Zwielokrotnienie falowe WDM (Wave Division Multiplexing) umożliwia zwielokrotnienie przepływności światłowodu przez równoległą, równoczesną i niezależną transmisję wielu kanałów optycznych, czyli promieni laserowych o różnych długościach fali świetlnej (transmisja kolorowa) - prowadzonych w jednym włóknie światłowodowym. Zwyczajowo przyjmuje się, że sam sposób zwielokrotnienia oraz zwielokrotnienia do kilku lub kilkunastu fal optycznych w jednym oknie włókna światłowodowego oznacza się jako WDM, natomiast zwielokrotnienia o większej liczbie kanałów i większej gęstości (odstęp międzyfalowy 0,8 nm) określa się przez gęste DWDM (Dense WDM), a także jako ultragęste UWDM (Ultra WDM) przy odstępach międzykanałowych 0,4 nm (80 kanałów) lub mniejszych. Uzyskiwana w ten sposób łączna i jednokierunkowa przepływność w pojedynczym włóknie światłowodowym może znacznie przekraczać umowną wielkość 10 Gb/s, a już istniejące, kompletne rozwiązania komercyjne umożliwiają transmisję przez pojedyncze włókno światłowodu z szybkością 3,2 Tb/s w technologii UWDM. W warunkach laboratoryjnych uzyskuje się szybkości ponad 5 Tb/s i bada się przepływności sięgające 10 Tb/s przez jedno włókno (2001 r).
Optyczne systemy transmisyjne z pierwszej połowy lat 90 charakteryzowały się przepływnościami nie większymi niż 2,5 Gb/s w jednym włóknie światłowodowym i odległościami między kolejnymi układami regeneracji sygnału optycznego około 80-150 km. Pod koniec lat 90. (1997 r.) szybkość ta wzrosła do 10 Gb/s, ale obecnie uzyskuje się przepływności ok. 40 Gb/s na pojedynczej długości fali świetlnej - z zastosowaniem technologii zwielokrotnienia z podziałem czasu TDM (Time Division Multiplexing). Dalsze powiększanie szybkości w tej technologii przekazu przez łącza światłowodowe napotyka na bariery techniczne.
Potrzeba stosowania coraz wyższych szybkości transmisji nie tylko w łączach długodystansowych wymusiła opracowanie i stosowanie radykalnie innych technologii przekazu optycznego, bardziej wydajnych z punktu widzenia wykorzystania istniejących traktów i zasobów światłowodowych. Dzięki temu podnoszenie przepływności w ogólnie pojętych sieciach światłowodowych następuje szybciej niż samo zapotrzebowanie i podwaja się średnio częściej, niż co dwa lata, nie powodując globalnej blokady przepływu informacji na świecie.
Zasadniczy postęp w uzyskiwaniu większych szybkości transmisji w pojedynczym włóknie światłowodowym dokonał się dopiero niedawno przez sukcesywne wdrażanie technologii zwielokrotnienia falowego WDM (Wavelength Division Multiplexing) - jedynie przez zwiększenie liczby kanałów optycznych o różnej długości fali λ prowadzonych w pojedynczym włóknie optycznym. W pierwszych, najprostszych systemach zwielokrotnienia stosowano jedynie dwa kanały częstotliwościowe, lokowane oddzielnie w drugim i trzecim oknie transmisyjnym włókna światłowodowego. Obecnie są to już setki kanałów optycznych prowadzonych głównie w trzecim oknie optycznym pojedynczego włókna.
Dlaczego zwielokrotnienie DWDM?
