|
Проект направлен на решение задачи развития теории кусочно-регулярных волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) применительно к протяженным линиям с нерегулярными слабонаправляющими оптическими волокнами (ОВ) с увеличенным диаметром сердцевины при передаче оптических сигналов в маломодовом режиме на высокоскоростных (от десятков Тбит/с до Пбит/с и выше) транспортных сетях связи нового поколения и разработка на ее базе научно-технических основ обеспечения их эффективного функционирования. В маломодовом режиме на передний план выходит необходимость "индивидуальной" оценки параметров передачи направляемых мод заданного порядка, участвующих в переносе мощности оптического сигнала по ОВ заданной конструкции. Поэтому выделенные, в рамках сформулированной ключевой цели Проекта, основные задачи, потребовали, в первую очередь, разработки соответствующего математического аппарата как с применением известных методов, адаптированных и/или модифицированных соответствующим образом, так и новых, альтернативных подходов для описания процессов распространения оптических сигналов высокоскоростных систем передачи в ОВ ВОЛП, с учетом особенностей маломодового режима.
В свою очередь, разработанный в ходе выполнения Проекта, математический аппарат позволил перейти непосредственно к проведению теоретических исследований и решению ряда задач в рамках анонсированных, в соответствие с календарным планом 2016 - 2018 г., ключевых целей Проекта, в том числе, получить следующие основные результаты:
1) Локализован минимально допустимый диаметр сердцевины ОВ для заданного профиля показателя преломления, при котором достигается искомая эффективная площадь сечения моды, достаточная, для устранения нелинейности ОВ, с точки зрения подавления нелинейных искажений типовых телекоммуникационных волоконно-оптических систем передачи нового поколения. Значения указанных параметров составили 42 мкм и 140 кв. мкм для основной моды, соответственно.
2) Разработана методика моделирования и реализована апробация полученных данных, с точки зрения проведения пилотного синтеза профилей показателя преломления таких ОВ для упрощенной конструкции (идеальное круглое поперечное сечение, осесимметриченый профиль показателя преломления): получены образцы профилей показателя преломления таких 42-мкм ОВ, обеспечивающие снижение ДМЗ по основной моде во всем выделенном спектральном "С"-диапазоне до значений менее 200 пс/км (отдельный образец обеспечивает менее 120 пс/км) и менее 30 пс/км в области длины волны 1550 нм. Показано, что данные ОВ поддерживают распространение до 16 направляемых мод. При этом площадь эффективного сечения основной моды составляет от 133 кв. мкм до 135 кв. мкм на нижней и верхней границах "С"-диапазона, соответственно, а для направляемых мод высших порядков - от 270 кв. мкм и выше во всем указанном диапазоне длин волн.
3) Разработано теоретическое обоснования путей реализации нового класса ВОЛП с маломодовыми ОВ с сильно увеличенным диаметром сердцевины для совместной работы с волоконно-оптическими системами передачи высокоскоростных транспортных сетей связи нового поколения. Для этой цели была разработана и верифицирована модель нелинейного маломодового распространения оптического импульса в маломодовом волоконном световоде, учитывающую коррекцию профиля показателя преломления световода c учетом факторов нелинейности и параметров мод и их взаимосвязей для измененного за счет нелинейности профиля. Проведено моделирование протяженных ВОЛП с маломодовыми ОВ и Эрбиевыми оптическими усилителями, расположенными периодически через 100 км для нескольких вариантов организации оптического канала связи: (1) при использовании двух отдельных линейно-поляризованным мод - основной LP01 и высшей LP11 мод, в предположении усиления только одной из двух рабочих мод, согласно публикации и (2) оптических вихревых мод. Показано, что для снижения влияния факторов нелинейности для организации оптического канала более предпочтительным является использование не отдельных линейно-поляризованных мод, а их комбинаций. Также с помощью указанной модели проведено теоретическое исследование потенциальных возможностей повышения качества передачи за счет компенсации ДМЗ и хроматической модовой дисперсии на линейных оптических усилителях, результаты которого продемонстрировали, что даже грубая карта компенсации на оптических усилителях является более эффективной, чем компенсация на приеме.
