Bao Cao Thuc Tap (1)

5/13/2018 Bao Cao Thuc Tap (1) - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/bao-cao-thuc-tap-1-55a756421441b 1/42

1

MỤC LỤC

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN QUANG ................................................... 3 1.1 Khái niệm thông tin quang ..................................................................................... 3 1.2 Lịch sử phát triển của thông tin quang ................................................................. 3

1.3 Cấu trúc hệ thống thông tin quang ........................................................................ 4 1.4 Ư u nhược điểm và các ứ ng dụng của thông tin quang ........................................ 5

1.4.1 Ƣu điểm .............................................................................................................. 5 1.4.2 Nhƣợc điểm ........................................................................................................ 7 1.4.3 Ứ ng dụng ............................................................................................................ 8

CHƢƠNG 2. HIỆN TƢỢNG TÁN SẮC .......................................................................... 10 2.2 Các loại tán sắc ...................................................................................................... 11

2.2.1 Tán sắc mode (Modal Dispersion): .................................................................. 11 2.2.2 Tán sắc trong sợi đơ n mode .............................................................................. 14 2.2.3 Tán sắc vận tốc nhóm (GVD – Group Velocity Dispersion) ............................ 15 2.2.4 Tán sắc vật liệu (Material Dispersion) ............................................................. 17 2.2.5 Tán sắc ống dẫn sóng (Waveguide Dispersion)................................................ 18 2.2.6 Tán sắc bậc cao hơ n (Higher-Order Dispersion) .............................................. 21 2.2.7 Tán sắc phân cực mode (Polarization – Mode Dispersion) .............................. 22

2.3 Ảnh hưở ng của tán sắc trong hệ thống thông tin quang: ................................. 23 CHƢƠNG 3: CÁC PHƢƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC TRONGTHÔNG TIN QUANG ... 27

3.1 Sự cần thiết của việc quản lý tán sắc ................................................................... 27 3.2 Kỹ thuật bù tán sắc trướ c (Precompensation):................................................... 29 3.3 Kỹ thuật bù tán sắc trên đườ ng dây (In-line) ..................................................... 30

3.3.1 Bù tán sắc bằng sợ i quang DCF ....................................................................... 30 3.3.2 Bù tán sắc bằng bộ lọc quang ........................................................................... 33 3.3.3 Bù tán sắc bằng tín hiệu quang liên hợ p pha OPC ........................................... 34 3.3.4 Bù tán sắc bằng cách tử Bragg(có trong tài liệu khác) ..................................... 35

3.4 Kỹ thuật bù sau (post compensation) .................................................................. 36 KẾT QUẢ THU ĐƢỢC TRONG CHUYẾN ĐI THỰ C TẬP .......................................... 38



2

1. Thiết bị đo ........................................................................................................... 38 2. Số liêu thự c tế thu đượ c ..................................................................................... 41



3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÔNG TIN QUANG

1.1 Khái niệm thông tin quang

Thông tin quang là một hệ thống truyền tin thông qua sợi quang. Điều này có nghĩa làthông tin đƣợ c chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sángđƣợ c truyền quasowij quang.

Tại nơi nhận nó lại đƣợ c biến đổi thành thông tin ban đầu.

1.2 Lịch sử phát triển của thông tin quang

Khởi đầu của thông tin quang là khả năng nhận biết của con ngƣờ i về chuyển độnghình dáng màu săc thông qua đôi mắt. Tiếp đó một hệ thống thông tin, điều chế thông tinđơn giản xuất hiện bằng cách sử dụng các đền hải đăng các đèn tín hiệu. Kế tiếp là sự rađờ i của một máy điện báo quang. Thiết bị này sử dụng khí quyển nhƣ một môi trƣờ ngtruyền đẫn và do đó chịu ảnh hƣở ng của các điều kiện thờ i tiết, để giải quyết vấn đề nàyngƣờ i ta chế tạo ra máy điện báo vô tuyến để liên lạc giữa hai ngƣờ i ở cách xa nhau.

Năm 1960 các nhà nghiên cứu đã chế tạo thành công ra laze và đến năm 1966 đã chế tạo ra sợi quang có độ tổn thất thấp (1000dB/km). Bốn năm sau Karpon đã chế tạo ra cápsợ i quang trong suốt có đọ suy hao truyền dẫn khooangr20dB/km. Từ thành công rực rỡ nayfcacs nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hành nghiên cứu, phát triển vàkết quả là công nghệ mớ i về giảm suy hao truyền dẫn, về tăng dải thông về các laze bándẫn đã đƣợ c phát triển thành công vào những năm 70. Sau đó giảm độ tổn thất xuống còn0,18dB/kmcòn laze bán dẫn có khả năng thực hiện giao động liên tục ở nhiệt độ khai thácđã đƣợ c chế tạo, tuổi thọ kéo dài hơn 100 năm.

Cụ thể lịch sử phát triển của thông tin quang nhƣ sau:

1790 : claude chappe, kỹ sƣ ngƣời Pháp đã xây dựng một hệ thống điện báoquang (optical telegraph). Hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đènbáo hiệu di động trên đó. Thờ i ấy tin tức đƣợ c truyền bằng hệ thống này vƣợ tchặng đƣờ ng 200 km trong vòng 15 phút.

1870 : John Tyndall, nhà vật lý ngƣời Anh đã chứng tỏ rằng ánh sáng có thể dẫn đƣợc theo vòi nƣớ c uốn cong, thí nghiệm của ông đã sử dụng nguyên lýphản xạ toàn phần, điều này vãn còn áp dụng cho sợ i quang ngày nay.

1880 : Alexander Graham Bell, ngƣờ i Mỹ, giớ i thiệu hệ thống photophone, quađó tiếng nói có thể truyền đƣợc qua môi trƣờ ng không khí mà không cần dây,tuy nhiên hệ thống này chƣa đƣợ c áp dụng trên thực tế vì còn quá nhiều nguồnnhiễu làm giảm chất lƣợ ng của đƣờ ng truyền.

1934 : Norman R.French, kỹ sƣ ngƣờ i Mỹ, nhận đƣợ c bằng sáng chế về hệ thống thông tin quang, phƣơng tiện truyền dẫn của ông là các thanh thủy tinh.



4

1958 : Arthur Schawlow và Charles H.Townes, xây dựng và phát triển laser. 1960 : Theodor H.Maiman đƣa laser vào hoạt động thành công.

1962 : Laser bán dẫn và photodiode bán dẫn đƣợ c thừa nhận, vấn đề còn lại làphải tìm môi trƣờ ng truyền dẫn quang thích hợ p.

1966 : Charles H.Kao và Gooeorge A.Hockham, hai kỹ sƣ phòng thí nghiệmStandard telecommunications của Anh, đề xuất việc dung thủy tinh để truyềndẫn ánh sáng. Nhƣng do công nghệ chế tạo sợ i thủy tinh thờ i ấy còn hạn chế nên suy hao của sợ i quá lớ n (suy hao xấp xỉ 1000 dB/km).

1970 : Hãng Corning Glass works chế tạo thành công sợ i quang loại si có suyhao nhỏ hơn 20dB/km ở bƣớ c sóng 633nm.

1972 : Loại sợi Gi đƣợ c chế tạo với độ suy hao 4dB/km.

1983 : Sợi đơn mode (sm) đƣợ c xuất xƣở ng ở Mỹ.