W tradycyjnych sieciach optycznych SDH/SONET, które poprzedzały wdrożenie technologii wielofalowej DWDM (Dense WDM), stosowano prawie wyłącznie włókna wielomodowe działające w drugim oknie światłowodowym w paśmie 1310 nm, z przepływnością 2,5 Gb/s lub najwyżej 10 Gb/s (STM-64). W działaniu współczesnych aplikacji prędkości te są o wiele za małe do równoczesnego prowadzenia transmisji przez sieci szkieletowe użytkowane przez tysiące klientów i to nie tylko internetowych. Teraz w rdzeniu sieci globalnej potrzeba terabitowych (Tb/s) i petabitowych (Pb/s) szybkości do serwowania wideoprzekazów działających w czasie rzeczywistym, a czas wkrótce pokaże, czy i takie gigantyczne przepływności na długo wystarczą.
Rys.1 Zasady zwielokrotnienia
Zwiększenie przepływności toru przez powielenie falowe kanałów informacyjnych na bliskich, lecz różnych częstotliwościach pracy jest określane jako zwielokrotnienie falowe z podziałem długości fal WDM (Wavelength Division Multiplexing). Wymaga ono spójnego źródła światła z laserów jednoczęstotliwościowych o wąskiej charakterystyce widma i bardzo stabilnej częstotliwości pracy, jednomodowych światłowodów SMF (Single Mode Fiber) o odpowiednio ukształtowanej charakterystyce przenoszenia oraz elementów do przezroczystej multipleksacji i demultipleksacji fal optycznych o różnych długościach fal. Możliwa jest wtedy jednoczesna transmisja w jednym włóknie wielu fal optycznych o niewiele różniących się częstotliwościach, z których każda stanowi odrębny kanał transmisyjny o ustalonej maksymalnej szybkości transmisji, wynoszącej obecnie 2,5 Gb/s (STM-16), 10 Gb/s (STM-64) czy 40 Gb/s (STM-256). Sumaryczna przepływność takiego włókna ulega jednak zwielokrotnieniu tyle razy, ile jest optycznych fal nośnych prowadzonych w jednym włóknie światłowodu.
Rys.2 Wzrost przepływności we włóknie światłowodowym
Inaczej niż w tradycyjnych systemach optycznych SDH (1310 nm), wszystkie kanały transmisyjne DWDM muszą mieścić się wewnątrz pasma przenoszenia klasycznych wzmacniaczy optycznych EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier), czyli w paśmie o szerokości 35 nm (1530-1565 nm), a więc w trzecim oknie o obniżonej tłumienności włókna światłowodowego. Do uzyskania jedynie niewielkich krotności kanałów optycznych we włóknie - w stosunku do podstawowej szybkości przenoszenia - wystarczają zwykle już zainstalowane, standardowe jednomodowe włókna światłowodowe o przepływności 2,5 Gb/s, czyli spełniające zalecenia G.652. Taka operacja znakomicie zmniejsza łączny koszt transmisji zasobów informacyjnych przez długodystansową sieć optyczną, nie powodując jednocześnie podnoszenia szybkości transmisji i kłopotów z tym związanych. A przecież właśnie obniżenie kosztów transmisji, przy jednoczesnym podnoszeniu przepływności włókna, jest zasadniczym celem przyspieszonego wdrażania technologii optycznej DWDM.
Terabity w sieciach
Rys.3 Przykład aplikacji wzmacniacza optycznego EDFA
W ostatnich latach przepustowość optycznych systemów transmisyjnych podwajała się szybciej, niż przewidywało to prawo Moore'a obowiązujące w elektronice, a technologia DWDM w zasadniczy sposób przyczyniła się do przyspieszenia tego postępu w sieciach optycznych. Szybkość 5,12 Tb/s (Alcatel) w pojedynczym włóknie światłowodowym jest możliwa już dzisiaj. Uzyskanie w niedalekiej przyszłości transmisji o szybkości 10 Tb/s przez jedno włókno - co nie było do pomyślenia jeszcze parę lat temu - stanie się wkrótce podstawą do budowy traktów optycznych w sieciach szkieletowych o petabitowych przepływnościach. Są to już niewyobrażalnie duże szybkości transmisji, umożliwiające przekaz ponad 100 milionów zwykłych rozmów telefonicznych za pomocą jednego światłowodu lub jednoczesne przesyłanie 640 tysięcy szybkich linii internetowych ADSL - każda z szybkością do 8 Mb/s. Wyliczenie, ilu jednocześnie potrzeba rozmówców, aby w pełni wykorzystać możliwości jednego współczesnego optokabla telekomunikacyjnego składającego się z 400 włókien światłowodowych, pozostawiam czytelnikom.
