических переключателей спектральных каналов; 2000 г. - использование систем «грубого» спектрального уплотнения (CWDM). 2000 –2002 гг. – DWDM-системы с пропускной способностью до 1.6 Тбит/с www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ. ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ. А.Г.Свинцов, главный редактор научно-технического журнала «Фотон-Экспресс» , к.т.н. 10 фотонов, которые перевернули мир: 40 лет волоконной оптике Журнал «Фотон-Экспресс» Свинцов Анатолий Геннадьевич 26 www.fotonexpress.ru info@fotonexpress.ru