Ngày nay sợi đơn mode đƣợ c sử dụng rộng rãi. Độ suy hao của loại sợ i này chỉ

còn khoảng 0,2 dB/km ở bƣớ c sóng 1550nm.

Dựa trên công nghệ sợ i quang và các laze bán dẫn giờ đây có thể gửi một khối lƣợ nglớ n tín hiệu âm thanh dữ liệu đến các địa chỉ cách xa nhau hàng trăm km bằng một sợ iquang có độ dày nhƣ một sợ i tóc, không cần các bộ tái tạo.

Hiện nay các hoạt động nghiên cứu đang đƣợ c tiến hành trong một lĩnh vực gọi làphoton học là một lĩnh vực tối quan trongjtrong thông tin quang, có khả năng phát hiệnvà xử lý trao đổi và truyền dẫn thông tin bằng các phƣơng tiện ánh sáng. Photon học có

khả năng sẽ đƣợ c ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực điện tử và viễn thông trong thế kỷ 21.

1.3 Cấu trúc hệ thống thông tin quang

Dƣới đây là cấu hình cơ bản của hệ thống thông tin quang:

Bộ biến đổiđiện quang lặp đƣờ ng dây

cáp quang

cáp quang bộ biến đổi quang điện

tínhiệu quang

tín hiệu điện

Nguồnphát tín

hiệu E/O

O/E E/O O/E

Nguồnthu tín

hiệu



5

Bộ biến đổi điện – quang (E/O) biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang để truyềntrong môi trƣờ ng cáp quang ( biến đổi xung điện thành xung quang).

Yêu cầu thiết bị E/O biến đổi trung thực ( ánh sáng bị điều biến theo quy luật của tínhiệu điện).

Cáp quang: là môi trƣờng dùng để truyền dẫn tín hiệu là ánh sáng, đƣợ c chế tạo bằngchất điện môi có khả năng truyền đƣợc ánh sáng nhƣ sợ i thạch anh, sợ i thyur tinh, sợ inhựa.

Yêu cầu: tổn hao năng lƣợ ng nhỏ, độ rộng băng tần lớ n, không bị ảnh hƣở ng củanguồn sáng lạ ( không bị nhiễu).

Bộ biến đổi quang – điện (O/E): Thu các tín hiệu quang bị suy hao và méo dạng trênđƣờ ng truyền do bị tán xạ, tán sắc, suy hao bở i cự ly để biến đổi thành các tín hiệu điện

và trở thành nguồn tin ban đầu.

Yêu cầu: Độ nhạy thu cao, thời gian đáp ứng nhanh, nhiễu nhỏ, tiêu thụ năng lƣợ ngđiện ít.

Các trạm lặp: Đƣợ c sử dụng khi khoảng cách truyền dẫn lớ n. Trạm lặp biến đổi tínhiệu quang thu đƣợ c thành tín hiệu điện để khuếch đại. Tón hiệu đã đƣợ c khuếch đạiđƣợ c biến đổi thành tín hiệu quang để tiếp tục truyền trên cáp sợ i quang.

1.4 Ưu nhược điểm và các ứ ng dụng của thông tin quang

Thông tin quang cũng nhƣ nhiều loại thông tin khác nó cũng có những ƣu và nhƣợ cđiểm riêng. Đặc biệt hiện nay sợi quang đã trở thành một phƣơng tiện thông dụng chonhiều yêu cầu truyền thông. Nó có những ƣu điểm vƣợ t trội hơn so với các phƣơng pháptruyền dẫn điện thông thƣờ ng. Bên cạnh đó thì vẫn có một số nhƣợc điểm. Cụ thể nhƣsau:

1.4.1 Ưu điểm

Dung lượ ng lớ n: Các sợ i quang có khả năng truyền những lƣợ ng lớ n thông

tin. Vớ i công nghệ hiện nay trên hai sợ i quang có thể truyền đƣợc đồng thờ ikhoảng 600 cuộc đàm thoại. Một cáp sợ i quang có thể chứa đƣợ c khoảng 200sợ i quang, sẽ tăng đƣợc dung lƣợng đƣờ ng truyền lên 6000.000 cuộc đàmthoại. So với các phƣơng tiện truyền dẫn bằng dây thông thƣờ ng, một cáp gầmnhiều đôi dây có thể truyền đƣợ c 500 cuộc đàm thoại, Một cáp đồng trục cókhả năng vớ i 10.000 cuộc đàm thoại và một tuyến viba có thể mang đƣợ c 200cuộc gọi đồng thờ i.



6

Kích thướ c và trọng lượ ng nhỏ: So với cáp đồng có cùng dung lƣợ ng, cápsợi quang có đƣờ ng kính nhỏ hơn và khối lƣợ ng nhẹ hơn nhiều.

Không bị nhiễm điện: Truyền dẫn bằng sợ i quang không bị ảnh hƣở ng bở inhiễu điện từ hay nhiễu tàn số vô tuyến và nó không tạo ra bất ký sựu nhiễu

nội tại nào. Các công ty ddienj lực sử dụng cáp qaung dọc theo các đƣờ ng dâyđiện cao thế để cung cấp đƣờ ng thông tin rõ ràng giữa các trạm biến áp. Cápsợi quang cũng không bị xuyên âm. Thậm chí ánh sáng bị bức xạ ra từ một sợ iquang thì nó không thể xâm nhập vào sợi quang khác đƣợ c.

Tính cách điện: sợ i quang là một vật cách điện. Cáp sợ i quang làm bằng chấtđiện môi thích hợ p không chứa vật dẫn điện và cho phepa cahs điện hoàntoanfcho nhiều ứng dụng. Nó có thể laoij bỏ đƣợ c nhiễu gây bởi các dòng điệnchạy vòng dƣới đất hay những trƣờ ng hợ p nguy hiểm gây bở i sựu phóng điệntrên các đƣờng dây thông tin nhƣ sét đánh hay những trục trặc về điện. Đây

thực sự là một phƣơng tiện an toàn thƣờng đƣợ c dùng ở nơi cần cách điện. Tính bảo mật: Sợ i quang cung cấp độ bảo mật thông tin cao. Một sợ i quang

không thể bị trích lấy trộm thông tin bằng các phƣơn tiện điện thông thƣờ ngnhƣ sự dẫn điện trên bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích để lấy thôngtin dƣớ i dạng tín hiệu quang. Các tia sáng truyền ở tâm sợ i quang và rất ít hoặckhông có tia nào thoát khỏi sợ i quang. Thậm chí nếu đã trích vào sợ i quangđƣợ c rồi thì nó có thể bị phát hiện nhờ kiểm tra công suất ánh sáng thu đƣợ c tạiđầu cuối. Trong khi các tín hiệu vệ tinh hay viba có thể dễ dàng thu và giải mãđƣợ c

Độ tin cậy cao và dễ bảo dưỡ ng: sợ i quang là một phƣơng tiện truyền dẫnđồng nhất và không gây ra hiện tƣợ ng phading. Những tuyến cáp quang đƣợ cthiết kế thích hợp để có thể chịu đựng đƣợ c những điều kiện về nhiệt độ và độ ẩm khắc nghiệt và có thể hoạt động đƣợ c ở dƣới nƣớ c. Sợ i quang có thờ i gianhoạt động lâu, ƣớc tính trên 30 năm vớ i một số cáp. Yêu cầu về bảo dƣỡ ng đốivớ i một hệ thống cáp quang là ít hơn so vớ i yêu cầu của một hệ thống thôngthƣờ ng do cần ít bộ lặp điện hơn trong tuyến thông tin; trong cáp không có dâyđồng(yếu tố có thể bị mòn dần và gây ra hện tƣợ ng lúc có lúc mất tín hiệu); cápquang cũng không bị ảnh hƣở ng bở i sựu ngắn mạch, sựu tăng vọt về điện ápnguồn hay tĩnh điện.

