В представленном обзоре рынка ОВ Арина Корнильева (директор по маркетингу и продажам) отметила, что он не только стабилизировался в 2005 году (68 млн. км), но и увеличился по отрасли в целом на 15%. Наблюдаемые изменения спроса на ОВ в конце 2005 года в четырех основных сегментах рынка – сетях доступа, городских сетях, дальней и проводной связи и ЛВС – выглядели следующим образом:
Спрос на ОВ в 2005 году во всем мире и его изменение по странам выглядели так:
Спрос на ОВ в РФ и СНГ и его структура потребления были в 2005 году на уровне прогнозируемого [2].
Общий прогноз рынка ОВ и оптического оборудования на 2006 год по материалам компании Corning и других ведущих игроков этого рынка таков:
· рост рынка будет определяться развитием сетей доступа;
· ожидается большой рост спроса на аксессуары и оборудование и небольшой – на ОВ и оптические кабели;
· продолжится стабилизация цен на ОВ.
Рынок услуг широкополосного доступа (волокно к дому – FTTH, Интернет, xDSL) в 2005 году сохранил низкие темпы роста оптического доступа FTTH, поддерживаемого только несколькими крупными проектами, и укрепил опережающие темпы роста модемного доступа xDSL. Число абонентов, охваченных указанными технологиями, по основным регионам мира выглядит так:
Прогноз 2005 года роста трафика Интернета [2] в целом оправдывается.
Разработка новых волокон
Сергей Тен (специалист компании по системам связи) привел новые данные о разработке специальных типов ОВ, используя материалы конференций OFC/NFOEC-2006.
· Микроструктурированные (фотонно-кристаллические – ФКВ) и брэгговские волокна [3] продолжают интересовать специалистов. На главные вопросы: "какая структура волокна самая лучшая и как достичь по-настоящему низкого затухания?" – так и не получены окончательные ответы. Первоначально (1998–2000 гг.) считалось, что ФКВ с полой сердцевиной может обеспечить затухание порядка 0,1 дБ/км, но и сейчас (2006 г.) достигнутые результаты (1 дБ/км) не могут конкурировать с лучшими характеристиками обычного ОВ (0,16 дБ/км). Ряд исследователей считают, что высокое затухание ФКВ объясняется шероховатостью стенок микрокапиллярных трубок и взаимодействием основной моды с поверхностными модами. Они утверждают, что уровень затухания не будет ниже 0,2 дБ/км [1]. Однако ФКВ уже имеют широкое применение (хотя и не в дальней связи), например для генерации спектрального суперконтинуума (SCG), т.е. могут быть использованы в качестве активной среды для сверхширокополосного лазерного источника, а также для мощного лазерного источника с высокой линейностью выходной (выход-накачка) характеристики, как показано на рис.1.
· Волокна с пониженным допустимым радиусом изгиба важны (ввиду малой чувствительности к изгибам) для структурированных кабельных систем (СКС), в качестве ОВ для кабелей в сетях доступа, а также для соединения выхода лазеров типа VCSEL с печатной платой. Везде требуются повороты на 90°, причем в последнем случае радиус изгиба достигает 1 мм, а потери порядка 0,1 дБ. Таким волокном может быть как ФКВ, так и обычное ОВ.
· Новое волокно компании Corning Vascade EX1000 было разработано для подводных систем связи без усилителей (так называемые фестонные системы). Данные о нем весьма скромные: тип ОВ – ITU-T G.654, затухание – 0,16 дБ/км (минимальное) и 0,17 дБ/км (среднее). Оно позволяет увеличить дальность необслуживаемого пролета до 310 км (при использовании только усилителей EDFA на передающей стороне) и до 360–400 км (при использовании усилителей EDFA-Raman на передающей и приемной сторонах).
Механические свойства ОВ
В рамках семинара прошла специальная сессия "Прочность и надежность оптических волокон" с основным докладчиком Скоттом Глезманном (Scott Glaesemann) – одним из ведущих мировых специалистов в области прочности и надежности ОВ. Его весьма интересный и информативный доклад был посвящен основам механической надежности ОВ. Затрагивались, в частности, вопросы образования трещин, дефекты стекла (фрактография), измерение прочности ОВ (включая статистические аспекты), усталостное разрушение и механическая надежность ОВ.
