Modern optik iletişim sistemlerinde daha yüksek kapasite ve daha uzun iletim mesafesi arayışında, temel bir fiziksel sınırlama olan gürültü, performans iyileştirmesini her zaman kısıtlamıştır.
Tipik bir durumdaEDFAErbiyum katkılı fiber amplifikatör sisteminde, her optik iletim aralığı, yükseltme işlemi sırasında ışık/elektron etkileşiminin kuantum rastgele doğasından kaynaklanan yaklaşık 0,1 dB'lik birikmiş kendiliğinden emisyon gürültüsü (ASE) üretir.
Bu tür gürültü, zaman alanında pikosaniye düzeyinde zamanlama titremesi olarak kendini gösterir. Titreme modeli tahminine göre, 30 ps/(nm · km) dağılım katsayısı koşulu altında, 1000 km iletimde titreme 12 ps artar. Frekans alanında ise, optik sinyal-gürültü oranında (OSNR) bir azalmaya yol açarak, 40 Gbps NRZ sisteminde 3,2 dB'lik (BER=1e-9'da) bir hassasiyet kaybına neden olur.
Daha ciddi zorluk, fiber doğrusal olmayan etkilerinin ve dağılımın dinamik birleşiminden kaynaklanmaktadır; geleneksel tek modlu fiberin (G.652) 1550 nm penceresindeki dağılım katsayısı 17 ps/(nm · km)'dir ve buna kendi kendine faz modülasyonundan (SPM) kaynaklanan doğrusal olmayan faz kayması da eklenir. Giriş gücü 6 dBm'yi aştığında, SPM etkisi darbe dalga biçimini önemli ölçüde bozacaktır.
Yukarıdaki şekilde gösterilen 960 Gbps PDM-16QAM sisteminde, 200 km iletimden sonra göz açıklığı başlangıç değerinin %82'si kadardır ve Q faktörü 14 dB'de (BER ≈ 3e-5'e karşılık gelir) korunmaktadır; mesafe 400 km'ye uzatıldığında, çapraz faz modülasyonu (XPM) ve dört dalga karışımının (FWM) birleşik etkisi göz açıklığı derecesinin %63'e keskin bir şekilde düşmesine ve sistem hata oranının 10^-12 olan sert karar FEC hata düzeltme sınırını aşmasına neden olur.
Doğrudan modülasyonlu lazerin (DML) frekans kayması etkisinin kötüleşeceğini belirtmekte fayda var; tipik bir DFB lazerin alfa parametresi (çizgi genişliği artırma faktörü) değeri 3-6 aralığındadır ve anlık frekans değişimi 1 mA'lık modülasyon akımında ± 2,5 GHz'e (kayma parametresi C=2,5 GHz/mA'ya karşılık gelir) ulaşabilir, bu da 80 km'lik G.652 fiberden iletimden sonra %38'lik bir darbe genişleme oranına (kümülatif dağılım D · L=1360 ps/nm) neden olur.
Dalga boyu bölmeli çoklama (WDM) sistemlerinde kanal karışması daha ciddi engeller oluşturmaktadır. 50 GHz kanal aralığını örnek olarak alırsak, dört dalga karışımından (FWM) kaynaklanan girişim gücünün sıradan optik fiberlerde yaklaşık 22 km'lik etkili bir uzunluğu (Leff) vardır.
Dalga boyu bölmeli çoklama (WDM) sistemlerinde kanal karışması daha ciddi engeller oluşturur. 50 GHz kanal aralığını örnek olarak alırsak, dört dalga karışımı (FWM) tarafından üretilen girişim gücünün etkin uzunluğu Leff=22 km'dir (bu da fiber zayıflama katsayısı α=0,22 dB/km'ye karşılık gelir).
Giriş gücü +15 dBm'ye çıkarıldığında, bitişik kanallar arasındaki çapraz etkileşim seviyesi (-30 dB taban çizgisine göre) 7 dB artar ve bu da sistemin ileri hata düzeltme (FEC) yedekliliğini %7'den %20'ye çıkarmasını gerektirir. Uyarılmış Raman saçılımının (SRS) neden olduğu güç aktarım etkisi, uzun dalga boylu kanallarda kilometre başına yaklaşık 0,02 dB'lik bir kayba yol açarak C+L bandında (1530-1625 nm) sistemde 3,5 dB'ye kadar güç düşüşüne neden olur. Dinamik kazanç eşitleyici (DGE) aracılığıyla gerçek zamanlı eğim telafisi gereklidir.
Bu fiziksel etkilerin birleşimiyle oluşan sistem performans sınırı, bant genişliği-mesafe çarpımı (B · L) ile ölçülebilir: G.655 fiberde (dağılım telafili fiber) tipik bir NRZ modülasyon sisteminin B · L değeri yaklaşık 18000 (Gb/s) · km iken, PDM-QPSK modülasyonu ve tutarlı algılama teknolojisi ile bu gösterge 280000 (Gb/s) · km'ye (SD-FEC kazancı 9,5 dB'de) yükseltilebilir.
Son teknoloji ürünü 7 çekirdekli x 3 modlu uzay bölmeli çoklama fiberi (SDM), zayıf bağlantı çekirdekler arası karışma kontrolü (<-40dB/km) sayesinde laboratuvar ortamlarında 15,6 Pb/s · km (tek fiber kapasitesi 1,53 Pb/s x 10,2 km iletim mesafesi) iletim kapasitesine ulaşmıştır.
Shannon sınırına yaklaşmak için, modern sistemlerin, tek taşıyıcılı 400G PDM-64QAM iletiminin Q faktörünü 2 dB (12 dB'den 14 dB'ye) artırmak ve OSNR toleransını 17,5 dB/0,1 nm'ye (BER=2e-2'de) gevşetmek için olasılık şekillendirme (PS-256QAM, 0,8 dB şekillendirme kazancı elde edilir), sinir ağı eşitlemesi (NL telafi verimliliği %37 iyileştirildi) ve dağıtılmış Raman yükseltmesi (DRA, kazanç eğimi doğruluğu ± 0,5 dB) teknolojilerini birlikte benimsemesi gerekir.
Yayın tarihi: 12 Haz-2025