4) Проведено теоретическое исследование необходимых условий нелинейного возбуждения высших мод в одномодовых ОВ с идеальным ступенчатым профилем показателя преломления. Показано, что при длительности импульсов менее 500 фс могут быть созданы все необходимые условия для нелинейного возбуждения моды более высокого порядка в одномодовых ОВ указанного типа. Получены аналитические выражения для первой, второй и третьей производных по длине волны постоянной распространения основной моды LP01 и высшей моды LP11 ОВ с идеальным ступенчатым профилем показателя преломления с учетом Керровской нелинейности и, соответственно, формулы для расчета времени распространения и хроматической дисперсии первого и второго порядков этих мод, учитывающие фактор нелинейности. Показано, что нелинейность существенно влияет на дисперсионные характеристики кварцевого ступенчатого ОВ.
5) Проведено теоретическое исследование влияния неидеальности конструкции предлагаемых маломодовых ОВ на проявление дополнительных факторов искажения оптических сигналов высокоскоростных систем передачи, а также разработки практических рекомендаций по выбору/коррекции базовых конструктивных/технологических параметров таких ОВ и допускам на отклонение этих параметров от номинальных значений. Разработаны методики моделирования асимметричной эллиптичности геометрии сердцевины ОВ, характерной для ОВ, проведен расчет дисперсионных параметров модового состава предложенных 16-модовых ОВ с такой "искаженной" геометрией сердцевины, характерной для изготовленных промышленным способом волоконных световодов в условиях заниженных требований контроля качества. Показано, что поля мод высших последних радиальных порядков претерпевают существенную деформацию, что не может не сказаться на критическом увеличении ДМЗ до неприемлемо высоких значений - от 200 пс/км вплоть до 750 пс/км в области верхней границы "С"-диапазона.
6) Разработаны практические рекомендации по реализации протяженных маломодовых ВОЛП для совместной работы с высокоскоростными системами передачи транспортных сетей связи нового поколения. Это, в частности, более жесткие допуски на контроль показателя некруглости сердцевины ОВ. Сформулированы практические рекомендации, направленные на проведение комплекса мероприятий по подавлению / фильтрации указанных высших мод последних радиальных порядков, что позволит снизить ДМЗ до значений менее 170 пс/км во всем "С"-диапазоне длин волн при подавлении четырех высших мод, в то время как устранение пяти высших мод последних радиальных порядков - до 120 пс/км и менее в этом же спектральном диапазоне.
7) Предложен оригинальный подход и на его основе разработана методика расчета параметров схемы прецизионного пространственного позиционирования портов MDM-мультиплексора на торце сердцевины маломодового ОВ линии, обеспечивающей за счет подбора соответстующих значений положения канала MDM относительно центра сердцевины. ОВ и согласования диаметров пятна вводимой и возбуждаемой мод, передачу практически всей мощности вводимой моды возбуждаемой моде ОВ заданного порядка. Для 16-модового ОВ получены асимметричная и симметричная схемы размещения. Последняя даже в случае наведенной сильной всимметричной эллиптичности сердцевины ОВ обеспечивает теоретическое снижение ДМЗ на длине волны 1550 нм до 60.84 пс/км, в то время как на нижней и верхней границах "С"-диапазона значение данного параметра уменьшается до 98.47 пс/км и 31.43 пс/км, соответственно.
8) Проведен сравнительный анализ проявления процессов взаимодействия и смешения модовых составляющих оптического сигнала при распространении по ОВ в маломодовом режиме. Выявлены соответствующие закономерности влияния степени и характера нерегулярности волоконного световода одной или нескольких последовательно соединенных строительных длин ОВ на деградацию дисперсионных параметров селективных модовых составляющих заданного порядка.
9) Предложены и экспериментально апробированы пилотные образцы простых устройств управления селективными модовыми компонентами маломодовых оптических сигналов.
10) Теоретически исследованы потенциальные возможности применения ОВ с экстремально увеличенным - до 50 и даже 100 мкм - диаметром сердцевины для указанных приложений на высокоскорстных оптических сетях нового поколения.
Публикации по результатам проекта за 2018 г.
Научные издания, индексируемые в БД Web of Science / Scopus:
1. Bourdine A.V., Burdin V.A. DMGD reducing in few-mode fiber optic links by special refractive index profile and selective mode excitation provided by designed MDM channels placement scheme over fiber core end // IEEE Xplore Proceedings of Progress in Electromagnetic Research Symposium - Spring (PIERS). - 2018. - P. 1032 - 1038 (WoS: 000427596701009; Scopus: 2-s2.0-85044944482; DOI: 0.1109/PIERS.2017.8261897).
2. Burdin V.A., Bourdine A.V. Simulations of a few-mode fiber optic link // IEEE Xplore Proceedings of Progress in Electromagnetic Research Symposium - Spring (PIERS). - 2018. - P. 1918 - 1923 (WoS: 000427596701175; Scopus: 2-s2.0-85044939901; DOI: 10.1109/PIERS.2017.8262063).
