Оптические усилители в волоконно-оптических линиях связи

Оптические усилители  в волоконно-оптических линиях связи 

В данной работе описываются различные  виды оптических усилителей (Полупроводниковые  оптические усилители, Оптические усилители, использующие нелинейные явления в  оптоволокне, Оптические усилители  на ОВ, легированном редкоземельными элементами, Оптические усилители, легированные эрбием (EDFA)), физические принципы их работы, основные параметры (Коэффициент усиления среды и усилителя, мощность насыщения, источники шума и динамический диапазон), области применения.

Содержание

 

1. История

 

2. Принцип действия оптического усилителя

 

3. Основные параметры оптических усилителей
• Коэффициент усиления среды и усилителя
• Мощность насыщения
• Источники шума и динамический диапазон

 

4. Полупроводниковые оптические усилители (ППОУ)
• Принцип действия ППОУ
• Типы ППОУ
• Характеристики ППОУ
• Импульсные усиоители
• Применение ППОУ

 

5. Оптические усилители, использующие нелинейные явления в оптоволокне
• Нелинейные эффекты в волоконных световодах
• Волоконные ВКР усилители
• Волоконные ВРМБ усилители
• Параметрические усилители

 

6. Оптические усилители на ОВ, легированном редкоземельными элементами
• Принцип действия
• Усилители для окна прозрачности 1300 нм
• Усилители для окна прозрачности 1550 нм

 

7. Оптические усилители, легированные эрбием (EDFА)
• Технические параметры оптических усилителей EDFА
• Мощность насыщения
• Коэффициент усиления
• Мощность усиленного спонтанного излучения
• Шум-фактор
• Классификация EDFA по способам применения
• Расчет числа каскадов линейных EDFA
• Разновидности усилителей ЕDFА

 

·  Список сокращений

·  Список литературы и Internet ресурсы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История

Усиление оптических сигналов рассматривалось  первоначально (60-е годы) как сопутствующее явление, наблюдаемое при исследовании процессов в лазерных устройствах. Однако уже в начале 80-х годов в связи с развитием волоконно-оптической техники и технологии оно стало самостоятельным направлением развития оптической техники.

В это время наметились несколько  направлений в создании оптических усилителей (ОУ):

• использование оптических световодов, легированных активными редкоземельными ионами, для усиления оптического пучка (один из результатов развития лазерной техники) (1964 год)
• использование полупроводниковых усилителей, разрабатываемых на единой основе (физики твердого тела) с полупроводниковыми источниками излучения для формирования интегрального твердотельного устройства (1983 год)
• прямое использование OВ, как усилительной среды, а не только как среды распространения, возможное в двух направлениях:
• использование нелинейных явлений типа ВКР и ВРМБ (1981 год)
• использование легирования материала ОВ редкоземельными материалами
• параметрическое усиление (1982 год)

Развитие технологии оптического  усиления на основе EDFA сильно изменило методологию конструирования волоконно-оптических систем связи. Традиционные волоконно-оптические системы используют повторители-регенераторы, повышающие мощность сигнала. Когда длина между удаленными узлами начинает превосходить по условиям затухания сигнала максимальную допустимую длину пролета между соседними узлами, в промежуточных точках устанавливаются дополнительные регенераторы, которые принимают слабый сигнал, усиливают его в процессе оптоэлектронного преобразования, восстанавливают скважность, фронты и временные характеристики следования импульсов, и после преобразования в оптическую форму передают дальше правильный усиленный сигнал, в том же виде, в каком он был на выходе предыдущего регенератора. Хотя такие системы регенерации работают хорошо, они являются весьма дорогими и, будучи установленными, не могут наращивать пропускную способность линии.

Необходимость в использовании  ОУ в синхронных цифровых сетях стала  особенно очевидной при внедрении технологии SONET/SDН, где приходится часто использовать конвертеры (электрооптические и оптоэлектронные преобразователи) и регенераторы (устройства, восстанавливающие исходную форму передаваемого сигнала после прохождения им расстояния порядка 40-60 км - расчетной (строительной) длины регенерационной секции). Она диктовалась очень высокими скоростями передачи -155 Мбит/с, 622 Мбит/с, 2,5 Гбит/с и выше. На первом уровне SDH -155 Мбит/с - использовались как электрический, так и оптический SDН-трибы, и в процессе функционирования системы SDH конвертация использовалась на каждом узле. Регенераторы же, хотя и использовали оптические трибы, принципиально работали по схеме: прием оптического сигнала - оптоэлектрическое преобразование - усиление и регенерация электрического сигнала - электрооптическое преобразование - передача оптического сигнала. Однако уже на следующем уровне SDН - 622 Мбит/с и выше - использовались только оптические SDH-трибы, что частично позволило избежать конвертации сигнала в процессе функционирования системы, однако схема регенерации осталось та же.