Был рассмотрен также ряд практических методов измерения механических параметров волокна, в частности измерение приложенного напряжения с помощью оптических методов, включая наиболее эффективный из них – метод с использованием решетки Брэгга (рис. 2). В соответствии с этим методом внутри ОВ (стандартным способом ультрафиолетового экспонирования через маску) формируется отражательная решетка Брэгга – периодическое изменение показателя преломления. Приложенная к ОВ нагрузка изменяет период решетки и эффективный показатель преломления, что, в свою очередь, изменяет длину волны, которая отражается от нее. Разница в длине волны отраженных волн (до и после нагрузки) и дает возможность вычислить приложенную нагрузку. Метод характеризуется высокой разрешающей способностью и возможностью осуществления как динамических, так и статических измерений.
Развитие оптических технологий
Тенденции развития систем дальней связи по материалам конференций OFC/NFOEC-2006 отразил в своем докладе Сергей Тен. Он особо оттенил общие тенденции развития оптических сетей, сверхбыстрые системы передачи и электронную компенсацию дисперсии.
Общие тенденции развития оптических сетей, отраженные в докладах на конференциях, рисуют светлую картину нашего настоящего и будущего. Оказалось, что мы уже, среднестатистически, потребляем 2 гигабайта информации в месяц, "качая" ее со скоростью от 1,5 до 6 Мбит/с. Но прогноз таков, что завтра (в наступающей эре цифрового ТВ) мы будем потреблять более 200 гигабайт информации в месяц, а послезавтра (в эре цифрового ТВ высокого разрешения – HDTV) наше потребление возрастет до 1 терабайта в месяц. Этот прогресс не в последнюю очередь обязан быстрому развитию двух связанных технологий: VoIP (передача видео поверх IP-сети) и VoD (доставка видео по требованию). То, что традиционные операторы "ставят" на видео, вполне объяснимо. Во-первых, это желание клиентов (все хотят не только слышать, но и видеть, и с хорошим качеством), во-вторых, это желание традиционных операторов отобрать лакомый кусок у операторов кабельного ТВ. При совпадении желаний эффект удваивается!
Сверхбыстрые системы передачи – это следствие требований со стороны клиентов все большей полосы пропускания (шаги здесь впечатляющие: килобиты-мегабиты-гигабиты-терабиты). Производители едва успевают эти требования удовлетворять. Только успели внедрить 10-гигабитные системы SDH, ATM и Ethernet, как уже приходится выпускать 40-гигабитные мультиплексоры SDH и маршрутизаторы АТМ. Но и этого завтра будет недостаточно. Вот и приходится срочно тестировать в лабораториях (и докладывать на конференциях) мультиплексоры SDH с агрегатным потоком 160 Гбит/с или коммутаторы Ethernet со скоростями переключения пакетов 100 Гбит/с. И это только то, что дает интенсивный путь развития, а если он зайдет в тупик (исследователи говорят, что поляризационная модовая дисперсия может стать проблемой [1]) – не беда, перейдем с помощью WDM на рельсы экстенсивного пути развития (подробнее см. в [4]).
Сверхбыстрыми среди специалистов [1] принято считать скорости в одном канале выше 40 Гбит/с. Для их промышленной реализации сейчас приходится применять целый арсенал приемов, включающий использование специальных методов (форматов) модуляции и кодирования, в том числе и помехоустойчивого, на передающей стороне, специальных методов демодуляции/детектирования на приемной стороне, а также специальных методов компенсации дисперсии при передаче по линии связи (подробнее см. в [5]). Последние до настоящего времени были либо технологическими (использование чередующихся строительных длин кабеля с положительной и отрицательной дисперсией и специального ОВ с малой ненулевой смещенной дисперсией типа NZDSF), либо оптическими (использование модулей компенсации дисперсии – DCM). В настоящее время появилась возможность электронной компенсации дисперсии (ЭКД).
Электронная компенсация дисперсии в основном использует две схемы для решения этой задачи: ЭКД на передатчике и на приемнике.
ЭКД на передатчике работает следующим образом: вычисляется амплитуда и фаза поля сигнала, распространенного по волокну на расстояние, соответствующее длине системы, но имеющего обратный знак дисперсии: -D(z); полученный сигнал преобразуется в аналоговый с использованием цифроаналогового преобразователя (ЦАП). Сформированный образ сигнала (действительная и мнимая части – рис. 3) подается на модулятор, компенсируя результат действия дисперсии. ЭКД в этом случае позволяет обойтись без использования модулей DCM, упрощает конструкцию оптического усилителя, допускает реконфигурацию сети в режиме реального времени.
