अरैखिक प्रभाव: SPM, XPM, FWM, ब्रिलूइन और रमन

क्षीणन और डिस्पर्शन लीनियर होते हैं: पावर दोगुनी करने पर आउटपुट दोगुना हो जाता है और बाक़ी कुछ नहीं बदलता। 9 µm कोर में प्रति चैनल कुछ मिलीवाट से ऊपर, काँच लीनियर रहना बंद कर देता है — रिफ़्रैक्टिव इंडेक्स इंटेंसिटी पर निर्भर होने लगता है और प्रकाश उन एकॉस्टिक व मॉलिक्यूलर वाइब्रेशन से बिखरने लगता है जिन्हें वह खुद उत्तेजित करता है। एक अकेले 10G स्पैन में यह नज़र नहीं आता; 1 000 km पर 80 चैनल वाले एम्प्लिफ़ाइड DWDM सिस्टम में यह अधिकतम लॉन्च पावर और इसलिए रीच तय कर देता है। यह पेज पाँच प्रभावों को समझाता है, हर एक कब मायने रखता है, उन्हें कैसे मापा जाता है, और सिस्टम को इनके इर्द-गिर्द कैसे डिज़ाइन किया जाता है।

फ़ाइबर आख़िर नॉन-लीनियर क्यों होता है

मात्रा	G.652 में मान	मतलब
कर कोएफ़िशिएंट n₂	≈ 2.6 × 10⁻²⁰ m²/W	इंटेंसिटी के साथ इंडेक्स बढ़ता है: n = n₀ + n₂·I
इफ़ेक्टिव एरिया A_eff	≈ 80 µm² (G.652), 110–150 µm² (G.654.E)	इंटेंसिटी = पावर ÷ एरिया — छोटा कोर प्रकाश को सान्द्रित कर देता है
नॉन-लीनियर कोएफ़िशिएंट γ = 2πn₂/(λ·A_eff)	≈ 1.3 W⁻¹km⁻¹ (1550 पर G.652), ≈ 0.7 (G.654.E)	प्रति वाट प्रति किलोमीटर फ़ेज़ शिफ़्ट
इफ़ेक्टिव लंबाई L_eff = (1 − e^(−αL))/α	0.2 dB/km पर लंबे स्पैन के लिए ≈ 20 km	ये असर ज़्यादातर हर एम्प्लिफ़ायर के बाद के शुरुआती दसियों किलोमीटर में जमा होते हैं
प्रति चैनल सामान्य लॉन्च पावर	DWDM में 0 … +3 dBm (1–2 mW); सिंगल चैनल में +10 dBm तक	नॉन-लीनियर फ़ेज़ φ_NL = γ·P·L_eff ≈ प्रति स्पैन 0.03–0.3 rad

कर प्रभाव

प्रभाव	तंत्र	लक्षण	सबसे बुरा कब
सेल्फ़-फ़ेज़ मॉड्युलेशन (SPM)	पल्स की अपनी इंटेंसिटी उसका फ़ेज़ बदल देती है → चर्प → स्पेक्ट्रल ब्रॉडनिंग; क्रोमैटिक डिस्पर्शन के साथ इंटरैक्ट करता है	आई क्लोज़र, पल्स डिस्टॉर्शन; कोहेरेंट सिस्टम में एक नॉन-लीनियर फ़ेज़ नॉइज़ फ़्लोर	ज़्यादा पावर, कई स्पैन, कम डिस्पर्शन
क्रॉस-फ़ेज़ मॉड्युलेशन (XPM)	पड़ोसी चैनलों की इंटेंसिटी किसी चैनल का फ़ेज़ मॉड्युलेट कर देती है	दूसरे चैनलों से टाइमिंग जिटर और फ़ेज़ नॉइज़	डेंस स्पेसिंग (50 GHz), कम लोकल डिस्पर्शन, कई चैनल
फ़ोर-वेव मिक्सिंग (FWM)	तीन फ़्रीक्वेंसी f₁ + f₂ − f₃ पर एक चौथी बना देती हैं; मिक्सिंग प्रॉडक्ट दूसरे चैनलों पर जा गिरते हैं	क्रॉसटॉक जो power³ के साथ बढ़ता है	D ≈ 0 (G.653 फ़ाइबर), बराबर चैनल स्पेसिंग, ज़्यादा पावर

