Archive

Емкость оптических систем связи возросла более чем в 100 000 раз за 40 лет своего существования. К настоящему времени емкость коммерческих систем достигла примерно 10 Тбит/с по одному волокну (~100 DWDM-каналов со скоростью 100 Гбит/с в каждом). Основные причины роста трафика – экономическая доступность персональных электронных устройств с камерами и экранами высокого разрешения, развитие сетей широкополосного доступа и подключение к ним все большего количества абонентов, индивидуализация видеоконтента, развитие дата-центров и «интернета вещей». Скоростные сети связи являются технической основой для социальных сетей, которые трансформируют общество, и уже превратились в мощные инструменты связи и пропаганды. Меняется структура самих телекоммуникационных сетей связи (от жесткой иерархии ко все более широкому развитию «горизонтальных» связей), растет скорость клиентских портов (впервые в истории она сравнялась с емкостью магистральных оптических каналов и вскоре, вероятно, превысит ее). Быстрый рост трафика продолжается, что требует разработки когерентных систем с канальной скоростью 400G и 1T, включая технологию суперканалов на нескольких поднесущих, а также активизирует исследования многомодовых и многосердцевинных волкон.

Ключевые слова: DWDM, история, волоконно-оптическая сеть связи, трансформация общества, гаджет, визуальный образ, видеоконтент, «интернет вещей», дата-центр, рост трафи ка, когерентная система, суперканал.

В.А. Конышев
Кандидат физико-математических наук, ведущий инженер ООО «Т8», научный сотрудник Института истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова РАН, г. Москва, Россия, e-mail: konyshev@t8.ru.

А.В. Леонов
Кандидат физико-математических наук, зам. начальника научно-исследовательского отдела ООО «Т8», г. Москва, Россия, e-mail: leonov.av@ t8.ru.

О.Е. Наний
Доктор физико-математических наук, начальник научно-исследовательского отдела ООО «Т8», профессор Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия, e-mail: naniy@t8.ru.

В.Н. Трещиков
Кандидат физико-математических наук, генеральный директор ООО «Т8», г. Москва, Россия, e-mail: info@t8.ru.

Р.Р. Убайдуллаев
Ведущий инженер-исследователь ООО «Т8», г. Москва, Россия, e-mail: rru@t8.ru.

1. Ларин Ю.Т., Мещанов Г.И. Состояние производства оптических кабелей в России и странах СНГ в условиях мировых и локальных кризисных явлений // Фотон-Экспресс. – 2015. – № 6(126). – С. 25.

2. Essiambre R.-J., Tkach R.W. Capacity Trends and Limits of Optical Communication Networks // Proc. of the IEEE. – 2012. – Vol. 100, no. 5, pp. 1035–1055.

3. Govind P. Agrawal. Lightwave Technology: Telecommunication Systems. – Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. – 2005. – P. 17.

4. Дианов Е.М., Курков А.С. Волоконная оптика // Физика. – 2006. – № 23.

5. Tkach R.W. Scaling Optical Communications for the Next Decade and Beyond // Bell Labs Technical Journal. – 2010. – Vol. 14, no. 4. – P. 3–9.

6. Рекордная производительность систем 100G как маркер перехода к эволюционному развитию волоконно-оптических систем связи / В.А. Конышев, А.В. Леонов, О.Е. Наний, В.Н. Трещиков, Р.Р. Убайдуллаев // Первая Миля. – 2015. – № 6. – С. 40–43.

7. Леонов А.В., Слепцов М.А., Трещиков В.Н. Развитие скоростных DWDM-систем по нескольким поднесущим // Первая Миля. – 2016. – № 2.

8. ATLAS Internet Observatory Annual Report / C. Labovitz [et al.]. – 2009. – URL: https://www.nanog.org/meetings/nanog47/presentations/Monday/Labovitz_ObserveReport_N47_Mon.pdf.                                                                                                                                                                                  

9. Toward Transparent Optical Networking in Exascale Computers/S. Rumley [et al.] // ECOC. – 2015.

10. Xia T.J., Wellbrock G.A. Commercial 100-Gbit/s Coherent Transmission Systems in in Optical Fiber Telecommunications VI B: Systems and Networks. Elsevier Inc. – 2013.