Несмотря на то, что чисто оптические регенераторы, работающие по схеме: прием  оптического сигнала - усиление и  регенерация оптического сигнала (с помощью оптических усилителя и регенератора) - передача оптического сигнала - дело будущего, можно существенно уменьшить число регенераций путем использования ОУ, позволяющего увеличить длину регенерационного участка, упростить схему передачи, если узловые мультиплексоры расположены на расстояниях меньше этой длины, и тем самым уменьшить расходы на оборудование. Это дало дополнительный мощный толчок исследованиям в области оптических усилителей

Принцип действия оптического  усилителя

Если существует некая активная среда, имеющая только два энергетических состояния E₁ и E₂ (см. рис. 1), причем E₂ > E₁, т.е. E₂ является возбужденным по отношению к E₁ состоянием, то в равновесных условиях число рабочих частиц (электронов, ионов или молекул - потенциальных усилительных агентов среды) распределено по статистике Больцмана так, что N₁ > N₂. В результате, если на вход такой среды попадает фотон, то он с большей вероятностью будет поглощен этой средой, что может сопровождаться переходом частицы с уровня E₁ на уровень E₂, если энергия фотона . Усиление в такой среде невозможно, хотя и существует малая вероятность эмиссии (испускания) фотона, если электрон спонтанно перейдет с верхнего возбужденного уровня на нижний релаксационный уровень.

Рис. 1 Cхема двухуровневой модели

Усиление станет возможным, если удастся  создать инверсию населенностей  уровней, когда N₂ > N₁. Для этого используется система энергетической накачки. В качестве накачки можно использовать инжекцию электронов или излучение лазера соответствующей длины волны для создания фотонов нужной энергии. В результате накачки и создания определенной инверсии населенности активная среда становится способной генерировать вторичные фотоны (той же частоты и направления распространения) с коэфициентом размножения K при попадании на ее вход возбуждающего фотона из светового потока усиливаемого сигнала. В результате осуществляется его усиление за счет возбуждаемой эмиссии.

Усиление носит  распределенный характер - следствие  генерации вторичных фотонов  в течении всего времени прохождения  усиливаемого оптического сигнала  через активную среду, имеющую конечную длину L, что и обуславливает появление этого параметра в формулах для коэффициента усиления оптического усилителя.

Усиление неизбежно  сопровождается двумя другими процессами:

• поглощением энергии светового сигнала, которое обычно носит экспонициальный характер, возрастая с ростом L
• спонтанной эмиссией вторичных фотонов, которая может быть усилена, приводя к появлению так называемого усиленного спонтанного излучения

Рис. 2 Cхема трехуровневой модели

Некоторые типы оптических усилителей, использующие для накачки лазеры, требуют рассмотрения более сложной  трехуровневой схемы взаимодействия, где третий - метастабильный уровень E₃ лежит между первым и вторым уровнями. Схема создания инверсии населенности такова: с первого уровня частицы накачкой переводятся на второй, с которого они в результате релаксации переходят на метастабильный уровень, время жизни которого (среднее время до спонтанного испускания фотона) достаточно велико. На этом уровне частицы накапливаются и создается достаточный уровень инверсии населенностей по отношению к первому уровню (N₃ > N₁).

Основные параметры  оптических усилителей

Оптические усилители можно  рассматривать в тех же терминах и используя те же параметры, что и электронные усилители:

• коэффициент усиления
• уровень (коэффициент) шума
• динамический диапазон
• амплитудно-фазовую характеристику (АФХ)

Однако они имеют и свои (для  ряда применений существенные) параметры:

• коэффициент усиления среды
• мощность насыщения
• усиленное спонтанное излучение (УСИ)
• чувствительность к поляризации сигнала
• амплитудно-волновую характеристику (АВХ)

В общем случае коэффициент усиления оптического усилителя для одного сигнала на центральной частоте  имеет вид:

где и - мощности оптического сигнала на входе и выходе усилителя, измеренные на рабочей угловой частоте (или соответствующей длине волны) при малом уровне входного сигнала, гарантирующем отсутствие насыщения выходного сигнала.