Niekwestionowana potrzeba rozszerzania dotychczasowych przepływności sieci optycznych dokonuje się na kilka sposobów, ale właściwy efekt końcowy - czyli najwyższą pojemność sieci - uzyskuje się przez jednoczesną realizację trzech elementów: systemów gęstego zwielokrotnienia DWDM (UWDM) o podstawowej szybkości transmisji 40 Gb/s, techniki maksymalnego wykorzystania istniejącej szerokości pasma optycznego (wzmacniacze optyczne EDFA, przełączniki i komutatory optyczne) oraz nowych firmowych włókien światłowodowych o specjalnej konstrukcji, przystosowanych do wysokich przepływności.
Mieszanie czterofalowe FWM (Four Wave Mixing) jest jednym z bardziej niepożądanych zjawisk nieliniowych towarzyszących transmisji optycznej WDM w światłowodzie. Polega na nakładaniu się dwóch lub więcej faz sygnałów optycznych o zbliżonych długościach fali, w wyniku czego powstają nowe fale o równie bliskich, lecz różnych częstotliwościach (dwóch nowych częstotliwości 2f1-f2 oraz 2f2-f1 - dla dwu fal pierwotnych, dziewięciu nowych dla trzech fal pierwotnych itd.). Generowane fale rozchodzą się w tym samym kierunku, co fale podstawowe, a ich moc rośnie kosztem fal podstawowych.
Rodzaje włókien
Do uzyskania w długodystansowych traktach optycznych przepływności binarnej o dużej krotności w stosunku do podstawowej szybkości transmisji we włóknie (np. 320×2,5 Gb/s, 160×10 Gb/s czy 80×40 Gb/s lub wyższych) niezbędne są już instalacje najnowszych typów światłowodów oraz całych platform optycznych specjalnie ukierunkowanych technologicznie na uzyskanie odpowiedniej dyspersji, nieliniowości czy tłumienności w poszczególnych oknach transmisyjnych włókna światłowodowego. Zwykle prowadzi to niestety do istotnego podwyższenia również kosztów całego systemu, co jest w tej chwili do zaakceptowania w aplikacjach rzeczywiście długodystansowych (powyżej 100 km), gdzie znaczącą pozycję w kosztach przekazu odgrywają łącza dalekosiężne. Na krótkich dystansach (poniżej 100 km), a także w sieciach kampusowych MAN/LAN oraz lokalnych - gdzie odległości liczone są najwyżej w dziesiątkach kilometrów - koszty są niższe, gdyż w zasadzie nie ma potrzeby regenerowania i wzmacniania sygnałów optycznych. W praktyce zależy to jednak od jakości i typu włókna, a zwłaszcza od odpowiedniej modyfikacji parametru dyspersji włókna - jednego z najbardziej istotnych czynników wpływających na transmisje wielofalowe w torach długich.