11. New Trends and Challenges in Optical Digital Transmission Systems/ C. Schubert [et al.] // ECOC. – 2012. – We.1.C.1.

В работе показано, что, в отличие от гетерогенных многосердцевинных световодов круглого поперечного сечения, световоды с прямоугольным поперечным сечением и сердцевинами, расположенными в один ряд, обладают устойчивостью к возрастанию перекрестных оптических помех при изгибе.

Ключевые слова: многосердцевинное оптическое волокно, перекрестные помехи.

О.Н. Егорова
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Научного центра волоконной оптики РАН, г. Москва, Россия, e-mail: egorova@fo.gpi.ru.

М.С. Астапович
Младший научный сотрудник Научного центра волоконной оптики РАН, г. Москва, Россия.

С.Л. Семенов
Доктор физико-математических наук, временно исполняющий обязанности директора Научного центра волоконной оптики РАН, г. Москва, Россия, e-mail: sls@fo.gpi.ru.

М.Ю. Салганский
Кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН, г. Нижний Новгород, Россия, e-mail: misalgan@yandex.ru.

1. Design and fabrication of ultra-low crosstalk and low-loss multicore fiber / T. Hayashi [et al.] // Opt. Express. – 2011. – Vol. 19. – P. 16576–16592.

2. Design and analysis of large-effective-area heterogeneous trenchassisted multi-core fiber / J. Tu [et al.] // Opt. Express. – 2012. – Vol. 20, no. 14. – P. 15157–15170.                                                                                                                                                                                                             

3. 1.01-Pb/s (12 SDM/222 WDM/456 Gb/s) crosstalk-managed transmission with 91.4-b/s/Hz aggregate spectral efficiency / H. Takara [et al.] // Proc. European Conference of Optical Communications. – 2012. – P Th.3.C.1.

4. 2.15 Pb/s Transmission Using a 22 Core Homogeneous Single- Mode Multi-Core Fiber and Wideband Optical Comb / B.J. Puttnam, R.S. Luis, W. Klaus, J. Sakaguchi, J.-M.D. Mendinueta, Y. Awaji, N. Wada, Y. Tamura, T. Hayashi, M. Hirano, J. Marciante // ECOC’2015. – PDP 3.1.

5. Multichannel Transmission of a Multicore Fiber Coupled with Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers / B. Rosinski [et al.] // J. Lightwave Technol. – 1999. – Vol. 17, no. 5. – P. 807–810.

6. Seven-core multicore fiber transmissions for passive optical network / B. Zhu, T.F. Taunay, M.F. Yan, J.M. Fini, M. Fishteyn, E.M. Monberg, F.V. Dimarcello // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, no. 11. – P. 11117–11122.

7. Berthold J. Optical Networking for Data Centers Across Wide Area Networks // Proc. Optical Fiber Communication Conference. – 2012. – P. OW1J.1.

8. François V., Laramée F. Multicore Fiber Optimization for Application to Chip-to-Chip Optical Interconnects // J. Lightwave Technol. – 2013. – Vol. 31. – P. 4022–4028.

9. Gasulla I., Capmany J. Microwave Photonics Applications of Multicore Fibers // IEEE Photonics Journal. – 2012. – Vol. 4, no. 3. – P. 877–888.

10. Garcia S., Gasulla I. Multi-cavity optoelectronic oscillators using multicore fibers // Optics Express. – 2015. – Vol .23, no. 3. – P. 2403–2415.

11. LeNoanne. US Patent 5519810 (1996).

12. Multicore fiber with rectangular cross-section / O.N. Egorova, S.L. Semjonov, A.K. Senatorov, M.Y. Salganskii, A.V. Koklyushkin, V.N. Nazarov, A.E. Korolev, D.V. Kuksenkov, M.-J. Li, E.M. Dianov // Optics Letters. – 2014. – Vol. 39, no. 7. – P. 2168–2170.

13. Crosstalk Variation of Multi-Core Fibre due to Fibre Bend / T. Hayashi, T. Nagashima, O. Shimakawa, T. Sasaki, E. Sasaoka // Proc.European Conference of Optical Communications. – 2010. – P. We.8.F.6.