3. Bourdine A.V., Burdin V.A. Research on the influence of FMF refractive index profile deviation from the optimized form on DMD degradation // IEEE Xplore Proceedings of 2018 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. - March 14-15. - 2018 (WoS: 000443197800011; Scopus: 2-s2.0-85050802645; DOI: 10.1109/SOSG.2018.8350575).
4. Andreev V.A., Burdin V.A., Bourdine A.V., Dashkov M.V. Simulation of two-mode fiber optic link with chromatic dispersion compensation at line amplifiers // IEEE Xplore Proceedings of 2018 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. - March 14-15. - 2018 (WoS: 000443197800003;Scopus: 2-s2.0-85050825693; DOI: 10.1109/SOSG.2018.8350567).
5. Bourdine A.V., Burdin V.A., Janyani V., Ghunawat A.K., Singh G., Zhukov A.E. Design of silica multimode optical fibers with extremely enlarged core diameter for laser-based multi-Gigabit short-range optical networks // Photonics. - 2018. - vol. 5(4). - P. 37-1 - 37-21 (Scopus: 2-s2.0-85058717652; DOI: 10.3390/photonics5040037).
6. Burdin V.A., Bourdine A.V. Dynamics of nonlinear excitation of the high-order mode in a single-mode step-index optical fiber // Journal of Physics: Conference Series. 26th Annual International Laser Physics Workshop, LPHYS 2017. - 2018. - vol. 999(1). - P. 012015-1 - 012015-6 (WoS: 000432427200015; Scopus: 2-s2.0-85045685800; DOI: 10.1088/1742-6596/999/1/012015).
7. Bourdine A.V. Results of analysis of non-symmetrical graded-index multimode optical fibers by extended modified Gaussian approximation // Proceedings of SPIE. - 2018. - vol. 10774. - P. 10774-0K-01 - 10774-0K-10 (WoS: 000436172200019; Scopus: 2-s2.0-85049329676; DOI: 10.1117/12.2318865).
8. Bourdine A.V., Burdin V.A., Delmukhametov O.R. Method for analysis of real commercially available optical fibers with large core diameter // Proceedings of SPIE. - 2018. - vol. 10774. - P. 10774-08-01 - 10774-08-11 (WoS: 000436172200007; Scopus: 2-s2.0-85049337023; DOI: 10.1117/12.2317799).
9. Burdin V.A., Bourdine A.V., Andreev V.A., Yablochkin K.A. Spectral characteristics of step index single mode optical fiber with Kerr nonlinearity // Proceedings of SPIE. - 2018. - vol. 10774. - P. 10774-0L-01 - 10774-0L-08 (WoS: 000436172200020; Scopus: 2-s2.0-85049337457; DOI: 10.1117/12.2318903).
10. Andreev V.A., Bourdine A.V., Burdin V.A., Dashkov M.V., Demidov V.V., Karmolin A.S., Minaeva A.Yu., Praporshchikov D.E., Ter-Nersesyants E.V., Yablochkin K.A. Results of differential mode delay map measurements performed for multimode optical fibers with strong and weak diameter variation // Proceedings of SPIE. - 2018. - vol. 10774. - P. 10774-1O-01 - 10774-1O-08 (WoS: 000436172200059; Scopus: 2-s2.0-85049339365; DOI: 10.1117/12.2318862).
11. Burdin V.A., Bourdine A.V., Volkov K.A. Spectral characteristics of LP11 mode of step index optical fiber with Kerr nonlinearity // Proceedings of SPIE. - 2018. - vol. 10774. - P. 10774-0N-01 - 10774-ON-07 (WoS: 000436172200022; Scopus: 2-s2.0-85049337457; DOI: 10.1117/12.2318982).
12. Burdin V.A., Bourdine A.V., Morozov O.G, Kuznetzov A.A., Yudakov A.M. Fiber optic device for mode division // Journal of Physics: Conference Series. The IV International Conference on Information Technology and Nanotechnology. - 2018. - vol. 1096(11). - P. 012010-1 - 012010-6 (Scopus: 2-s2.0-85059013952; DOI: 10.1088/1742-6596/1096/1/012008).
