40 лет волоконной оптике

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