Разработан полностью волоконный одночастотный иттербиевый лазер с самосканированием частоты в области 1058–1076 нм и выходной мощностью более 50 мВт с возможностью управления областью сканирования с помощью температуры активного волокна. На основе лазера реализован прототип устройства опроса волоконных сенсоров, который был успешно апробирован на линии, состоящей из 6 ВБР-датчиков. Точность определения длины волны отражения датчиков оценена как ~2 пм. Рассмотрены различные варианты улучшения характеристик устройства.

Ключевые слова: волоконный лазер, устройство опроса, брэгговская решетка, сканирование частоты.

И.А. Лобач
Кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Лаборатории волоконной оптики Института автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск, Россия; заведующий Лабораторией фотоники Пермского научного центра Уральского отделения РАН, г. Пермь, Россия, e-mail: ivan.lobach@gmail.com.

А.Ю. Ткаченко
Магистрант Новосибирского государственного технического университета, г. Новосибирск; инженер Лаборатории волоконной оптики Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН г. Новосибирск, Россия, e-mail: alinka.tkacenko@yandex.ru.

1. Возможности, задачи и перспективы волокнно-оптических измерительных систем в современном приборостроении / В.Б. Гармаш, Ф.А. Егоров, Л.Н. Коломиец, А.П. Неугодников, В.И. Поспелов // Фотон-Экспресс. – 2005. – № 6. – С. 128–140.

2. Kashyap R. Fiber Bragg Gratings // Academic Press, 1999.

3. Сенсорная система на основе волоконно-оптических брэгговских решеток / C.А. Бабин, А.А. Власов, С.И. Каблуков, И.С. Шелемба // Вестник НГУ. Серия Физика. – 2007. – № 3. – С. 54–57.

4. Dawson J.W., Park N., Vahala K.J. Co-lasing in an electrically tunable erbium-doped fiber laser // Appl. Phys. Lett. – 1992. – № 60. – Р. 3090–3092.                                                                                                                                                                                                                                    

5. Dynamic sensor interrogation using wavelength-swept laser with a polygon-scanner-based wavelength filter / Y.S. Kwon, M.O. Ko, M.S. Jung, I.G. Park, N. Kim, S.-P. Han, H.-C. Ryu, K.H. Park, M.Y. Jeon // Sensors. – 2013. – № 13. – Р. 9669–9678.

6. Babin S.A., Kablukov S.I., Vlasov A.A. Tunable fiber Bragg gratings for application in tunable fiber lasers // Laser Physics. – 2007. – № 17. – Р. 1323–1326

7. Yamashita S., Takubo Y. Wide and fast wavelength-swept fiber lasers based on dispersion tuning and their application to optical coherence tomography // Photonic Sensors. – 2013. – № 3. – p. 320–331.

8. Characterization of FBG sensor interrogation based on a FDML wavelength swept laser / E.J. Jung, C.-S. Kim, M.Y. Jeong, M.K. Kim, M.Y. Jeon, W. Jung, Z. Chen // Opt. Express. – 2008. – № 16. – Р. 16552– 16560.

9. Hughes T.P., Young K.M. Mode sequences in ruby laser emission // Nature. – 1962. – № 196. – Р. 332–334.

10. Kir’yanov A.V., Il’ichev N.N. Self-induced laser line sweeping in an ytterbium fiber laser with nonresonant Fabry–Perot cavity // Laser Phys. Lett. – 2011. – № 8. – Р. 305–312.

11. Broad-range self-sweeping of a narrow-line self-pulsing Yb-doped fiber laser / I.A. Lobach, S.A. Babin, S.I. Kablukov, E.V. Podivilov // Opt. Express. – 2011. – № 19. – Р. 17632–17640.

12. Self-scanned single-frequency operation of a fiber laser driven by a self-induced phase grating / I.A. Lobach, S.I. Kablukov, E.V. Podivilov, S.A. Babin // Laser Phys. Lett. – 2014. – № 11. – p. 045103.

13. Single-frequency Bismuth-doped fiber laser with quasicontinuous self-sweeping / I.A. Lobach, S.I. Kablukov, M.A. Melkumov, V.F. Khopin, S.A. Babin, E.M. Dianov // Opt. Express. – 2015. – № 23. – Р. 24833–24842.