Научные издания, индексируемые в БД РИНЦ:
1. Бурдин А.В., Бурдин В.А., Дельмухаметов О.Р. Расчет параметров передачи модового состава промышленных образцов кварцевых оптических волокон с увеличенным диаметром сердцевины // Инфокоммуникационные Технологии. - 2018. - т. 16, №1. - С. 39 - 48 (РИНЦ: https://elibrary.ru/item.asp?id=35259766 ; DOI: 10.18469/ikt.2018.16.1.04).
2. Андреев В.А., Бурдин А.В., Бурдин В.А. Исследование влияние отклонения геометрии промышленных образцов маломодовых оптических волокон от оптимальной формы на деградацию спектральной характеристики дифференциальной модовой звдержки // Труды учебных заведений связи. - 2018. - Т. 4, №2. - С. 18 - 25 (РИНЦ: https://elibrary.ru/item.asp?id=35177526)
3. Бурдин В.А., Бурдин А.В., Морозов О.Г., Кузнецов А.А., Юдаков А.М. Оптоволоконное устройство для разделеения мод // Сборник трудов конференции "Информационные технологии и нанотехнологии" (ИТНТ-2018). Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева. - 2018. - С. 251 - 258 (РИНЦ: https://elibrary.ru/item.asp?id=34894715)
4. Бурдин А.В., Бурдин В.А., Дельмухаметов О.Р. Исследование влияния несимметричности геометрии маломодовых кварцевых световодов на дисперсионные характеристики модового состава // 8й Российский семинар по волоконным лазерам. - 2018. - С. 170 - 171 (РИНЦ: https://elibrary.ru/item.asp?id=36078747; DOI: 10.31868/RFL2018.170-171)
5. Бурдин А.В., Бурдин В.А., Дельмухаметов О.Р. Расчет параметров передачи модового состава промышленных образцов кварцевых оптических волокон с увеличенным диаметром сердцевины // Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы (ПРЭФЖС-2018). - 2018. - С. 12 - 17 (РИНЦ: https://elibrary.ru/item.asp?id=35229462)
6. Бурдин А.В., Евтушенко А.С., Соколов Е.С. Разработка волоконно-оптических устройств управления модовым составом оптического излучения в маломодовом режиме на базе световодов с нанесенными прецизионными макроструктурными дефектами // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2018) VII Международная научно-техническая и научно-методическая конференция. Сборник научных статей. В 4-х томах. Под редакцией С.В. Бачевского. - 2018. - Т.1. - С. 128-133 (РИНЦ: https://elibrary.ru/item.asp?id=35231539 )
Тезисы докладов:
1. Bourdine A.V., Burdin V.A. Simulation and research of few-mode optical fiber DMD degradation due to geometry deviation from optimized form // XXVI International Workshop on Optical Wave and Waveguide Theory and Numerical Modeling (OWTNM-2018): book of abstracts. - Bad Sussendorf, Germany, 13 - 14 April, 2018. - P. 32.
2. Burdin V.A., Bourdine A.V. A system of nonlinear characteristic equations for two-mode propagation in step-index optical fiber // XXVI International Workshop on Optical Wave and Waveguide Theory and Numerical Modeling (OWTNM-2018): book of abstracts. - Bad Sussendorf, Germany, 13 - 14 April, 2018. - P. 31.
3. Бурдин А.В., Бурдин В.А. Результаты моделирования распространения негауссовских оптических импульсов в нерегулярных маломодовых волоконных световодах с разной степенью проявлении флуктуаций диаметра сердцевины // XIX Международная научно-техническая конференция "Проблемы техники и технологий в телекоммуникациях" (ПТиТТ -2018), 16 - 18 мая 2018, г. Уральск, Казахстан, КАЗИИТУ: тезисы докладов. - С. 165 - 167.
4. Бурдин А.В., Бурдин В.А., Морозов О.Г., Василец А.А., Барашкин А.Ю., Евтушенко А.С., Казаков В.С., Кармолин А.С., Минаева А.Ю., Соколов Е.Д. Исследование маломодовых режимов многомодовых оптических волокон с нанесенными прецизионными макроструктурными дефектами и волоконными решетками Брэгга // II Всероссийская конференция "Оптическая Рефлектометрия - 2018", 29 - 31 мая 2018, г. Пермь: тезисы докладов - С. 81 - 84.
5. Минаева А.Ю., Агабалян Ш.В., Барашкин А.Ю., Евтушенко А.С., Казаков В.С.. Кармолин А.С.. Карпцов И.А., Соколов Е.Д., Бурдин А.В., Бурдин В.А. Сравнительный анализ карт дифференциальной модовой задержки многомодовых оптических волокон с разной степенью вариации диаметра внешней оболочки // XVI Международная научно-техническая конференция "Физика и технические приложения волновых процессов", 10 - 14 сентября 2018, г. Миасс: материалы конференции. - С. 197 - 199.