Rys.4 Ulepszenie włókien światłowodowych
Do najbardziej znanych i powszechnie już stosowanych w zwielokrotnieniu WDM (DWDM, UWDM) włókien światłowodowych, które doczekały się standaryzacji, należą następujące typy włókien jednomodowych (włókna wielomodowe są nieprzydatne w technologiach zwielokrotnienia WDM):
· standardowe włókna jednomodowe SMF (Single Mode Fiber) zgodne z zaleceniami ITU-T G.652: ze skokowym współczynnikiem załamania światła, z zerem dyspersji w II oknie optycznym, wysoką dyspersją w III oknie (wynoszącą średnio około 17 ps/nm*km) oraz niską tłumiennością i niewielką podatnością na powstawanie efektów nieliniowych w III oknie optycznym 1550 nm. Jest więc ono dobrze dostosowane do transmisji jednokanałowych w drugim oknie, a także wyjątkowo dobrze zachowujące się w przekazach wielofalowych DWDM na niewielkich dystansach;
· włókna jednomodowe z przesuniętą dyspersją DS-SMF (Dispersion Shifted-Single Mode Fiber), o cechach określonych według zaleceń G.653: z profilowanym współczynnikiem załamania światła, silnie ujemną dyspersją w II oknie (poniżej 20 ps/nm*km) i zerową dyspersją dla fali 1550 nm w III oknie. Istotną wadą tego włókna w aplikacjach wielofalowych jest zbyt niska dyspersja (praktycznie zerowa), będąca główną przyczyną powstawania przesłuchów międzykanałowych na skutek zjawiska mieszania czterofalowego FWM (Four Wave Mixing). Cechy te wybitnie predysponują stosowanie włókna DS-SMF do jednokanałowych transmisji długodystansowych w trzecim oknie optycznym, przy jego stosunkowo niewielkiej przydatności do transmisji wielofalowych w trzecim oknie;
· włókna jednomodowe z niezerową przesuniętą dyspersją NZDS-SMF (Non Zero Dispersion Shifted-Single Mode Fiber), określane zaleceniami G.655. Ich cechą charakterystyczną jest mała, lecz niezerowa (dodatnia lub ujemna) dyspersja w całym zakresie przenoszenia wzmacniaczy optycznych EDFA (1530-1565 nm), ograniczająca efekty nieliniowe włókna - a zwłaszcza mieszania czterofalowego FWM (Four Wave Mixing) i modulacji skrośnej CPM (Cross Phase Modulation).
Rys.5 Wpływ skrośnej modulacji fazy CPM na kanały optyczne
Równie niepożądane jak mieszanie FWM nieliniowe zjawiskoskrosnej modulacji fazy CPM (Cross Phase Modulation) pojawia się we włóknie światłowodowym podczas jednoczesnej transmisji więcej niż jednego kanału optycznego (technologie WDM) przez wspólne włókno optyczne. W wyniku wzajemnej modulacji kanałów o wysokim natężeniu impulsów świetlnych skrośna modulacja wywołuje wzajemny przenik sygnałów miedzy dwoma (także wieloma) kanałami optycznymi. Ochrona przed powstawaniem szkodliwego zjawiska CPM w III oknie światłowodowym jest stosowanie włókna o niewielkiej (niezerowej) dyspersji - dodatniej bądź ujemnej - w całym paśmie przenoszenia wzmacniaczy optycznych EDFA, a wiec w paśmie 1530-1565 nm, czyli o szerokości około 4,6 THz.
Włókna światłowodowe NZDS-SMF z niezerową przesuniętą dyspersją, stanowiące najlepsze medium transmisji wielofalowych DWDM w III oknie światłowodowym, nadal podlegają różnorodnym modyfikacjom technologicznym - usprawniającym proces przenoszenia sygnałów optycznych. Usprawnienia te, prowadzone indywidualnie od lat przez kilka wielkich koncernów telekomunikacyjnych zajmujących się przekazami optycznymi i wytwarzaniem włókien światłowodowych, doprowadziły do powstania wielu typów światłowodów o odmiennych cechach charakterystycznych. Również uzyskiwane za ich pomocą minimalne odstępy między sąsiednimi kanałami optycznymi DWDM (UWDM) ulegają ciągłemu zagęszczeniu w miarę postępów w technologiach optycznych (lasery i detektory fal optycznych) i osiągają obecnie wielkość znacznie poniżej 0,1 nm długości fali λ.
