02
Optické přenosové systémy a optická přenosová média prošly od poloviny 70. let řadou kvalitativních etap. Kvalitativně posuzovat optické systémy a média lze např. z hlediska množství informace za sekundu a vzdálenosti, na kterou ji lze bez regenerace bezchybně přenést nebo z hlediska zvolených aplikací optoelektronických a optických jevů a zvolených technologií a konstrukcí. Na základě uvedeného lze jednotlivým vývojovým etapám přiřadit několik kvalitativně odlišných generací optických přenosových systémů.
První generace je charakterizována přenosovou kapacitou (přenosová rychlost v bitech za sekundu násobená délkou úseku bez regenerátorů v kilometrech) cca 10 Gbit × S-1 × km, nasazenými na optických kabelech s gradientními vlákny 50/125 μm (průměr jádra/pláště). Zdrojem optického záření byla dioda LED pracující v oblasti vlnových délek λ = 850 nm a λ = 1 300 nm. Problémem, omezujícím přenosovou kapacitu, byla značná vidová disperze signálu vlivem rozdílné délky trajektorií jednotlivých vidů (paprsků), a tím různých dob jejich šíření vláknem.
Pro druhou generaci systémů byla typická přenosová kapacita téměř 100 10 Gbit × S-1 × km. To bylo umožněno zlepšením technologie systémů dvěma směry. Za prvé byla gradientní optická vlákna nahrazena vlákny jednovidovými s průměrem vidového pole cca 7 až 11 μm (průměr pláště 125 μm), čímž bylo dosaženo, že světelná energie se šíří vláknem pouze osově jedním videm, a tudíž vidová disperze je nulová. Za druhé byly použity vysílače (laserové diody) a přijímače záření, které emitovaly a detekovaly optické záření o vlnové délce λ = 1 300 nm, které je v optickém vlákně z oxidu křemičitého podstatně méně zeslabováno než optické záření o vlnové délce λ = 850 nm.
Předpokladem k nasazení optických systémů třetí generace bylo zvládnutí technologie výroby optických jednovidových vláken s extrémní čistotou křemenného skla. Tím se značně zvýšila transparentnost vláken v celé oblasti vlnových délek od λ = 1 200 nm do 1 600 nm. Této výhody mohlo být využito vyvinutím zdokonalené technologie výroby čipů laserových diod pracujících jako velmi rychlé zdroje monochromatického záření na vlnových délkách λ = 1 300 nm, resp. λ = 1 550 nm. Zejména v oblasti vlnové délky λ =1 550 nm, kde je měrný útlum jednovidového křemenného vlákna minimální, lze uvažovat přenosovou kapacitu několik stovek 10 Gbit × S-1 × km.
Vychází z inovace přenosových systémů nasazených na kabelech s jednovidovými optickými vlákny. Místo systémů s intenzivní modulací signálů a jejich přímou detekcí, kdy detektory převádějí změny intenzity optického záření přímo na změny elektrického proudu, se používají systémy koherentní s přenosem signálů modulovaných kmitočtově, nebo fázově. Citlivost přijímačů koherentních systémů je cca o 10 až 20 dB vyšší než u přijímačů s přímou detekcí, což umožňuje výrazně zvětšit délku opakovacích úseků.
Pro druhou, třetí a čtvrtou generaci jsou charakteristickým prvkem elektronické opakovače, které je nutné vkládat do trasy pro překlenutí větších vzdáleností nebo zrychleni přenosu signálů.
Optické systémy páté generace jsou charakteristické použitím optických zesilovačů s vlákny dopovanými erbiem. Nejdůležitějšími komponenty optických zesilovačů jsou vedle erbiem dopovaných vláken laserové diody, které napájí zesilovač infračerveným zářením s vlnovou délkou λ = 1 480 nm nebo λ = 980 nm. Záření je absorbováno atomy erbia rozptýlenými ve vlákně, jejichž elektrony jsou vybuzeny do vyšších energetických hladin. Jestliže zeslabený optický signál vstoupí do vlákna dopovaného erbiem, excitované elektrony atomů erbia předají svou energii tomuto signálu procesem nazvaným stimulovaná emise. Díky tomuto mechanismu vlákno dopované erbiem regeneruje původní signál. Nejde tedy o opakovač, protože v něm se optické záření mění na elektrický proud, ten se zesílí a opět se mění na optické záření. Optická vlákna, dopovaná erbiem, zesilují optický signál bez jakékoliv jeho konverze. Přenosová kapacita se zvýšila (oproti čtvrté generaci) z jednotek na desítky Gbit × S-1 × km.