Основным активным агентом оптических усилителей является фотон, следовательно, идеальный оптический усилитель с коэффициентом усиления K должен синфазно генерировать на выходе ровно K фотонов на каждый фотон, попавший на его вход. То есть оптический усилитель должен пропорционально усиливать интенсивность входного оптического сигнала, оставляя его форму неизменной, независимо от его интенсивности, длины волны, состояния поляризации, формы отображаемой двоичной последовательности. Фактически же указанные факторы, а также ряд других факторов влияют на АФХ усилительной (или активной) среды g(w) или ее частотный спектр, а затем уже на АФХ собственно ОУ.

Коэффициент усиления среды  и усилителя

Практика показывает, что большенство  оптических усилительных (активных) сред можно рассматривать как однородную распределенную двухуровневую среду, для которой коэффициент усиления среды на единицу длины может быть описан выражением вида [1]:

Мощность насыщения

Аналогично электронным усилителям модуль усиления ОУ зависит от уровня входного сигнала. До определенного (малого) уровня входной мощности усиление практически  постоянно, зятем оно начинает экспоненциально падать (см. рис. 3) с ростом уровня входной мощности. Этот "падающий" участок характеристики является областью насыщения усилителя и объясняется уменьшением коэффициента размножения, вызванным возрастающим с ростом входного сигнала дефицитом частиц, которые способны генерировать вторичные фотоны, на том уровне, где создается инверсия населенности. Эта область численно характеризуется мощностью насыщения Рн на выходе усилителя, определяемой по выходной характеристике на уровне -3 дБм, при котором коэффициент усиления среды g(w) падает в два раза.

Рис. 3 Зависимость коэффициента усиления от выходной мощности и определение мощности насыщения

Амплитудно-фазовая характеристика ОУ зависит от ряда специфических для ОУ параметров, влияние основных из них оценены ниже.

Рис. 4 Вид нормированных АФХ коэффициентов усиления среды и ОУ в целом

Влияние насыщения на АФХ

Оно обусловлено третьим слагаемым  в выражении [1], которое может  приводить к существенному снижению усиления среды в целом, даже в  области, казалось бы, далекой от насыщения. Являясь ограничительным фактором, насыщение может играть и регулирующую роль в стабилизации общего коэффициента усиления при каскадном соединении многих усилителей в линии связи, что имеет место, например, на трансокеанских линиях связи.

Влияние времени релаксации диполей на АФХ

Из выражения [1] видно, что АФХ определяется двумя слагаемыми в знаменателе. Если принимать во внимание зависимость от частоты только второго слагаемого, то грубо, в первом приближении, ее можно аппроксимировать профилем Лоренца (см. рис. 4). Тогда, используя его, можно получить, что полная ширина спектра на уровне половины от максимума (FWHM) обратно пропорциональна:

Влияние длины активной (усиливающей) среды

Мощность усиливаемого оптического сигнала зависит от длины участка среды L от точки входа потока сигнала в усилитель до его выхода. Учитывая это, АФХ усилителя при условии постоянного коэффициента усиления среды g(w) будет иметь вид [2]:

Учитывая экспоненциальный характер этой зависимости, можно констатировать, что спектр G(w) усилителя будет существенно уже спектра g(w) среды, что и видно на рис. 4, где приведены нормированные характеристики G(w) и g(w) в зависимости от расстройки (w - w₀).

Чувствительность усиления к поляризации сигнала

Еще одним ограничивающим коэффициент  усиления G фактором является чувствительность усиления ОУ к поляризации усиливаемого сигнала, когда усиление может меняться, и иногда значительно, в зависимости от поляризации. Ситуация ухудшается в ВОЛС , учитывая, что в них состояние поляризации сигнала не только не контролируется, но в волокне, даже одномодовом, может хаотически меняться под действием случайных изменений формы сердцевины и анизотропии, вызванной статическим напряжением отрезка оптоволокна (эффекты, известные, применительно к одномодовому ОВ, как модовое двойное лучепреломление). Аналогично страдают и системы с WDM, в которых степень поляризации входных сигналов может быть различной.

Изменение поляризации приводит к  паразитной амплитудной модуляции (ПАМ) усиления, которая может носить периодический характер (как, например, для усилителей бегущей волны). Степень  такой чувствительности зависит от типа ОУ.