Światłowody długodystansowe
Rys.6 Tłumienność włókna wielofalowego
Istotnym etapem wytwarzania światłowodów jest opanowanie umiejętności pożądanego profilowania w procesie produkcyjnym charakterystycznych parametrów włókna jednomodowego, takich jak: tłumienność, nieliniowość, dyspersja, współczynnik załamania światła w płaszczu i rdzeniu oraz domieszkowanie rdzenia atomami pierwiastków rzadkich. Pierwsze włókna NZDS-SMF z niezerową i przesuniętą dyspersją zaczęła wytwarzać (1994 r.) firma Lucent Technologies, początkowo jako włókno TrueWave, a następnie kilka jego wersji do rozmaitych aplikacji i korekt światłowodowych linii transmisyjnych pod firmowymi oznaczeniami: TrueWave+, TrueWave- oraz TrueWave RS. Na przykład przez naprzemienne łączenie włókien TrueWave+ (z dyspersją dodatnią) i TrueWave- (dyspersja ujemna) można dokładnie równoważyć sumaryczną dyspersję włókna światłowodowego w pojedynczym kanale optycznym, uzyskując bez regeneracji transmisję na odległość do około 1000 km (przy szybkościach 2,5 Gb/s) lub do 300 km (z podstawową szybkością 10 Gb/s).
Najnowszą ofertą szerokopasmowego włókna wielofalowego klasy SMF, uzyskanego w Laboratoriach Bella (Lucent), jest światłowód AllWave, udostępniający na potrzeby transmisji wszystkie cztery okna transmisyjne (II, III, IV i V okno). Transmisja w piątym oknie optycznym nie była dotąd dostępna w tradycyjnych światłowodach, ze względu na występującą w tym paśmie wysoką tłumienność jednostkową spowodowaną absorpcją na jonach OH- (rys. 4 i 6).
Inną wersją standardowego włókna z niezerową dyspersją NZDS-SMF jest światłowód jednomodowy o zwiększonej powierzchni efektywnej klasy LEAF (Large Effective Area Fiber), produkowany od 1998 r. przez znaną amerykańską firmę Corning. Za pomocą włókna LEAF, którego cechą charakterystyczną jest właśnie duża powierzchnia efektywna, obniżająca nieliniowość włókna, uzyskuje się lepszy od standardowych rozwiązań odstęp sygnału od szumów, co pozwala zwiększyć odległość między sąsiednimi wzmacniaczami EDFA do ponad 100 km.
Nowatorską konstrukcję włókna NZDS-SMF także o dużej powierzchni efektywnej przedstawiła niedawno firma Alcatel - wprowadzając do eksploatacji w ubiegłym roku TeraLight, specjalne włókno o poszerzonym paśmie transmisyjnym w trzecim oknie. Ten rodzaj włókna, z zerową dyspersją dla fali 1440 nm i niewielkim nachyleniem dyspersji dodatniej w całym paśmie przenoszenia wzmacniaczy EDFA, szczególnie nadaje się do realizacji dalekosiężnych łączy optycznych z wieloma kanałami optycznymi (UWDM).
Trzeba jednak wyraźnie zaznaczyć, że instalacja nawet najlepszych włókien optycznych, przygotowanych do transmisji wielofalowych DWDM, nie jest wystarczającym warunkiem do uzyskania terabitowych przepływności w sieciach optycznych. Do świadczenia tak dużych przepływności w sieciach rozległych potrzebne są jeszcze właściwe platformy i przełączniki optyczne.
Optyczne platformy firmowe
Upraszczając znacznie problem można powiedzieć, że przez wprowadzenie techniki wielofalowej DWDM uzyskuje się inną jakość w zakresie możliwości tworzenia globalnej przepływności sieci optycznej - i to wykorzystując zarówno stare, już poprowadzone standardowe kable jednomodowe SMF, jak też instalując nowoczesne włókna NZDS-SMF z niezerowa dyspersją, o znacznie większych możliwościach transmisyjnych. Istotną rolę w tworzeniu takich szybkich sieci optycznych odgrywają jednak kompletne platformy obejmujące nie tylko światłowody, lasery i modulatory, ale również wzmacniacze optyczne, urządzenia zwielokrotniające DWDM, przełączniki i terakomutatory informacji.