6. Bourdine A.V. Design of silica optical fibers with selected mode staff differential mode delay management // International Conference on Photonics Research "InterPhotonics-2018", 9 - 12 October 2018, Kemer/Antalya, Turkey: book of abstracts. - P. 80.
7. Бурдин А.В., Бурдин В.А., Дельмухаметов О.Р. Анализ влияния несимметричности геометрии промышленных образцов маломодовых волоконных световодов на деградацию дифференциальной модовой задержки // XVI Международная научно-техническая конференция "Оптические технологии в телекоммуникациях" (ОТТ - 2018), 19 - 24 ноября 2018, Уфа, УГАТУ: материалы конференции. - С. 21 - 22.
8. Бурдин А.В., Жуков А.Е. Результаты моделирования распространения оптических сигналов систем 10GBase-LX по многомодовым оптическим волокнам с диаметром сердцевины 100 мкм // XVI Международная научно-техническая конференция "Оптические технологии в телекоммуникациях" (ОТТ - 2018), 19 - 24 ноября 2018, Уфа, УГАТУ: материалы конференции. - С. 27 - 28.
9. Бурдин А.В. Моделирование градиентных профилей показателя преломления кварцевых волоконных световодов с управлением дифференциальной модовой задержкой // XXI Всероссийская молодежная научная школа-семинар "Актуальные проблемы физической и функциональной электроники", 4 - 6 декабря 2018 г., г. Ульяновск, УФИРЭ им. В.А.Котельникова РАН: материалы конференции. - С. 11 - 12.
10. Bourdine A.V., Burdin V.A., Delmukhametov O.R. Large core silica few-mode optical fibers with reduced differential mode delay and enhanced mode effective area over "C"-band // Proceedings of 20th International Conference on Optical Fiber Communication Technology (ICOFCT - 2018), 13 - 14 December, Rome, Italy. - vol. 20(12), part V. - P. 585 - 594.
Участие в конференциях:
1. VII Международная научно-техническая конференция "Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании" (АПИНО - 2018), 28 февраля - 1 марта 2018, СПбГУТ, г. Санкт-Петербург (секционный).
2. International Scientific Conference "2018 Systems of signals generating and processing in the field of on board communications" (IEEE conference #43917), 14 - 15 марта 2018, МТУСИ, г. Москва (секционный).
3. XXVI Optical and waveguide theory and numerical modeling workshop (OWTNM-2018), Bad Sassendorf, Germany, 13 - 14 April, 2018 (2 стендовых).
4. Международная научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов "Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы" (ПРЭФЖС - 2018), 19 - 21 апреля 2018, Казань, КНИТУ-КАИ (приглашенный пленарный).
5. XIX Международная научно-техническая конференция "Проблемы техники и технологий в телекоммуникациях" (ПТиТТ -2018), 16 - 18 мая 2018, г. Уральск, Казахстан, КАЗИИТУ (секционный).
6. II Всероссийская конференция "Оптическая Рефлектометрия - 2018", 29 - 31 мая 2018, г. Пермь (стендовый).
7. 8й Российский семинар по волоконным лазерам, 3 - 7 сентября 2018, г. Новосибирск, Академгородок (1 секционный + 1 стендовый).
8. XVI Международная научно-техническая конференция "Физика и технические приложения волновых процессов", 10 - 14 сентября 2018, г. Миасс (стендовый).
9. International Conference on Photonics Research "InterPhotonics-2018", 9 - 12 October 2018, Kemer/Antalya, Turkey (приглашенный секционный).
10. XVI Международная научно-техническая конференция "Оптические технологии в телекоммуникациях" (ОТТ - 2018), 19 - 24 ноября 2018, Уфа, УГАТУ (2 секционных).
11. XXI Всероссийская молодежная научная школа-семинар "Актуальные проблемы физической и функциональной электроники", 4 - 6 декабря 2018 г., г. Ульяновск, УФИРЭ им. В.А.Котельникова РАН (пленарный).
12. 20th International Conference on Optical Fiber Communication Technology (ICOFCT - 2018), 13 - 14 December, Rome, Italy (секционный, Best Presentation Award)
Бурдин Антон Владимирович, д.т.н., профессор
тел: (846) 228-00-66, e-mail: 
|