14. Self-induced laser line sweeping in tunable erbium-doped fiber laser / P. Honzátko, P. Vojtíšek, P. Navrátil, P. Peterka // Proc. 5th EPSQEOD Europhoton conf., WeP. 28. – Stockholm, Sweden, 2012.

15. Tm-Ho co-doped all-fiber brand-range self-sweeping laser around 1,9 um / X. Wang, P. Zhou, X. Wang, H. Xiao, L. Si // Opt. Express. – 2013. – № 21. – Р. 16290–16295.

16. Lobach I.A., Kablukov S.I. Application of a self-sweeping Yb-doped fiber laser for high-resolution characterization of phase-shifted FBGs // J. Lightwave Technol. – 2013. – № 31. – Р. 2982–2987.

17. Lobach I.A., Tkachenko A.Yu., Kablukov S.I. Optimization and control of sweeping range in Yb-doped self-sweeping fiber laser // Laser Phys. Lett. – 2016. (Принято к печати.)

18. Fourier synthesis with single-mode pulses from a multimode laser / I.A. Lobach, S.I. Kablukov, E.V. Podivilov, A.A. Fotiadi, S.A. Babin // Opt. Lett. – 2015. – № 40. – p. 3671–3674.

Исследована устойчивость неизотермического процесса вытяжки полого кварцевого волокна, для описания которого построена математическая модель, представляющая собой систему нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных. Анализ стабильности проводился путем оценивания собственных чисел дифференциального оператора задачи. Показано, что имеется существенная зависимость стабильности процесса вытяжки кварцевых трубчатых волокон от температурных и геометрических характеристик печи. Более того, определены оптимальные параметры нагревательного элемента, такие как температура и ширина ядра, при которых значительно увеличивается устойчивость рассматриваемого процесса.

Ключевые слова: вытяжка оптических волокон, устойчивость, кратность вытяжки, полое волокно.

В.П. Первадчук
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной математики Пермского национального исследовательского политехнического университета, г. Пермь, Россия, e-mail: pervadchuk@mail.ru.

Д.Б. Владимирова
Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной математики Пермского национального исследовательского политехнического университета, г. Пермь, Россия, e-mail:shumkova_darya@mail.ru.

А.Л. Деревянкина
Аспирант, ассистент кафедры прикладной математики Пермского национального исследовательского политехнического университета, г. Пермь, Россия, e-mail: anechka-d11@mail.ru.

1. Владимирова Д.Б., Деревянкина А.Л., Женетль А.Р. Анализ влияния температуры нагревательного элемента на стабильность вытяжки кварцевых волокон // Наука и бизнес: пути развития. – 2014. – № 8(38). – С. 81–85.

2. Ярин А.Л. О возникновении автоколебаний при формировании волокна // Прикладная математика и механика. – 1983. – Т. 47, № 1.

3. Voyce C.J., Fitt A.D., Monro T.M. The mathematical modelling of rotating capillary tubes or holey-fibre manufacture // J. Eng. Math. – 2008. – № 60. – P. 69–87.

4. Mathematical Modeling of the Self-Pressurizing Mechanism for Microstructured Fiber Drawing / Ch.J. Voyce, A.D. Fitt, J.R. Hayes, T.M. Monro // Journal of Lightwave Technology. – 2009. –Vol. 27, no. 7, April 1.

5. Барбашин Е.А. Введение в теорию устойчивости. – М.: Наука, 1967. – 224 с.

6. Первадчук В.П., Владимирова Д.Б., Деревянкина А.Л. Исследование влияния технологических и геометрических параметров на стабильность изотермического процесса вытягивания кварцевых труб // Перспективы науки. – 2015. – № 10(73). – С. 110–115.

7. Васильев В.Н., Дульнев Г.Н., Наумчик В.Д. Нестационарные процессы при формировании оптического волокна. Устойчивость процесса вытяжки // Энергоперенос в конвективных потоках. – Минск, 1985. – С. 64–76.                                                                                                                      

8. Иванов Г.А., Первадчук В.П. Технология производства и свойства кварцевых оптических волокон: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2011. – 171 с.