Prekursorem w oferowaniu gotowych platform optycznych była Lucent Technologies z pierwszym swoim wielofalowym rozwiązaniem optycznym WaveStar OLS 80G, o przepływności "tylko" 80 Gb/s (16 kanałów optycznych DWDM o szybkości 5 Gb/s każdy). To unikatowe rozwiązanie optyczne szybko zostało zastąpione firmową platformą optyczną WaveStar OLS 400G, o łącznej przepływności 400 Gb/s (640 Gb/s), działającą z szybkościami 2,5 Gb/s lub 10 Gb/s w pojedynczym kanale optycznym. Stała się też ona podstawą wielu współcześnie realizowanych projektów globalnych, m.in. ogólnoświatowej sieci optycznej OXYGEN, łączącej (zakończenie w 2002 r.) wszystkie kontynenty. Najszybszą wersją kompletnego łącza optycznego firmy Lucent Technologies jest kolejne rozwiązanie WaveStar OLS 800G, osiągające przepływność 400 Gb/s lub 800 Gb/s, za pomocą 320 kanałów optycznych UWDM (320×2,5 Gb/s lub 80×10 Gb/s), które ma znaleźć się w sprzedaży w pierwszym kwartale przyszłego roku. Możliwość multipleksacji światła w kablu z ośmioma włóknami daje łączną przepływność traktu światłowodowego do 3,2 Tb/s - przeznaczonego do budowy optycznych sieci szkieletowych Internetu. W badaniach laboratoryjnych Bella znajduje się natomiast platforma transmisyjna o przepływności 1,2 Tb/s w jednym włóknie, zaliczana do najszybszych naziemnych optycznych połączeń kablowych. Wszystkie te rozwiązania rozszerzają optyczne systemy łączności Lucenta, tworząc nową linię produktów rodziny WaveStar 10G z podstawową szybkością 10 Gb/s.
Prawdopodobnie największe osiągnięcia w tworzeniu terabitowych platform optycznych w technologii DWDM ma Alcatel, który we wrześniu tego roku pokonał magiczną barierę 5 Tb/s, uzyskując w jednym włóknie światłowodowym przepływność 5,12 Tb/s. Wynik ten firmie udało się uzyskać za pomocą firmowego włókna TeraLight, w którym na odcinku 300 km poprowadzono 128 kanałów optycznych - każdy o szybkości 40 Gb/s. Osiągnięcie to stanowi najnowsze uzupełnienie terabitowej platformy optycznej Alcatela Optinex 1640, wykonanej w technologii DWDM. Platforma ta, uzupełniona o produkty optyczne amerykańskich firm sieciowych przejętych przez Alcatela (Newbridge, Xylan, Assured Access), staje się podstawą tworzenia terabitowych sieci przyszłości. Cała seria urządzeń optycznych Optinex umożliwia tworzenie platform komunikacyjnych dostarczających różnorodne usługi - od platformy IP, poprzez sieci oparte na standardzie Frame Relay i prywatnych sieciach wirtualnych (Optinex 1355 VPN), po usługi w standardzie ATM. Według zapowiedzi firmy pokonanie następnej bariery, wynoszącej 10 Tb/s, przez jedno włókno światłowodowe nastąpi wkrótce.