Источники шума и динамический диапазон

Динамический диапазон определяется как диапазон входной мощности оптического  сигнала, при котором коэффициент  усиления G остается постоянным. Он тесно связан с другим параметром - коэффициентом шума, зависящим от уровня усиленного спонтанного излучения, остаточного сигнала накачки и перекрестной помехи, которые кратко рассмотрены ниже.

Усиленное спонтанное излучение

Оптические усилители добавляют  шум к усиливаему оптическому  сигналу. Этот шум обусловлен усиленным спонтанным излучением. Оно возникает под действием случайных возмущающих факторов различной физической природы, вызывающих спонтанное излучение, например нагрева усилителя (тепловые фотоны), а также за счет наличия рассеянных фотонов. Шум приводит не только к уменьшению динамического диапазона, но и к снижению максимально допустимого усиления. Уменьшение динамического диапазона обычно характеризуется известным параметром F - коэффициентом шума:

где и значения динамического диапазона на входе и выходе усилителя.

Оценка этого  параметра оптических усилителей осуществляется на "электрическом уровне" путем  преобразования оптического сигнала  в электрический с помощью  фотодетектора. Для уменьшения коэффициента шума, вызванного УСИ, сигнал на выходе ОУ фильтруют с помощью полосового оптического фильтра - ПОФ.

Остаточный сигнал накачки

Существует и еще один специфический  источник шума в усилителях с накачкой - остаточный сигнал накачки на выходе усилителя, влияние которого (на передатчик или детектор в системе связи) может быть уменьшено как с помощью фильтра на выходе ОУ, так и путем соответствующего выбора частоты источника накачки.

Перекрестные помехи

Этот вид помех характерен для  многоканальных усилителей в системах WDM. Он проявляется как паразитные амплитудная или частотная модуляции сигнала одного канала другими сигналами.

Полупроводниковые оптические усилители

Полупроводниковые оптические усилители (ППОУ) оказались, если не исторически, то фактически, первыми ОУ, доработанными до уровня промышленного использования. До недавнего времени они считались наиболее подходящими усилителями оптических сигналов только в окне длин волн 1300 нм, однако в последнее время появились сообщения об успешных разработках ППОУ компании Alcatel и для окна 1550 нм, что особенно актуально, учитывая миграцию современных оптических систем в этот диапазон волн.

Принцип действия ППОУ

Полупроводниковые ОУ основаны на использовании  возбуждаемой эмиссии, возникающей  благодаря взаимодействию фотонов входного возбуждающего излучения с электронами на возбужденном уровне в зоне проводимости - аналогично описанному выше.

Полупроводник можно  рассматривать при этом как идеально простую систему с двумя неперекрывающимися энергетическими уровнями: нижним (релаксационным) - валентная зона и верхним (возбужденным) - зона проводимости, разделенными определенным зазором - потенциальным барьером. Как и в общем случае, оптическое усиление возможно при условии создания определенного уровня инверсии населенности (здесь избытка электронов в зоне проводимости) за счет накачки, роль которой играет инжекция тока в полупроводник. Однако при этом энергия основной массы электронов еще недостаточна для преодоления потенциального барьера между зонами. Дня этого требуется дополнительная энергия возбуждения. Входной сигнал - источник первичных фотонов - и служит таким источником возбуждения, энергия которого должна быть достаточна, чтобы сбросить электроны с верхнего уровня на нижний, где электрон и дырка рекомбинируют, вызывая появление вторичных фотонов. Если один первичный фотон вызывает эмиссию K вторичных фотонов, возникает K-кратное оптическое усиление.

Типы полупроводниковых  ОУ

Существуют два типа ППОУ:

• подпороговые усилители
• надпороговые усилители.

Подпороговые усилители - это лазеры, работающие в режиме ниже порога генерации  излучения. Надпороговые усилители (или  усилители с фиксированным усилением) - напротив - лазеры, работающие в режиме выше порога генерации излучения. Первый тип ОУ может также отличаться отсутствием или наличием обратной связи (ОС), обеспечивающей многократную процедуру усиления. Если усиление осуществляется за один проход (ОС отсутствует), то ОУ называется усилителем бегущей волны (УБВ). На входном и выходном торцах такого усилителя (полупроводникового блока длиной L) формируются грани с антиотражающим покрытием (см. рис. 5), чтобы минимизировать отраженный луч, приводящий к колебательности АВХ. Это позволяет поддерживать ее неравномерность на уровне порядка 1 дБ.