В современном мире из множества существующих и успешно применяемых на практике технологий контроля и измерений физических параметров наиболее перспективными считаются датчики на основе волоконных брэгговских решеток (ВБР) и распределенные датчики на основе комбинационного рассеяния света (эффекта Рамана). Волоконно-оптические датчики обладают множеством преимуществ по сравнению со своими электрическими аналогами. Эти преимущества делают их весьма привлекательными для применения во всех основных отраслях промышленности. В России лидером по производству и реализации решений на основе волоконно оптических датчиков и технологий является компания «Инверсия-Сенсор», опыт которой рассматривается в данной статье.

Ключевые слова: волоконно-оптические датчики, системы мониторинга, фотоника, кластер волоконно-оптических технологий, волоконные брэгговские решетки, эффект Рамана.

В.В. Шишкин
Начальник отдела испытаний ООО «Инверсия-Сенсор», г. Пермь, Россия, e-mail: shishkin@i-sensor.ru.

И.В. Гранёв
Руководитель направления ООО «Инверсия-Сенсор», г. Пермь,Россия, e-mail: granyov@i-sensor.ru.

И.С. Шелемба
Директор ООО «Инверсия-Сенсор», г. Пермь, Россия, e-mail: shelemba@i-sensor.ru.

1. Udd E. Fiber Optic Sensors: An Introduction for Engineers and Scientists. – 2nd ed. – 2011.

2. Кузнецов А.Г., Бабин С.А., Шелемба И.С. Распределенный волоконный датчик температуры со спектральной фильтрацией направленными волоконными ответвителями // Квантовая электроника. – 2009. – Т. 39, № 11. – С. 1078–1081.

3. Handbook of Optical Fibre Sensing Technology / Ed. By José Miguel López-Higuera. – 1st ed. – 2002.

Рассматривается задача оптимального управления тепловым потоком при парофазном осаждении легирующих добавок в процессе изготовления оптических волокон. Данная задача сформулирована как задача оптимального стабилизирующего управления с распределенным управлением и распределенным наблюдением. Цель управления – поддержание неизменным заданного температурного распределения на нагреваемой поверхности кварцевой трубы. Для квадратичного функционала получена система оптимальности, из решения которой в аналитической форме в явном виде найдена функция управления (тепловой поток).

Ключевые слова: оптимальное управление, распределенные системы, система оптимальности, подвижный тепловой источник, процесс MCVD.

В.П. Первадчук
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной математики Пермского национального исследовательского политехнического университета, г. Пермь, Россия, e-mail: pervadchuk@mail.ru.

Д.Б. Владимирова
Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной математики Пермского национального исследовательского политехнического университета, г. Пермь, Россия, e-mail:shumkova_darya@mail.ru.

Д.Н. Дектярев
Аспирант, ассистент кафедры прикладной математики Пермского национального исследовательского политехнического университета, г. Пермь, Россия, e-mail: dmitridekt@mail.ru.

1. Бутковский А.Г., Пустыльников Л.М. Теория подвижного управления системами с распределенными параметрами. – М.: Наука, 1980. – 384 с.

2. Кубышкин В.А., Финягина В.И. Подвижное управление в системах с распределенными параметрами. – М.: СИНТЕГ, 2005. – 232 с.

3. Егоров А.И. Оптимальное управление тепловыми и диффузионными процессами. – М.: Наука, 1978. – 463 с.

4. Иванов Г.А., Первадчук В.П. Технология производства и свойства кварцевых оптических волокон: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2011. – 171 с.

5. Первадчук В.П., Шумкова Д.Б. Оптимальное управление подвижным тепловым источником // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – СПб., 2010. – С. 37–44.

6. Рапопорт Э.Я. Структурное моделирование объектов и систем с распределенными параметрами: учеб. пособие. – М: Высшая школа, 2003. – 299 с.

7. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы: учеб. пособие. – М.: Высшая школа, 1989. – 263 с.

8. Фурсиков А.В. Оптимальное управление распределенными системами. Теория и приложения. – Новосибирск: Научная книга, 1999. – 350 с.

9. Шумкова Д.Б. Оптимальное управление в задачах с неизвестными границами и подвижными источниками: дис. … канд. физ.-мат. наук. – Пермь, 2006. – 111 с.