Platforma Optinex 1670 (Alcatel)
Współczesną platformę optyczną DWDM oferuje także koncern Siemens pod postacią światłowodowego systemu Infinity MTS - przeznaczonego przede wszystkim do budowy gigabitowych sieci szkieletowych. Za pomocą tego systemu, w pełni zintegrowanego z innymi urządzeniami rodziny TransXpress, możliwe są transmisje bez regeneracji sygnału w zasięgu do 600 km, o przepływności sięgającej 3,2 Tb/s (80x40 Gb/s, 160x10 Gb/s) w jednym włóknie optycznym. Do wzajemnego łączenia gigabitowych platform transportowych firma proponuje rozbudowany system Unisphere Solutions, umożliwiający kompletowanie sieci nowej generacji z równoczesną integracją transmisji głosu i danych. Oferta ta jest skierowana głównie do usługodawców, stacjonarnych operatorów telekomunikacyjnych, dostawców internetowych i operatorów sieci nowej generacji, którzy zamierzają dostarczać szybki dostęp do Internetu oraz całą gamę usług opartych na protokole IP.
Cisco Systems zaczęła niedawno udostępniać programy zarządzające działaniem platform optycznych. Wprowadzone w tym roku dwie aplikacje Cisco, GSR Manager i Transport Manager, stanowiące część otwartego internetowego rozwiązania Internet OSS (Operations System Support), są przeznaczone do administrowania sieciami optycznymi opracowanymi zarówno przez Cisco, jak i jej partnerów.
Multiplekser SmartPhotonix (Marconi)
Firma Marconi, po niedawnym wykupieniu znanej amerykańskiej firmy FORE, wzmocniła własną ofertę platformy optycznej SmartPhotoniX, zrealizowanej w technologii wielofalowej DWDM - z przeznaczeniem do tworzenia zarówno optycznych sieci metropolitalnych, jak i gigabitowych łączy długodystansowych PDH i SDH/SONET na odległość do 700 km. Liczna rodzina produktów optycznych SmartPhotoniX obejmuje komplet światłowodowych urządzeń transmisyjnych o maksymalnej przepływności do 640 Gb/s lub 800 Gb/s (w zakresie przepływności od 16x2,5 Gb/s do 80x10 Gb/s). Są one tworzone z wykorzystaniem optycznych zakończeń światłowodowych klasy PLT (PLT16, PLT32, PLT40, PLT80), szeregu wzmacniaczy optycznych PLA (PLA16, PLA32, PLA40, PLA80) o różnych przepływnościach oraz dwóch typów multiplekserów dostępowych klasy ADM o nazwach PLD (PLD16, PLD32, PLD40, PLD80) i PMA32, przeznaczonych do budowy pierścieni optycznych ze zwielokrotnieniem od WDM8 do DWDM80. Uzupełnieniem kompletnej platformy optycznej są całkowicie przezroczyste przełączniki światła PXC operujące na 32-256 długościach fal, wykonane w technologii 3D MEMS. Najnowsze firmowe rozwiązania optyczne zakładają wykorzystanie pełnego pasma wzmacniaczy EDFA wraz z pasmem L-band (1575-1610 nm), co wkrótce umożliwi posadowienie 160 kanałów optycznych w jednym włóknie światłowodowym z łączną przepływnością 1,6 Tb/s.
Dla transmisji długodystansowych (do 3000 km) firma oferuje 128-kanałowy system transmisyjny DWDM z kanałami optycznymi o szybkości 10 Gb/s lub 40 Gb/s, prowadzonymi za pośrednictwem jednomodowego włókna światłowodowego klasy NZDSF.
Przezroczyste przełączanie światła
Ukoronowaniem kompleksowej oferty terabitowych sieci optycznych jest równoczesna implementacja w nich całkowicie przezroczystych przełączników światła, spełniających funkcję dotychczasowych węzłów komutujących OXC (Optical Cross Connect). Obecnie są już dostępne w wersji produkcyjnej (i nadal rozwijane) dwa konkurencyjne rozwiązania o całkowicie odmiennej technologii bezpośredniego krosowania wiązek fotonów: przełączniki optyczne wykonane w mikroelektromechanicznej technologii MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) i ciekłokrystaliczne przełączniki optyczne.