Рис. 5 Усилители бегущей волны

В многопроходных усилителях, наоборот, применяется оптическая обратная связь  ООС, для создания которой используется оптический резонатор. Им может быть, например, плоский линейный резонатор Фабри-Перо - пара параллельных полупрозрачных зеркал, закрепляемых на входе и выходе усилителя, между которыми в процессе многократного отражения оптической волны и происходит усиление интенсивности оптического сигнала (за счет преобразования энергии накачки в энергию сигнала) до величины, достаточной для выхода оптического луча за пределы резонатора (см. рис. 6). Такой ОУ называется усилителем (с резонатором) Фабри-Перо - УФП (FPA).

Рис. 6 Усилители Фабри-Перо

Отличительной особенностью указанных  типов ОУ является то, что УБВ  имеет непрерывную АВХ с достаточно большим плоским участком (порядка 60-100 нм на уровне -ЗдБ), тогда как АВХ для УФП имеет вид, характерный для оптического гребенчатого фильтра с узкими пиками импульсного усиления и постоянным шагом пиков гребенки, обусловленным наличием у резонансной системы ряда продольных мод с равномерным пространственным распределением. Для широкополосных оптических систем плоская АВХ более предпочтительна, чем гребенчатая, которая к тому же чувствительна к изменению хактеристик оптической системы в целом.

Второй тип ОУ основан на использовании  нормального (лазерного) режима функционирования, когда поддерживается постоянное усиление, необходимое для генерации основной излучаемой моды. В этих условиях могут быть без искажения усилены и нужные нам сигналы, если их частоты достаточно далеки от частоты указанной моды.

Различают два типа лазеров, генерирующих одну продольную моду, которые могут играть роль такого ОУ:

• лазеры с распределенной обратной связью - ЛРОС
• лазеры с распределенным отражателем Брэгга - ЛРОБ

Усиление у таких лазеров  в режиме ОУ осуществляется на частотах, отличных от резонансной, и оказывается возможным благодаря тому, что АВХ лазера имеет достаточно большое усиление на широком, непрерывном и гладком пъедестале, который обычно симметричен относительно резонансного пика генерируемой продольной моды. Такие усилители легко могут обеспечить усиление 10-15 дБ и отличаются пониженным значением переходной помехи при использовании в многоканальном режиме.

Характеристики ППОУ

Основными характеристиками ППОУ, как  и любого усилителя, являются:

• коэффициент усиления
• уровень шумов
• динамический диапазон
• неравномерность АВХ.

Коэффициент усиления

Коэффициент усиления ППОУ представляет собой экспоненциальную, характерную  для систем с насыщением функцию, зависящую от длины усилителя  и коэффициента усиления материала полупроводника. Ширина полосы АВХ для коэффициента усиления материала g₀, как уже отмечалось выше, оказывается существенно большей, чем для G₀. Эта особенность еще больше усиливается для многопроходных усилителей типа УФП. В целом ширина полосы для УБВ оказывается на три порядка шире, чем для УФП.

Реализуемые коэффициенты усиления составляют для УБВ -15 дБ (волна ТМ) или 22 дБ (волна  ТЕ); для УФП -22-25 дБ. Максимум коэффициента усиления зависит от величины тока через полупроводник и лежит  в диапазоне 1520 - 1460 нм, смещаясь в сторону меньших длин волн при большей величине тока.

Уровень шума и динамический диапазон

Динамический диапазон без учета  шума ППОУ может достигать 35-45 дБ. ППОУ, как и любой ОУ, добавляет шум  за счет УСИ к усиливаему оптическому сигналу. Шум приводит не только к уменьшению динамического диапазона, но и к снижению максимально допустимого усиления. Например, если уровень мощности шума составляет около 20 дБ, а уровень усиления сигнала на его фоне - 25 дБ, то динамический диапазон, который мог бы в отсутствие шума составить 45 дБ, уменьшается при наличии шума до величины 25 дБ.