ЭКД на приемнике работает по типу обработки цифрового сигнала в системах адаптивного приема. В частности, используется один из методов последовательной оценки по критерию максимума правдоподобия (MLSE). В этом случае детектор, вместо использования формирования (компаратором) цифровой последовательности в точках пересечения входным сигналом порогового уровня, оцифровывает принятый сигнал, осуществляет его обработку в соответствии с алгоритмом MLSE и, с определенной вероятностью, распознает битовую последовательность (рис. 4).
Первый тип ЭКД разработан и используется компанией Nortel, второй – компаниями Alcatel и Lucent, которые критикуют первый метод, считая, что он существенно увеличивает порог нелинейности систем дальней связи.
Использование бриллюэновского рефлектометра
В заключительной части семинара Сергей Акопов (технический директор компании) осветил инженерные проблемы, связанные с практическим применением бриллюэновского оптического рефлектометра (B-OTDR) и с ростом интереса собственно к эффекту Бриллюэна (ЭБ). Этот эффект вызывает как спонтанное, так и вынужденное бриллюэновское рассеяние.
Спонтанное бриллюэновское рассеяние (СБР) возникает в результате взаимодействия оптической волны со звуковыми волнами в ОВ, вызванными тепловым движением атомов и молекул, флуктуациями давления и вариациями показателя преломления. Наиболее мощное СБР происходит в обратном направлении и сопровождается доплеровским сдвигом частоты рассеянного света.
Вынужденное бриллюэновское рассеяние (ВБР) возникает по схожему сценарию. В результате интерференции падающей световой волны и волны, отраженной от акустического шума (стоксовой волны) возникает явление электрострикции, порождающее звуковую волну, на которой и происходит ВБР. Растущее ВБР усиливает звуковую волну, которая, в свою очередь, стимулирует усиление ВБР и т.д., пока не возникает динамического равновесия. ВБР ограничивает передаваемую волокном мощность оптического сигнала [6].
Для снижения влияния ВБР компания Corning разработала волокно NexCor (параметры – в работе [6]), в котором порог возникновения SBS повышен на 3 дБ, что дало возможность вдвое увеличить уровень входного сигнала, а это, в свою очередь, позволило удвоить (с 16 до 32) коэффициент разветвления в системах PON [6].
С.Акопов познакомил участников семинара с различными возможностями использования B-OTDR, в частности с методом измерения растягивающих усилий ОВ (МЭК 60794-1Е1), а также с практикой анализа напряженных состояний в волокнах кабелей различного типа и при различных условиях эксплуатации. Были приведены примеры использования B-OTDR для точечного анализа дефектных состояний бетонных и металлических труб.
Литература
1. Развитие технологий оптической связи и волокон: Материалы семинара Corning. Москва, 12 апреля 2006.
2. Слепов Н. Технология оптической связи и волокон. Семинар компании Corning. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2006, №2, с.50–52.
3. Слепов Н. Фотонно-кристаллическое волокно – уже реальность. Новые типы оптических волокон и их применение. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2004, №5, с.80–84.
4. Слепов Н. Современные оптоволоконные технологии (чем ударить по бездорожью). – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2002, №1, с.20–23.
5. Слепов Н. Оптоволоконные системы дальней связи. Перспективы развития. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2005, №6, с.70–75.
6. Слепов Н.Н. Семинар компании Corning в Москве. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2004, №5, с.86–87.
"Замороженный чип" бьет рекорд быстродействия
Ученые компании IBM и Технологического университета шт. Джорджия утверждают, что, создав "замороженный чип", им удалось побить рекорд быстродействия кремниевых микросхем. В ходе экспериментов по изучению предельного быстродействия кремний-германиевых приборов была создана микросхема с рабочей частотой более 500 ГГц при охлаждении до 4,5К. Рабочая частота прибора при комнатной температуре – 350 ГГц (тактовая частота новейших микросхем двухъядерных процессоров для серверов компаний Intel и Advanced Micro Devices составляет 2,5–3 ГГц). По утверждению разработчиков, полученные результаты могут привести к появлению нового класса высокопроизводительных микросхем с низкими энергозатратами, пригодных для применения в системах ТВЧ, средствах воспроизведения видеоизображения, сопоставимого по качеству с киноизображением.
Ученые не только достигли рекордной частоты, но и сумели изготовить микросхему по SiGe-технологии четвертого поколения на 200-мм пластинах с использованием неоптимизированного комплекта шаблонов. На базе данных компьютерного моделирования разработчики утверждают, что по мере совершенствования технологии смогут достичь значительно более высоких частот (около 1012 ГГц) даже при комнатной температуре.
Дальнейшие работы ученых будут направлены на понимание физических процессов, обуславливающих некоторые необычные свойства SiGe-устройств при столь низких температурах
www.eetimes.eu