Matryca mikroluster w WaveStar LambdaRouter (Lucent Technologies)
W przełącznikach typu MEMS przełączanie strumieni świetlnych dokonuje się za pomocą dwóch współzależnych płaskich i dwuwymiarowych (2D MEMS) matryc mechanicznych z uchylnymi miniaturowymi zwierciadłami o średnicy około 0,5 mm. Są one osadzone na elastycznych wiązadłach półprzewodnikowych - pełniących rolę sprężynek z elektrostatycznym sterowaniem. W najnowszych rozwiązaniach używa się komponentów ruchomych przemieszczających się w trzech płaszczyznach (3D MEMS), co umożliwia realizację większej liczby połączeń w tej samej objętości przełącznika optycznego, o kosztach podobnych jak w technologii 2D.
Lucent Technologies jako pierwsza (1999 r.) zaoferowała przemysłową wersję całkowicie optycznego przełącznika WaveStar LambdaRouter, eliminującego stosowanie elektronicznych przełączników promieni świetlnych. Jeden przełącznik LambdaRouter Lucenta z matrycą przełączającą 16x16 umożliwia dowolne komutowanie 256 oddzielnych wiązek optycznych (w przyszłym roku już 1024 strumienie) - praktycznie bez ograniczania ich przepływności binarnej. Zbliżoną ofertą dwóch typów przełączników optycznych wykonanych w technologii mikroelektromechanicznej MEMS, dysponuje również amerykańska firma światłowodowa Corning, a także Alcatel, który wspólnie z firmą OMM zaprezentował w sierpniu br. szerokopasmowy przełącznik optyczny MEMS nowej generacji o nazwie CrossLight. Za jego pośrednictwem już teraz można bezpośrednio komutować światło w 512 portach optycznych (wkrótce 4000 portów) zrealizowanych w technologii 2D/3D MEMS.
Rys.7 Zasada działania przełącznika optycznego MEMS
Zasada działania przełącznika optycznego WaveStar LambdaRouter (klasy MEMS) Lucent Technologies polega na odbijaniu wiązki promieni świetlnych za pomocą dwóch zespołów z miniaturowymi ruchomymi lustrami umieszczonymi w matrycy 16x16 (łącznie 256 promieni) lub w matrycy 32x32 (1024 promienie). Sterowane lustra uchylne są elastycznie wytrawione na powierzchni półprzewodnika (około 1 cal2), a ich płaszczyzna nachylenia jest sterowana polem elektrostatycznym. Dzięki temu wiązki promieni świetlnych mogą być dowolnie krosowane, bez czasochłonnej konwersji elektrycznej i ograniczania przepływności przełączanych strumieni binarnych.
Rozwiązaniem konkurencyjnym i odmiennym od lustrzanej technologii MEMS są ciekłokrystaliczne przełączniki światła, w których podstawowym budulcem jest specjalny blok pęcherzykowy (bubble technology) do komutowania 32 promieni świetlnych, znajdujące się dopiero w fazie badań podstawowych. W tym rozwiązaniu wewnątrz układu wypełnionego specjalnym płynem znajduje się matryca mikroskopijnych kanałów optycznych prowadzących promienie świetlne. Półpłynną ciecz znajdującą się na skrzyżowaniu promieni świetlnych można wielokrotnie podgrzewać za pomocą specjalnych dysz pęcherzykowych, dzięki czemu uzyskuje się lokalną zmianę mikrostruktury powodującej efekt zwierciadła optycznego (bąble), kierującego strumień świetlny do właściwego portu odbiorczego.
Zachęcające wyniki w tej technologii (z bąbelkowym przełączaniem) dla małej liczby kanałów optycznych, uzyskiwane przez Alcatel, nie dają jeszcze jednoznacznej odpowiedzi, czy ta nowa technologia przełączania będzie odpowiednia również dla przełączników o dużej liczbie portów optycznych z wysokimi przepływnościami.
Rys.8 Realizacja szkieletowej sieci optycznej
...
Borysek12