Импульсные усилители

Учитывая, что кодовые последовательности, передаваемые по цифровым сетям связи, приводят к необходимости передачи импульсов, усилитель должен быть импульсным. Импульсы, передаваемые по сети, являются фактически импульсами лазерных диодов и имеют, как правило, симметричную гауссовскую форму. Импульсные усилители могут искажать форму этих импульсов, если ширина импульса t_и меньше времени жизни носителей заряда в полупроводнике t_н. Это искажение приводит к асимметрии импульсов - передний фронт становится круче, задний положе. Это явление проявляется тем больше, чем ближе коэффициент усиления к величине, соответствующей насыщению. Если в этих условиях передается последовательность коротких импульсов, соответствующая определенной структуре двоичной последовательности, то эта структура может искажаться. Если же t_и соизмеримо с t_н, то импульс может уширяться, и тем больше, чем ближе усиление к насыщению. Искажения формы импульсов может быть также обусловлено возникновением ФСМ и ФКМ.

При многоканальном усилении, имеющем  место в системах с WDМ, может проявляться  еще один вид искажений - комбинационные гармоники, возникающие из-за перекрестной модуляции (ПКМ) и четырехволнового смешения (ЧВС). ПКМ может проявляться либо в виде амплитудной кросс-модуляции (АКМ), которая приводит к симметричному уширению спектра импульса, либо в виде уже упоминавшейся ФКМ, которая приводит к асимметричному спектральному уширению импульса. Если, например, используются только две частоты f₁ и f₂, то как минимум при ПКМ возникают гармоники f₁+-f₂, а при ЧВС - гармоники 2f₁-f₂ и 2f₂-f₁. Наличие гармоник приводит не только к нелинейным искажениям, но и к тому, что насыщение происходит при меньшем уровне усиливаемого сигнала, а сам сигнал дополнительно случайно флуктуирует в зависимости от характера последовательности бит. Причем наибольшее влияние оказывает ЧВС.

Если, например, одновременно усиливаются  сигналы с длинами волн 1310 нм и 1550 нм, то ЧВС приводит к появлению составляющих 1134 нм и 1917 нм, которые могут оказать влияние только тогда, когда они лежат в полосе пропускания усилителя, что в данном случае маловероятно. Если же усиливаются четыре сигнала и больше в полосе 1450-1600 нм с разделением по длинам волн порядка 50 нм и меньше, то уже, например, ЧВС сигналов 1500 нм и 1550 нм дают составляющую 1449 нм, лежащую в полосе пропускания усилителя.

Применение ППОУ

ППОУ могут быть использованы по крайней мере в трех различных классах синхронных оптических систем:

• усилителях
• компенсаторах дисперсии
• оптических коммутаторах

Как усилители (т.е. по основному назначению) ППОУ могут быть использованы в качестве прсдусилителей перед детектированием  оптического сигнала, а также в качестве усилителей мощности в линейных системах для компенсации распределенных потерь в линии, позволяющих увеличить длину регенерационного участка.

ППОУ могут быть интегрированы вместе с полупроводниковым  лазером для создания эффективного источника в когерентных оптических системах.

ППОУ могут быть использованы как компенсаторы дисперсии  в ОВ, учитывая то, что они даже в одноканальном варианте вызывают увеличение крутизны переднего и  уменьшение крутизны заднего фронтов  импульсов (эффект, характерный для ЛЧМ), а в многоканальном варианте к нему прибавляется эффект ФКМ. Если использовать ЧВС в ППОУ для частотной конверсии спектра, приводящей к инвертированию порядка следования частотных составляющих импульса, т.е. фактически к изменению знака дисперсии, то можно компенсировать дисперсию на последующем участке с ОВ.

ППОУ, наконец, могут  быть использованы в качестве оптических коммутаторов для пространственной коммутации или разделения по длинам волн.

Оптические усилители, использующие нелинейные явления в ОВ

В оптических системах, использующих волоконно-оптический кабель, для усиления сигналов можно использовать нелинейные явления в оптическом волокне, такие, как ВКР или эффект Рамана, ВРМБ и параметрическое усиление.

Нелинейные эффекты  в волоконных световодах

Оптический световод, как и любой  диэлектрик, демонстрирует нелинейное поведение в сильном электромагнитном поле. Такие поля образуются даже при  использовании относительно маломощных источников излучения за счет большой  плотности мощности, реализуемой в силу малого поперечного сечения одномодового кабеля (порядка 5*10^-11 м²).

Ситуация усугубляется в системах с оптическими усилителями, используемых для обеспечения большой  длины регенерационного участка, а  также в высоко-плотных системах с разделением по длинам волн, где используются источники интенсивного лазерного излучения. Наиболее явно проявляются нелинейные эффекты низших порядков: