Солитоны — распространяющаяся в нелинейной среде структурно устойчивые уединенные волны, которые ведут себя подобно частицам: при взаимодействии друг с другом или с другими возмущениями они не разрушаются, а расходятся, сохраняя свою структуру неизменной.Солитон - это особый импульс света, проходящий по кварцевому оптическому волокну - световоду. Поведение движущегося по световоду солитона отличается от поведения обычных световых импульсов. Интенсивность обычных импульсов, распространяющихся по световоду, может затухать из-за всегда существующих, хотя и малых потерь; кроме того, имульсы способны менять свою форму, а иногда они даже распадаются на множество отдельных слабых импульсов. Это свойство, называемое дисперсией. Дисперсия появляется в тех случаях, когда импульс (одинокая волна) представляет собой совокупность синусоидальных волн с различными периодами. Для волн световой природы разные периоды соответствуют различным цветам.Волны различных цветов распространяются с разной скоростью. В определенном месте волны составляют импульс, затем они разбегаются, что и приводит к изменению формы и распаду импульса по мере его распространения в среде. Если информация передается последовательностями импульсов, то при изменении формы импульсы начинают перекрываться, отличить информацию становится невозможно, и, в конечном итоге, она просто теряется. Именно это и ограничивает пропускную способность обычных волоконно-оптических линий связи при достаточно высокой скорости передачи информации.При солитонной передаче используются нелинейные свойства легированного кварцевого стекла, из которого изготавливается световод. При большой интенсивности импульса света оптические свойства материала световода, главным образом его показатель преломления, меняются, а вместе с ними меняются и характеристики самого оптического импульса. При достаточно коротких мощных импульсах происходит взаимная компенсация процессов нелинейного и дисперсионного искажения, в результате чего световая волна распространяется без изменения своей формы. Такой импульс и называется солитоном.Оптические солитоны - это волны (или волновые пакеты) специальной формы, возбуждаемые лазерным источником света в световоде при совместном действии дисперсионных и нелинейных эффектов в области аномальной (отрицательной) дисперсии. Солитоны могут распространяться в оптоволокне на значительные расстояния (несколько тысяч километров) практически без искажения формы и сохраняться при столкновениях друг с другом.. При обычной передаче по оптико-волоконным линиям связи сигнал должен подвергаться усилению через каждые 80—100 километров. А через каждые 500—600 километров приходятся устанавливать ретранслятор, преобразующий оптический сигнал в электрический с сохранением всех его параметров, а затем вновь в оптический для дальнейшей передачи.Без таких мер сигнал на расстоянии, превышающем 500 километров, искажается до неузнаваемости. Стоимость этого оборудования очень высока. Использование оптических солитонов, сохраняющих свою форму при распространении, позволяет осуществить полностью оптическую передачу сигнала на расстояния до 5—6 тысяч километров. Однако оптические солитоны могут распространяться только в световоде с небольшим, но конечным значением дисперсии. Оптического волокна, сохраняющего требуемое значение дисперсии во всей спектральной ширине многоканального передатчика просто не существует. В основу солитонной технологии легла разработка оптических волокон с управляемой дисперсией, позволившая создать солитоны, форма импульсов которых может поддерживаться неограниченно долго.Метод управления состоит и следующем. Величина дисперсии по длине волоконного световода периодически изменяется между отрицательным и положительным значениями. В первой секции световода импульс расширяется и сдвигается в одном направлении. Во второй секции, имеющей дисперсию противоположного знака, происходят сжатие импульса и сдвиг в обратном направлении, в результате чего его форма восстанавливается. При дальнейшем движении импульс опять расширяется, затем входит в следующую зону, компенсирующую действие предыдущей зоны, и так далее — происходит циклический процесс расширений и сжатий. В результате сигнал при объеме информации более 1 тера-бита может пройти без ретрансляций по меньшей мере 5 — 6 тысяч километров со скоростью передачи 10 гигабит в секунду на канал без каких-либо искажений. Перспективность солитонных систем и их преимущество перед обычными методами оптической передачи, основанными, в отличие от солитонных, на устранении или уменьшении нелинейных эффектов и использующими ОВ со сдвигом дисперсии, оценивается как в направлении повышения скорости передачи, так и в направлении увеличения длины регенерационного участка. Основными препятствиями этому были: шум когерентного усиления, аккумуляция усиленного спонтанного излучения и солитон-солитонные взаимодействия ССВ. Перспективы увеличения длины регенерационного участка: Что касается перспектив увеличения длины регенерационного участка, то они значительно лучше для солитонных систем, чем для обычных оптических, даже учитывая несомненный прогресс последних усовершенствований, позволивший довести длину регенерационного участка обычных систем до 250-500 км.Для синхронных солитонных систем, которые могут работать на сверхдальние расстояния без регенераторов, а используют только усилители типа EDFA в 1991-1992 годах была предложена технология одновременного управления солитоном во временной и частотной областях. Эта технология использует два механизма управления:1. периодическую синхронную модуляцию (ПСМ) – для управления позицией солитона во временной области; 2.узкополосный перестраиваемый полосовой фильтр (УППФ) – для управления в частотной области.ПСМ позволяет не только устранить дрожание фазы солитона, вызванное эффектом Гордона-Хауса, но и значительно уменьшить уровень шума, вызванного спонтанным излучением.УППФ, который представляет собой узкополосный следящий фильтр с полосой 0.3-0.4 нм, центральная длина волны которого перестраивается, управляет, в частотной области, контуром стабилизации энергии солитона. Используя эту технологию управления солитоном удалось на кольце солитонной линии связи длиной 500 км с усилителями типа EDFA, расставленными через каждые 50 км, добиться прохождения 180 млн. км полностью без ошибок. Этот поразительный результат позволил авторам заявить уже в названии статьи, что не существует предела длины регенерационного участка при использовании солитонов.