लोकल डिस्पर्शन मदद करता है: यह अलग-अलग चैनलों के पल्स को एक-दूसरे के आर-पार खिसका देता है ताकि XPM/FWM औसत होकर बेअसर हो जाएँ — इसी वजह से DWDM में G.653 की जगह G.655 (छोटा नॉन-ज़ीरो D) आया, और अब डिस्पर्शन कंपनसेशन या कोहेरेंट DSP के साथ G.652 (D = 17) को तरजीह दी जाती है (फ़ाइबर टाइप)।

प्रकीर्णन प्रभाव

प्रभाव	तंत्र	थ्रेशोल्ड	लक्षण	कहाँ
स्टिम्युलेटेड ब्रिलुइन प्रकीर्णन (SBS)	प्रकाश एक एकॉस्टिक वेव पैदा करता है जो उसे ≈ 11 GHz शिफ़्ट करके पीछे की ओर परावर्तित कर देती है	लंबे SMF में नैरो-लाइनविड्थ CW सोर्स के लिए ≈ +6 … +10 dBm (संकरी लाइन के लिए कम)	फ़ॉरवर्ड पावर सैचुरेट होती है, तेज़ बैकवर्ड लाइट, नॉइज़	CW लेज़र: 1550 nm एनालॉग वीडियो ओवरले (+17 dBm) और रामन पंप; लाइनविड्थ ब्रॉडनिंग / डिदरिंग से घटाया जाता है (ज़्यादातर ट्रांसमीटर यही करते हैं)
स्टिम्युलेटेड रामन प्रकीर्णन (SRS)	फ़ोटॉन मॉलिक्यूलर वाइब्रेशन को ऊर्जा दे देते हैं (स्टोक्स शिफ़्ट ≈ 13 THz ≈ 100 nm)	पूरे चौड़े बैंड में कुल पावर ≈ +20 … +25 dBm से ऊपर	पावर टिल्ट: छोटी तरंगदैर्ध्य वाले चैनल लंबी तरंगदैर्ध्य वालों को पंप करते हैं — C-बैंड, L-बैंड को फ़ीड करता है	वाइड-बैंड DWDM (C+L); प्री-एम्फ़सिस और गेन-टिल्ट कंट्रोल से सँभाला जाता है; जानबूझकर रामन एम्प्लिफ़ायर में इस्तेमाल होता है (एम्प्लिफ़िकेशन और OSNR)

नॉन-लीनियरिटी कहाँ मायने रखती है — और कहाँ नहीं

सिस्टम	नॉन-लीनियर पेनल्टी	डिज़ाइन रिस्पॉन्स
सिंगल 10G LR/ER स्पैन, −8 … +4 dBm	कोई नहीं	नज़रअंदाज़ करें
PON डाउनस्ट्रीम +3 … +7 dBm, 20 km	कोई नहीं (SBS मार्जिन ठीक)	नज़रअंदाज़ करें; +17 dBm पर वीडियो ओवरले SBS सप्रेशन इस्तेमाल करता है
10G DWDM, 40 चैनल, EDFA के साथ 8 × 80 km	G.655 पर XPM/FWM, हर जगह SPM	लॉन्च −2 … +1 dBm/चैनल, डिस्पर्शन मैप, DSF पर असमान स्पेसिंग
100G/400G कोहेरेंट DWDM, 80+ चैनल, 1 000+ km	नॉन-लीनियर फ़ेज़ नॉइज़, पावर से मिलने वाले OSNR गेन को सीमित करता है	G.652 पर ऑप्टिमम लॉन्च ≈ 0 … +2 dBm/चैनल, G.654.E पर +3 … +5; GN-मॉडल प्लानिंग
400ZR प्लगेबल, सिंगल स्पैन ≤ 120 km	छोटा	लॉन्च −10 … 0 dBm; लॉस-लिमिटेड
सबमरीन 10 000 km	प्रमुख	G.654 लार्ज-A_eff फ़ाइबर, कम लॉन्च, कई रिपीटर, C+L
रामन-एम्प्लिफ़ाइड स्पैन	+27 … +30 dBm पर पंप	कनेक्टर की सफ़ाई और सेफ़्टी क्रिटिकल (सेफ़्टी और हैंडलिंग)

नियम: नॉन-लीनियर प्रभाव तब दिखते हैं जब प्रति चैनल पावर × स्पैन की संख्या बड़ी हो जाती है; मध्यम पावर पर एक अकेला स्पैन इन्हें कभी नहीं दिखाता।

मात्रा में मापना: OSNR बनाम पावर का ट्रेड-ऑफ़

लीनियर रीजीम में, लॉन्च पावर के हर 1 dB के लिए OSNR 1 dB बेहतर होता है।
नॉन-लीनियर इंटरफ़ेरेंस (NLI) नॉइज़ power³ के साथ बढ़ता है — यानी लॉन्च के हर +1 dB पर नॉइज़ में +3 dB।
इस योग का एक ऑप्टिमम होता है: नॉन-लीनियर थ्रेशोल्ड, जहाँ लीनियर ASE नॉइज़ NLI के बराबर होता है; सिस्टम को इससे 1–2 dB नीचे प्लान किया जाता है। गॉसियन-नॉइज़ (GN) मॉडल γ, D, स्पैन लंबाई, चैनल गिनती और स्पेसिंग से NLI का अनुमान लगाता है; प्लानिंग टूल हर रूट के लिए यही करते हैं।
कोहेरेंट DSP आंशिक रूप से SPM को उलट सकता है (डिजिटल बैक-प्रॉपगेशन), लेकिन दूसरे चैनलों से आने वाले XPM/FWM को नहीं।

शमन सारांश

तरीक़ा	निशाना	इस्तेमाल कहाँ
लॉन्च पावर को ऑप्टिमम के पास रखें (0 … +3 dBm/चैनल)	सभी कर प्रभाव	हर DWDM डिज़ाइन
नॉन-ज़ीरो लोकल डिस्पर्शन (G.653 के बजाय G.652 / G.655)	FWM, XPM	फ़ाइबर का चुनाव
डिस्पर्शन मैनेजमेंट (DCM मैप)	SPM/XPM इंटरैक्शन	10G DWDM
लार्ज-इफ़ेक्टिव-एरिया फ़ाइबर (G.654.E)	सभी (कम γ)	नया लॉन्ग हॉल
असमान चैनल स्पेसिंग	FWM	DSF लेगेसी रूट
लाइनविड्थ डिदरिंग	SBS	CW एनालॉग, पंप
गेन टिल्ट कंपनसेशन, प्री-एम्फ़सिस	SRS	वाइड-बैंड DWDM
NLC के साथ कोहेरेंट DSP	SPM	400G+ लॉन्ग हॉल
डिस्ट्रिब्यूटेड रामन एम्प्लिफ़िकेशन	(SRS का इस्तेमाल करता है) ज़रूरी लॉन्च पावर घटाता है	अल्ट्रा-लॉन्ग स्पैन

CodingBox में

नॉन-लीनियर प्रभाव लाइन सिस्टम में रहते हैं, मॉड्यूल की मेमोरी में नहीं — लेकिन मॉड्यूल की घोषित Tx पावर, और ट्यून करने योग्य DWDM मॉड्यूल के लिए चैनल प्लान, वे इनपुट हैं जो प्लानर को चाहिए। CodingBox Tx पावर की रेंज और तरंगदैर्ध्य/चैनल फ़ील्ड दिखाता है, ताकि प्रति-चैनल लॉन्च बजट असली आँकड़ों से शुरू हो (Check transceiver, ट्यून करने योग्य ट्रांसीवर)।

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