Tính linh hoạt các hệ thống thông tin quang đề khả dụng cho hầu hết các dạngthông tin số liệu, thoại và video. Các hệ thống này đều có thể tƣơng thích vớ icác chuẩn RS.232, RS422, V35, Ethernet, ARCnet, FDDI, T1, T2, T3, Sonet,thoại 2/4 dây, tín hiệu E/M, video tổng hợ p và còn nhiều nữa.



7

Dễ dàng nâng cấp khi chỉ cần thay thế thiết bị thu phát qaung còn hệ thốngcáp sợ i quang vẫn có thể giữ nguyên.

Sự tái tạo tín hiệu: công nghệ ngày nay cho phép thực hiện những đƣờ ngtruyền thông baengf cáp quang dài trên 70km trƣớ c khi cần tái tạo tín hiệu,

khoảng cách này còn có thể tăng lên 150km nhờ sử dụng các bộ khuếch đạilaze. Trong tƣơng lai, công nghệ có thể mở rộng khoảng cách dài hơn nữa. chiphí tiết kiệm đƣợ c sử dụng ít các bộ lọc trung gian và việc bảo dƣỡ ng có thể làkhá lớn. ngƣợ c lại, các hệ thống cáp điện thông thƣờ ng cứ vài km có thể đã cầnmột bộ lặp.

1.4.2 Nhược điểm

Hàn nối khó khăn hơn cáp kim loại, muốn hàn cáp quang phải sử dụng máy

hàn chuyên dụng. Do cáp quang thẳng và láng bóng nên yêu cầu chất lƣợ ngmối hàn rất cao.

Giòn, dễ gẫy: sợ i quang sử dụng trong viễn thông đƣợ c chết tạo từ thủy tinhnên giòn và dễ gẫy.

Nếu hệ thống thông tin quang bị hỏng thì viêc sửa chữa đòi hỏi phải có mộtnhóm kỹ thuật viên có kỹ năng tốt cùng các thiết bị thích hợ p.

Muốn cấp nguồn từ xa cho các trạm lặp cần có thêm dây đồng bên trong sợ iquang.

Khi có nƣớc, hơi ẩm lọt vào cáp thì sẽ nhanh chóng bị hỏng và các mối hàn

mau lão hóa làm tăng tổn hao. Do sợi có kích thƣớ c nhỏ nên hiệu suất của nguồn quang thấp. Vì đặc tính bức xạ không tuyến tính của laze diode nên hạn chế truyền analog

Khi truyền tín hiệu trên hệ thống thông tin quang hay bị lỗi tín hiệu khi chuyểnđổi quang – điện và điện – quang.

Thiết bị thu phát quang đắt đỏ. Vấn đề an toàn lao động khi hàn nối cáp quang cũng cần hết sức chú ý. Vì khi

hàn nối sợ i quang cần để các mảnh cắt vào lọ kín để tránh đâm vào tay, vìkhông có phƣơng tiện nào có thể phát hiện mảnh thủy tinh trong cơ thể. Ngoàira, không đƣợ c nhìn trực diện vào đầu sợ i quang hay các khớ p nối để hở phòngngừa có ánh sáng truyền trong sợ i quang chiếu trực tiếp vào mắt. Ánh sáng sử dụng trong hệ thống thông tin quang là ánh sáng hồng ngoại, mắt ngƣờ i khôngcảm nhận đƣợ c nên không thể điều tiết khi có nguồn năng lƣợ ng này và sẽ gâynguy hại cho mắt.



8

1.4.3 Ứng dụng

Nhờ những ƣu điểm trên mà sợi quang đƣợ c ứng dụng trong các mạng lƣới điện thoại,số liệu, máy tính và phát thanh, truyền hình ( dịch vụ băng rộng) và sẽ đƣợ c sử dụngtrong ISDN ( là mạng kết hợ p giữa kỹ thuật chuyển mạch kênh vớ i kỹ thuật chuyển mạchgói), trong điện lực các ứng dụng y tế quân sự và cũng nhƣ trong các thiết bị đo.

Hiện nay thông tin quang đƣợ c ứng dụng rộng rãi:

Sử dụng trong các tuyến truyền dẫn quốc tế, kết nối Việt Nam với các nƣớ ctrên thế giớ i. cụ thể có các tuyến chính nhƣ: TVH(kết nối Thái Lan, Việt Namvà Hồng Kong); SEA-ME-WE 3(nối các nƣớc Đông Nam Á, Trung Đông vàTây Âu); tuyến cáp quang liên Á…Dự án cáp quang biển AAG, có chiều dàigần 20.000 km, bắt đầu từ Malaysia (TM) và kết cuối tại Mỹ (AT&T). AAG có

các điểm cập bờ tại Mersing (Malaysia), Changi (Singapore), Sri Racha (TháiLan), Tungku (Brunei), Vũng Tàu (Việt Nam), Currimao (Philippines), SouthLantau (Hong Kong), Guam (Mỹ), Hawaii (Mỹ)...có tác dụng kết nối internetquốc tế. Nhánh cáp rẽ vào Việt Nam có chiều dài 314 km, cập bờ tại Vũng Tàu.Hiện Việt Nam có 4 thành viên tham gia AAG gồm: FPT Telecom, VNPT,Viettel và SPT.

Sử dụng trong các tuyến truyền dẫn liên tỉnh và nội tỉnh để kết nối thông tingiữa các tổng đâì vớ i nhau. Cụ thể nhƣ các tuyến quốc lộ 1A, tuyến cáp quangtrên đƣờng 500KV(điện lực), tuyến cáp quang đƣờ ng Hồ Chí Minh, đƣờng 5…

Sử dụng mạng truy nhập để cung cấp đƣờ ng truyền tốc độ cao tới các cơ quan,doanh nghiệp cá nhân có nhu cầu. Ví dụ, cung cấp dƣờ ng truyền tốc độ caohoặc kết hợ p với cáp đồng trong các mạng truyền hình cáp.

Mạng đƣờ ng trục xuyên quốc gia. Mạng đƣờ ng trục quốc gia của VNPT baogồm mạng cáp quang Bắc - Nam dung lƣợ ng 360 Gbps, cáp quang dọc theotuyến 500 KV, cáp quang ven biển. Mạng đƣợ c kết nối vòng Ring đảm bảothông tin liên lạc thông suốt trong mọi tình huống. Và Viettel cũng đã và đangxây dựng mạng truyền dẫn đƣờ ng trục Backbone với dung lƣợng 2,5Gb/s đƣợ cnâng cấp lên 10Gb/s, sử dụng công nghệ ghép bƣớ c sóng WDM và phân cấp số đồng bộ SDH. Vớ i việc sử dụng cáp quang trên đƣờ ng dây 500 KV và phốihợ p vớ i Tổng Công ty đƣờ ng sắt Việt nam xây dựng mới đƣờ ng trục cáp quangdọc tuyến đƣờ ng sắt Bắc Nam, mạng đƣờ ng trục Bắc Nam của Viettel pháttriển theo cấu hình bao gồm các mạng vòng vu hồi WDM SDH với độ tin cậyvà khả năng dự phòng cao.

Mạng truyền số liệu, mạng LAN



9

Mạng truyền hình cáp cung cấp cho ngƣờ i sử dụng dịch vụ truyền hình chấtlƣợ ng cao thông qua dƣờng cáp quang hay cáp đồng trục kết nối nhà cung cấpvới ngƣờ i sử dụng.

Hiện nay các nhà mạng sử dụng dịch vụ truy nhập internet siêu tốc dựa trêncông nghệ cáp quang FTTH. Với dịch vụ này, các nhu cầu về truyền tải dữ liệu,truy nhập tốc độ cao với băng thông rộng đƣợc đáp ứng một cách hoàn hảo vàchi phí hợp lý. Đây là công nghệ tiên tiến hiện nay và đang đƣợc các quốc giatrên thế giới tin dùng, nhƣ Hàn Quốc, Nhật Bản, Hoa Kỳ,…



10

CHƢƠNG 2. HIỆN TƢỢNG TÁN SẮC

2.1.Khái niệm tán sắc Tán sắc là hiện tƣợng tín hiệu quang truyền qua sợi quang bị giãn ra. Nếu xung

giãn ra lớn hơn chu kỳ bít sẽ dẫn tới sự chồng lấp giữa các bít kế cận nhau. Kết quả làđầu thu không nhận diện đƣợc bít 1 hay bít 0 đã đƣợc truyền đi ở đầu phát, dẫn tới bộquyết định trong đầu thu sẽ quyết định sai, và khi đó tỉ số BER tăng lên, tỷ số S/N giảmvà chất lƣợng hệ thống giảm. Hình dƣới đây minh họa cho sự mở rộng xung do tán sắc.

Gọi D là độ tán sắc tổng cộng của sợi quang, đơn vị là giây (s). Khi đó D đƣợc xác định

bở i trong đó Ti, T0 lần lƣợt là độ rộng tại điểm một nữa công suấtcực đại của xung ngõ vào và ngõ ra của sợi quang (đơn vị là s). Độ tán sắc qua mỗi kmsợi quang đƣợc tính bằng ns/km hoặc ps/km. Đối với loại tán sắc phụ thuộc vào bề rộng

phổ của nguồn quang thì lúc đó đơn vị đƣợc tính là ps/km-nm.

Tán sắc gây ra tăng BER



11

2.2 Các loại tán sắc

Trong Thông Tin Quang ngƣờ i ta chia ra thành 3 loại tán sắc nhƣ sau: tán sắcmode,tán sắc phân cực mode và tán sắc sắc thể (trong đó tán sắc sắc thể bao gồm tán sắcống dẫn sóng và tán sắc vật liệu). Khi sợ i truyền dẫn là đa mode (tức loại sợ i quang có

thể truyềncùng lúc nhiều mode sóng khác nhau trong lõi) thì ta có tất cả các loại tán sắcnói trên. Nhƣng khi công nghệ chế tạo sợi đã phát triển thì sợi đơn mode ra đờ i và nókhắc phụcđƣợ c tán sắc mode của sợi đa mode. Tuy nhiên, vì bản chất chiết suất Silica làphụ thuộcvào bƣớc sóng, hơn nữa nguồn phát không thể phát ra ánh sáng đơn sắc (ánhsáng chỉ cómột bƣớ c sóng) mà là một chùm tia sáng vớ i một độ rộng phổ nào đó. Chínhvì thế trong sợi đơn mode vẫn còn tồn tại tán sắc, đó là tán sắc phân cực mode và tán sắcsắc thể. Ngày nay, vớ i công nghệ chế tạo phát triển mạnh mẽ ngƣời ta đã chế tạo ra đƣợ ccác loại sợ i quang mớ i có mức tán sắc giảm đáng kể. Những sợi này đƣợc dùng để lắp đặttrong các mạng mớ i cần tốc độ bít cao và cự ly lớn. Sau đây ta sẽ tìm hiểu khái niệm cơ

bản về các loại tán sắc trong sợ i quang.

Hình sau đây mô tả sơ đồ các loại tán sắc trong sợ i quang

2.2.1 Tán sắc mode (Modal Dispersion):

Một mode sóng có thể đƣợ c xem là một trạng thái truyền ổn định của ánh sángtrong sợ i quang. Khi truyền trong sợi quang, ánh sáng đi theo nhiều đƣờ ng khác nhau,trạng thái ổn định của các đƣờng này đƣợ c gọi là những Mode sóng. Có thể hình dunggần đúng một mode sóng ứng vớ i một tia sáng.Tán sắc mode là do năng lƣợ ng của ánh



12

sáng bị phân tán thành nhiều mode. Mỗi mode lại truyền vớ i vận tốc nhóm khác nhau,nên thờ i gian truyền đến đầu thu của các mode khác nhau là khác nhau gây ra tán sắc. Rõràng ta thấy tán sắc mode chỉ tồn tại ở sợi đa mode, do đó muốn loại bỏ tán sắc mode thìta phải sử dụng sợi đơn mode. Vì vậy khi xét đến tán sắc mode ta chỉ xét ở sợi đa

mode. Nhƣ ta đã biết, khẩu độ số (NA) biểu diễn khả năng thu ánh sáng của sợ i quang.Khẩu độ số càng lớ n thì càng dễ hƣớ ng ánh sáng vào sợi quang. Nhƣ vậy ta có cảm giácnhƣ khẩu độ số càng lớ n thì càng tốt. Nhƣng điều này là không đúng, có một trở ngạikhiến ta không thể tăng khẩu độ số lớn. Để hiểu đƣợc điều này ta hãy xem xét các modetrong sợ i quang. Sự thật là ánh sáng chỉ có thể truyền trong sợi quang nhƣ một tập hợ pcủa những luồng sáng hoặc những tia sáng riêng lẻ. Nói cách khác, nếu ta có khả năngnhìn vào sợ i quang ta sẽ thấy một tập hợp những luồng sáng truyền với góc α biến thiêntừ 0 đến αc nhƣ đƣợc minh họa ở hình sau:

Cách thức các luồng sáng tương ứng với các mode đi trong sợi quang

Những luồng sáng khác nhau đƣợc gọi là những mode. Ta phân biệt các mode bằng góc truyền của chúng, hay đánh số thứ tự để chỉ những mode riêng biệt. Nguyên tắclà: góc truyền của mode càng nhỏ thì số thứ tự của mode càng thấp. Nhƣ vậy modetruyền dọc theo tâm sợi là mode 0 (hay còn gọi là mode cơ bản) và mode truyền ở góctruyền tới hạn (αc) là mode có số thứ tự lớn nhất có thể của sợi quang. Nhiều mode có thểcùng tồn tại trong sợi quang, và sợi quang có nhiều mode truyền đƣợc gọi là sợi đa mode. Số lƣợ ng mode: số lƣợ ng mode của sợ i quang phụ thuộc vào đặc tính quang và hình họccủa sợ i. Nếu đƣờ ng kính lõi càng lớ n, lõi càng chứa đƣợ c nhiều mode sóng. Và bƣớ c

sóng ánh sáng càng ngắn thì sợ i quang càng chứa đƣợ c nhiều mode sóng. Nếu khẩu độ số càng lớ n thì số lƣợ ng mode sóng sợi thu đƣợ c càng nhiều. Nhƣ vậy có thể kết luận là số lƣợ ng mode sóng trong sợ i quang tỉ lệ thuận với đƣờ ng kính sợ i (d), khẩu độ số (NA)và tỉ lệ nghịch với bƣớ c sóng ánh sáng sử dụng (λ).

Gọi V là tần số chuẩn hóa, ta có:



13

thì số lƣợng mode đƣợc tính nhƣ sau: N=V 2 /2 (đối vớ i sợ i SI), N= V

2 /4(đối vớ i sợ i GI)

Nhƣ vậy ta thấy đối vớ i sợi đa mode khi luồng sáng phát ra từ nguồn quang đivàosợ i quang chia thành một tập hợ p mode. Trong sợ i, công suất quang tổng cộng đƣợ cmang bở i nhiều mode riêng lẻ, và tại đầu ra những phần nhỏ hợ p lại thành luồng ra vớ icông suấtcủa nó. Hình sau sẽ minh họa cho vấn đề trên (vớ i 4 mode làm ví dụ)

Cách thứ c công suất quang đượ c mang bở i các mode truyề n trong sợ i quang và

gây tán sắ c

Từ hình trên ta thấy độ rộng xung tín hiệu sau sợi quang đƣợ c bắt đầu bằng mode1và kết thúc bằng mode 4. Do độ trễ về thờ i gian giữa các mode nên xung tín hiệu bị giãn

ra (T0>Ti).



14

Tán sắ c trong sợ i SI

Tán sắ c mode trong sợ i GI

2.2.2 Tán sắc trong sợi đơn mode

Nhƣ ta đã xét ở phần trên, tán sắc mode là nguyên nhân chủ yếu gây ra sự hạn chế tốc độ bít trong hệ thống Thông Tin Quang sử dụng sợi đa mode. Điều này không cónghĩa là trong sợi đa mode chỉ có tán sắc mode, mà nó còn chịu ảnh hƣở ng của nhiều loạitán sắc khác. Tuy nhiên do tán sắc mode có ảnh hƣở ng lớn hơn cả nên ta chỉ xét tán sắcmode trong sợi đa mode. Để khắc phục tán sắc mode ngƣời ta đã chế tạo ra loại sợ i quangchỉ truyền một mode sóng, sợi quang nhƣ thế đƣợ c gọi là sợi đơn mode (SMF- SingleMode Fiber). Rõ ràng ta thấy sợi đơn mode đã khắc phục đƣợ c hoàn toàn tán sắc mode.

Vì thế tốc độ truyền dẫn đƣợ c cải thiện đáng kể và tăng đƣợ c cự ly thông tin. Tuy nhiênvì sợi đơn mode vẫn đƣợ c chế tạo từ Silica nên nó sẽ còn chịu ảnh hƣở ng của các loại ánsắc khác nhƣ tán sắc sắc thể và tán sắc phân cực mode. Trong đó tán sắc sắc thể lànguyên nhân chính gây hạn chế tốc độ bít.

Bây giờ ta sẽ đi khảo sát hiện tƣợ ng tán sắc sắc thể trong sợ i quang. Ở đây khôngmất tính tổng quát khi ta xét tán sắc sắc thể trong sợi đơn mode. Có thể nói nguyên nhân



15

sâu xa của tán sắc sắc thể là do bộ phát quang (LED, LAZER) không phát ra ánh sángđơ n sắc (ánh sáng chỉ có một bƣớ c sóng), mà nó phát ra một chùm tia sáng có bƣớ c sóngtrung âm (tại công suất phát cực đại) và các bƣớ c sóng biên, hay còn gọi là độ rộng phổ nguồn phát. Tức là nguồn phát phát ra ánh sáng nằm trong một dải tần (dải bƣớ c sóng).

Mà nhƣ ta đã biết thì chiết suất của sợ i làm từ Silica là một hàm phụ thuộc vào bƣớ c sóng(hay tần số), nên vận tốc lan truyền của các thành phần tần số khác nhau là khác nhau, vànó phụ thuộc vào bƣớ c sóng theo công thức sau:

Tán sắc sắc thể có hai nguyên nhân sinh ra nó: Thứ nhất nhƣ ta biết là cácthành phần tần số khác nhau di chuyển vớ i vận tốc khác nhau, và tán sắc do nguyên nhânnày ngƣờ i ta gọi là tán sắc vật liệu, đây là nguyên nhân chủ yếu của tán sắc sắc thể. Tuynhiên còn có thành phần tán sắc thứ hai là tán sắc ống dẫn sóng, mà nguyên nhân sinh ranó là do năng lƣợ ng ánh sáng truyền đi có một phần trong lõi và một phần trong lớ p bọc.Sự phân bố năng lƣợ ng giữa lõi và lớ p bọc là một hàm của bƣớ c sóng, cụ thể là nếu bƣớ csóng dài hơn thì năng lƣợ ng trong lớ p bọc nhiều hơn. Nhƣ vậy nếu bƣớc sóng thay đổi,sự phân bố năng lƣợ ng sẽ thay đổi và kết quả là hệ số lan truyền β cũng thay đổi. Đâychính là sự giải thích cho tán sắc ống dẫn sóng.

Bên cạnh tán sắc sắc thể và tán sắc phân cực mode, trong sợ i quang còn tồn tạimột loại tán sắc không kém phần quan trọng đó là tán sắc vận tốc nhóm. Nhƣ ta đã biết,ƣu điểm chính của sợi đơn mode là không có tán sắc mode bởi vì năng lƣợng đƣa vàoxung chỉ đƣợ c chuyên chở bở i một mode đơn duy nhất. Tuy nhiên sự mở rộng xungkhông biến mất hoàn toàn, vì vận tốc nhóm của mode cơ bản thì phụ thuộc vào tần số do

tán sắc sắc thể. Kết quả là các thành phần phổ khác nhau của xung truyền có vận tốcnhóm khác nhau một chút, và tán sắc có nguyên nhân nhƣ trên đƣợ c gọi là tán sắc vận tốcnhóm.

2.2.3 Tán sắc vận tốc nhóm (GVD – Group Velocity Dispersion)

Xét sợi đơn mode có chiều dài L. Một thành phần phổ riêng biệt tại bƣớc sóng λcó tần số góc là ω sẽ đến ngõ ra cuối sợ i quang sau một độ trễ về mặt thờ i gian là T=L/vg

Trong đó vg là vận tốc nhóm và đƣợc định nghĩa là:

(1)

Bằng cách áp dụng (β là hằng số lan truyền) vào phƣơng trình(1) ta

có thể tính đƣợ c trong đó ng là chiết suất nhóm và đƣợ c cho bở i :



16

(2)

Sự phụ thuộc vào tần số của vận tốc nhóm dẫn đến sự mở rộng xung, đơn giản làbở ivì các thành phần phổ khác nhau của xung bị tán sắc trong suốt sự lan truyền và

không đến ngõ ra của sợ i cùng một lúc. Nếu Δω là độ rộng phổ của xung thì phạm vi mở rộng xung đối vớ i sợ i có chiều dài L đƣợ c cho bở i:

(3)

trong đó phƣơng trình (1) đƣợ c sử dụng để biến đổi. Tham số đƣợ c gọilà tham số tán sắc vận tốc nhóm . Nó quyết định xung quang bị mở rộng bao nhiêu khilan truyền trong sợ i.

Trong một số hệ thống Thông Tin Quang, sự trải ra về mặt tần số Δω đƣợ c quyếtđịnh bở i dải các bƣớ c sóng Δλ đã phát bở i nguồn quang. Thông thƣờ ng ta sử dụngΔλ thay cho Δω Bằng cách sử dụng

Phƣơng trình (3) có thể đƣợ c viết lại:

(4)

trong đó

(5)

D đƣợ c gọi là hệ số tán sắc và có đơn vị là ps/km-nm. [1] Ảnh hƣở ng của tán sắc lên tốcđộ bít B có thể đƣợc ƣớ c tính bằng cách sử dụng điều kiện B. ΔT<1. Bằng cách sử dụng

ΔT trong phƣơng trình (4) thì điều kiện này trở thành:

(6)

Phƣơng trình này cho ta một ƣớ c tính về tích B.L của sợi quang đơn mode. Đốivớ i sợi quang đơn mode chuẩn thì D tƣơng đố i nhỏ trong vùng bƣớ c sóng 1,3µm (D xấpxỉ1ps/km-nm) . Đối vớ i Lazer bán dẫn có độ rộng phổ Δλ từ 2 đến 4nm thì giá trị B.L có



17

thể vƣợ t quá 100Gbps-km . Trong thực tế ta có các hệ thống hoạt động tại bƣớ csóng1,3µm cótốc độ bít là 2Gbps vớ i khoảng cách trạm lặp từ 40 đến 50km. Giá trị B.Lcủa sợi đơn modecó thể vƣợ t quá 1Tbps-km khi Lazer bán dẫn đơn mode đƣợ c sử dụngđể giảm Δλ dƣớ i1nm.

Hệ số tán sắc D thay đổi đáng kể khi bƣớ c sóng làm việc dịch ra khỏi 1,3 µm. Sự phụ thuộc vào bƣớ c sóng của D là do sự phụ thuộc vào tần số của chiết suất mode n.Từ phƣơng trình (5) D có thể đƣợ c viết lại:

(7)

trong đó phƣơng trình (2) đƣợ c sử dụng để biến đổi. Ngƣời ta đã chứng minh đƣợ c D cóthể đƣợ c viết nhƣ là tổng của hai số hạng: [1] D = DM + DW (8) trong đó DM là tán sắc vật

liệu, DW là tán sắc ống dẫn sóng và đƣợ c cho bở i:

(8)

(9)

ở đây n2g là chiết suất nhóm của lớ p bọc, V là tần số chuẩn hóa, b là hằng số lantruyềnchuẩn hóa, Δ là sự chênh lệch chiết suất tƣơng đối giữa lõi và lớ p bọc. Trong các phƣơngtrình từ (8) đến (10) thì tham số Δ đƣợc xem là độc lập vớ i tần số.

2.2.4 Tán sắc vật liệu (Material Dispersion)

Tán sắc vật liệu xãy ra do chiết suất của Silica (nguyên liệu đƣợ c sử dụng để chế tạo sợi quang) thay đổi theo tần số quang ω (tức phụ thuộc vào bƣớ c sóng tín hiệu).

Hình sau đây sẽ cho thấy sự phụ thuộc vào bƣớ c sóng của chiết suất (n) và chiết suất

nhóm (ng) trong dải từ 0,5µm đến 1,6µm đối vớ i sợ i Silica nóng chảy.



18

Sự thay đổ i của chiế t suấ t n và chiế t suấ t nhóm ng theo

bướ c sóng của silica nóng chả y

Tán sắc vật liệu (DM) có liên hệ với độ dốc của ng bở i công thức (9) nhƣ sau:

Mà vì dng /dλ= 0 tại bƣớ c sóng 1,276µm nên DM = 0 tại λZD=1,276µm (λZD đƣợ cgọi là bƣớ c sóng tán sắc 0). Hệ số tán sắc DM âm khi λ< λZD và dƣơng khi λ> λZD.Trongdải bƣớ c sóng từ 1,25 đến 1,66 µm thì DM có thể đƣợ c xấp xỉ bằng công thức :

(11)

Lƣu ý: λZD chỉ bằng 1,276 µm đối vớ i sợ i Silica thuần khiết. Giá trị của λZD có thể thay đổi trong dải từ 1,27 đến 1,29 µm đối vớ i sợ i quang mà lõi và lớ p bọc đƣợ c pha tạp

chất để thay đổi chiết suất. Bƣớ c sóng tán sắc 0 (λZD) của sợi quang cũng phụ thuộcvào bán kính lõi (a) và bƣớ c nhảy chiết suất (Δ) của sợ i quang.

2.2.5 Tán sắc ống dẫn sóng (Waveguide Dispersion)

Trong sợi đa mode, tán sắc ống dẫn sóng là một phần nhỏ trong tán sắc tổng, do đóthƣờ ng thấy thuật ngữ tán sắc sắc thể và tán sắc chất liệu có thể sử dụng hoán chuyển cho



19

nhau khi xét sợi đa mode. Nhƣng đối vớ i sợi đơn mode thì tán sắc ống dẫn sóng lại làmột thành phần tán sắc quan trọng. Tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng phụ thuộclẫn nhau và do đó ta phải xét chúng cùng nhau . Do xấp xỉ nên ta có thể bỏ qua sự phụ thuộc để xét riêng chúng.

Tán sắc ống dẫn sóng xuất hiện là do ánh sáng đƣợ c truyền bở i cấu trúc là sợ iquang.Cơ chế gây ra tán sắc ống dẫn sóng trong sợi đơn mode nhƣ sau: Sau khi đi vào sợ iquang,một xung ánh sáng mang thông tin sẽ đƣợ c phân bố giữa lõi và lớ p bọc nhƣ đƣợ cminh họa ở hình sau:

Sự phân bố cường độ ánh sáng trong sợi đơn mode.

MDF là đường kính trườ ng mode.

Hai thành phần ánh sáng trong lõi và lớ p bọc truyền vớ i vận tốc khác nhau (do lõivàlớ p bọc có chiết suất khác nhau), nên đến cuối sợ i quang vào các thời điểm khác nhaugâyra tán sắc.Từ hình trên ta thấy tán sắc ống dẫn sóng phụ thuộc vào sự phân bố trƣờ ngmodegiữa lõi và lớ p bọc, tức phụ thuộc vào đƣờ ng kính của trƣờ ng mode (MFD – ModeFieldDiameter) mà MFD lại phụ thuộc vào bƣớc sóng, do đó tán sắc ống dẫn sóng là phụ thuộcvào bƣớ c sóng.

Tán sắc ống dẫn sóng (DW) đƣợc tính nhƣ trong phƣơng trình (10) và phụ thuộcvào thamsố V ( tần số chuẩn hóa ) của sợ i.

Hình sau cho thấy sự thay đổi của d(Vb)/dV và Vd 2(Vb)/dV 2 theo V



20

T ần số chuẩ n hóa V

Từ hình ta thấy cả d(Vb)/dV và Vd 2

(Vb)/dV 2

đều dƣơng nên theo công thức (10) thìDW âm trong toàn bộ dải bƣớ c sóng từ 0 đến 1,6µm.

Hình sau đây sẽ cho thấy DM , DW và tổng của chúng D= DM + DW của một sợ iquang đơn mode thông thƣờ ng.

Tán sắ c t ổ ng cộng D và sự phân bố tương đố i của tán sắ c chấ t liệu (D M ) và tán

sắ c ố ng d ẫ n sóng (DW ) của sợi đơn mode thường. Bướ c sóng tán sắc 0 (λ ZD)

d ịch đế n giá tr ị cao hơn nhờ sự phân bố ố ng d ẫ n sóng.

Ta thấy tán sắc ống dẫn sóng (DW) làm cho bƣớ c sóng tán sắc 0 (λZD) dịch khoảng30 đến 40nm để tán sắc tổng (D) bằng 0 ở gần bƣớ c sóng 1,31µm. Ngoài ra, tán sắc ốngdẫn sóng còn làm giảm tán sắc tổng từ giá trị tán sắc vật liệu (DM) trong dải bƣớ c sóng từ 1,3µm đến 1,6µm. Giá trị tiêu biểu của D là từ 15 đến 18ps/(km-nm) ở gần bƣớ csóng1,55µm. Khi D lớ n sẽ hạn chế hoạt động của hệ thống tại bƣớ c sóng 1,55 µm. Vì DW



21

phụ thuộc vào tham số sợi nhƣ bán kính lõi a và sự chênh lệch chiết suất Δ nên ta có thể thiết kế sợi để bƣớ c sóng tán sắc 0 dịch đến lân cận giá trị 1,55µm. Sợi nhƣ thế gọi là sợ idịch tán sắc. Ta còn có thể ghép sự phân bố ống dẫn sóng để D tƣơng đối nhỏ qua một dải

bƣớ c sóng từ 1,3µm đến 1,6µm, sợ i loại này gọi là sợ i san bằng tán sắc.

Hình sau đây cho thấy các ví dụ tiêu biểu về sự phụ thuộc bƣớ c sóng của D đối vớ isợ i chuẩn (sợi thƣờ ng), sợ i dịch tán sắc và sợ i san bằng tán sắc.

Sự phụ thuộc vào bướ c sóng của hệ số tán sắc D đố i vớ i sợ i chuẩ n,

sợ i d ịch tán sắ c và sợ i san bằ ng tán sắ c.

2.2.6 Tán sắc bậc cao hơn (Higher-Order Dispersion)

Từ phƣơng trình (6) ta thấy giá trị B.L của sợi đơn mode có thể tăng lên đến vôcùng khi hoạt động tại bƣớ c sóng tán sắc 0 (λZD) vì D=0. Tuy nhiên các ảnh hƣở ng tánsắc không biến mất hoàn toàn tại bƣớ c sóng tán sắc 0. Các xung quang vẫn bị trải rộng doảnh hƣở ng của tán sắc bậc cao hơn. Tán sắc tổng (D) không thể bằng 0 tại tất cả các bƣớ csóng trong dải phổ của một xung tập trung tại bƣớ c sóng tán sắc 0. Rõ ràng là sự phụ thuộc vào bƣớ c sóng của D sẽ đóng một vai trò quan trọng trong sự mở rộng xung. Cácảnh hƣở ng của tán sắc bậc cao hơn bị chi phối bởi độ dốc tán sắc S=dD/dλ, tham số S cònđƣợ c gọi là tham số tán sắc vi phân.

Giá trị của độ dốc tán sắc (S) đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết kế cáchệ thống WDM hiện nay. Vì S > 0 đối vớ i hầu hết các loại sợ i, các kênh khác nhau có giátrị GVD hơi khác nhau. Điều này gây khó khăn cho việc bù tán sắc tất cả các kênh cùngmột lúc. Để giải quyết vấn đề này, các loại sợ i quang mới đã đƣợ c phát triển, chúng có Skhông những nhỏ (độ dốc tán sắc giảm) mà còn âm (sợ i tán sắc ngƣợ c). Bảng sau cho tadanh sách các đặc tính của các loại sợ i hiện có trên thị trƣờ ng.



22

Đặc tính của một số loại sợi quang có tính thƣơng mại trên thị trƣờ ng:

Từ phƣơng trình (6) ta thấy giớ i hạn tốc độ bít của kênh hoạt động tại bƣớ c sóng

tán sắc 0 (λZD) là vô cùng lớn. Tuy nhiên không đúng nhƣ thế, vì S sẽ trở thành nhân tố giớ i hạn trong trƣờ ng hợ p này. Chúng ta có thể ƣớ c tính tốc độ bít giớ i hạn bằng việc chúý là đối vớ i nguồn có độ rộng phổ Δλ giá trị hiệu dụng của hệ số tán sắc trở thành

D=S.Δλ[1]và phƣơng trình (6) trở thành : (12)

Đối vớ i Lazer bán dẫn đa mode có Δλ = 2nm và một sợ i quang dịch tán sắc cóS=0,05ps/(km-nm2) tại bƣớc sóng 1,55µm thì B.L đạt 5Tbps-km (giá trị này sẽ đƣợ c cảithiện nếu dùng Lazer bán dẫn đơn mode).

2.2.7 Tán sắc phân cực mode (Polarization – Mode Dispersion)

Nguồn gốc của sự mở rộng xung trong trƣờ ng hợp này có liên quan đến sự khúc

xạ hai lần (Birefringence) của sợ i ( lần lƣợ t là chiết suất modecủa các mode phân cực trực giao). Sự không đối xứng tròn của lõi tạo ra sự phản xạ hailần do chiết suất mode ứng vớ i các thành phần phân cực trực giao của mode cơ bản làkhác nhau. Nếu xung ngõ vào kích cả hai thành phần phân cực thì nó trở nên rộng hơn dohai thành phần tán sắc dọc theo sợ i có vận tốc nhóm khác nhau. Hiện tƣợ ng này gọi là tánsắc phân cực mode (PMD).

Trong những sợ i có Bm là hằng số (ví dụ sợ i duy trì phân cực) sự mở rộng xungƣớ c tính từ độ trễ về mặt thờ i gian giữa hai trạng thái phân cực trong suốt quá trình lantruyền xung là ΔT. Đối vớ i sợ i có chiều dài L thì ΔT đƣợ c cho bở i:



23

(13)

trong đó x, y dùng để chỉ hai mode phân cực trực giao; Δβ1có liên hệ vớ i chênh lệch vận

tốc nhóm của hai trạng thái phân cực. Phƣơng trình (1) đƣợ c sử dụng để có sự liên hệ giữa vgvớ i hằng số lan truyền β, và ΔT/L là đại lƣợng để đánh giá PMD. Đối vớ i sợ i duytrì phân cực thì ΔT/L lớ n (khoảng 1ns/km) khi hai thành phần đƣợ c kích bằng nhau tạingõ vào của sợi, nhƣng có thể giảm đến 0 nhờ đƣa ánh sáng dọc một trục chính .

Đối vớ i sợi thƣờng thì hơi khác vì Birefringence thay đổi dọc theo chiều dài sợ imột cách ngẫu nhiên. Đối vớ i một xung quang, trạng thái phân cực còn khác đối vớ i cácthành phần phổ khác nhau của xung. Trạng thái phân cực cuối cùng không là sự quan tâmđối vớ i hầu hết các hệ thống Thông Tin Quang vì Photodetector dùng trong bộ thu không

nhạy vớ i trạng thái phân cực trừ khi sử dụng tách sóng Coherent. Vấn đề ảnh hƣởng đếncác hệ thống nhƣ thế này không phải là trạng thái phân cực ngẫu nhiên nhƣng xung lại bị mở rộng do sự thay đổi ngẫu nhiên của Birefringence.

Một xung quang không đƣợ c phân cực dọc theo hai trạng thái chính chia làmhai phần lan truyền vớ i tốc độ khác nhau. Độ trễ nhóm vi sai ΔT lớ n nhất đối vớ i haitrạng thái phân cực chính

2.3 Ảnh hưở ng của tán sắc trong hệ thống thông tin quang:

Khi sử dụng EDFA trên tuyến thì vấn đề suy hao đã đƣợ c giải quyết, cự ly truyềndẫn đƣợ c nâng lên rõ rệt, nhƣng tổng tán sắc cũng tăng lên. Do đó, lại yêu cầu phải giảiquyết vấn đề tán sắc, nếu không, không thể thực hiện đƣợ c việc truyền thông tin tốc độ cao và truyền dẫn cự ly dài. Bây giờ , ảnh hƣở ng của hiệu ứng tán sắc sợ i quang lại là mộtyếu tố hạn chế chủ yếu, nhất là đối vớ i hệ thống tốc độ cao lại càng thể hiện rõ rệt. Ví dụ,sợ i quang G. 652 tán sắc ở tốc độ 2,5 Gbit/s cự ly bị hạn chế ở khoảng 928 km, nếu tốc



24

độ tăng lên 10 Gbit/s thì cự ly truyền dẫn bị hạn chế chỉ còn 58 km. Bảng 2.4 nói về cự lybị hạn chế bở i tán sắc khi không có trạm lặp.Bản chất của tán sắc là sự giãn rộng xung tínhiệu khi truyền dẫn trên sợ i quang. Tán sắc ảnh hƣởng đến các sợi đơn mode bao gồm:tán sắc vận tốc nhóm, tán sắc phân cực mode, tán sắc bậc cao và tán sắc dẫn sóng.

Phƣơng pháp xác định ảnh hƣở ng của tán sắc đến hệ thống thông tin quang thôngqua tính toán quỹ công suất hệ thống PB bằng việc thiết kế độ dài tuyến đƣợ c thiết lậptheo công thức (14).

(14)Trong đó Pt(t) : công suất tín hiệu phát có tính cả ảnh hƣở ng chirp phi tuyến.

G: độ khuếch đại của các bộ EDFA.

PM : công suất dự phòng của hệ thống

PD : công suất tổn thất do tán sắc, đây chính là công suất tƣơng đƣơng do năng lƣợ ng phổ của xung tín hiệu bị dãn ra ngoài khe thời gian đã định sinh ra.

Pp : công suất đền bù lƣợ ng công suất mất mát.

Ps (G,NF): độ nhạy thu có tính cả ảnh hƣở ng của bộ khuếch đại và nhiễu của EDFA

Ns , Nc là số mối hàn và số mối nối quang



25

Hình sau đây là kết quả tính toán tìm thấy sự mất mát công suất của hệ thống dotán sắc gây ra đối vớ i hệ thống 1 Gbit/s và 2,5 Gbit/s. Kết quả cho thấy hệ thống 2,5Gbit/s bị tổn thất công suất hệ thống nhiều hơn so vớ i hệ thống 1 Gbit/s vớ i cùng một giátrị tán sắc. Đối vớ i tốc độ bít 2,5 Gbit/s, công suất bị mất mát là không đáng kể khi tán

sắc nhỏ hơn 100ps/nm. Tuy nhiên, mất mát công suất tăng dần dần trong khoảng từ 100ps/nm đến200ps/nm. Khi tán sắc vƣợ t quá 200ps/nm, lƣợ ng công suất quang bị tổnthất rất nhanh. Ở giá trị 300ps/nm thì công suất mất mát đã lên tớ i 4dB. Trong khi đó ở tốc độ 1 Gbit/s, sự mất mát công suất trong trƣờ ng hợ p này gần bằng 0 khi tán sắc nhỏ hơn 100ps/nm, tớ i giátrị 760ps/nm thi công suất mất mát là 4 dB. Nhƣ vậy, rõ ràng rằngtán sắc làm giớ i hạn đáng kể tốc độ truyền dẫn của hệ thống thông tin quang.

K ế t quả tính toán lượ ng công suấ t bị t ổ n thấ t phụ thuộc vào tán sắ c

cho hệ thố ng 1Gbit/s và 2,5 Gbit/s.

Hình dƣớ i là kết quả tính toán xác định lƣợ ng công suất tín hiệu bị mất mát chocác hệ thống thông tin quang 2,5Gbit/s vớ i các Laser có phổ rộng 0,1 nm, 0,2 nm, và 0,3nm. Từ kết quả thu đƣợ c có thể thấy rằng nhìn chung, lƣợ ng công suất bị tổn thất sẽ tăngnhanh khi cự ly truyền dẫn tăng.



26

Công suấ t quang bị mất khi tăng cự ly truyề n d ẫ n của hệ thố ng 2,5 Gbit/s.

Nhƣ vậy, mặc dù các hệ thống cùng bị mất công suất khi cự ly truyền dẫn tăng.Tuynhiên, các nguồn phát khác nhau sẽ gây ra sự mất tín hiệu cũng khác nhau. Khi độ rộng phổnguồn phát là 0,1 nm, mất mát công suất xảy ra là 4,5 dB khi cự ly truyền dẫndài 52 km. Đối vớ i các hệ thống có phổ nguồn phát phát rộng 0,2 nm và 0,3 nm, côngsuất bị tổn thấttƣơng ứng là 4,5 dB tại 26 km và 6,2 dB tại cự ly chỉ còn 18 km. Khi tăngcự ly vƣợ t quá các giá trị ở trên, tín hiệu bị mất quá lớ n và không thể thiết kế đƣợ c hệ thống thực tiễn kể cảcó sử dụng khuếch đại quang sợi. Đây là các hệ thống sử dụng sợ iG.652 có hệ tán sắcD=18ps/km.nm. Nhƣ vậy, trong hệ thống thông tin quang, ngoài suyhao quang, có nhiều tham số tƣơ ng tác tớ i tán sắc sợ i gây ảnh hƣở ng tớ i hệ thống và làm

mất đi đáng kể lƣợ ng công suất tín hiệu. Đó là các tham số: Cự ly truyền dẫn, tham số tánsắc, tốc độ bít của hệ thống và phổ nguồn phát.



27

CHƢƠNG 3: CÁC PHƢƠNG PHÁP BÙ TÁN SẮC TRONGTHÔNG TIN QUANG

3.1 Sự cần thiết của việc quản lý tán sắc

Nhƣ chúng ta đã xem xét ở Chƣơng 2 ảnh hƣở ng của tán sắc có tác động rất lớ nđếnchất lƣợ ng hệ thống thông tin quang nói chung và hệ thống thông tin quang tốc độ

caoWDM nói riêng. Tán sắc gây ra hiện tƣợ ng dãn rộng xung, gây méo tín hiệu, làm tăngcáclỗi bit xảy ra, ảnh hƣở ng lớn đến tốc độ truyền dẫn của hệ thống. Có thể giảm thiểuảnhhƣở ng của tán sắc vận tốc nhóm ( GVD ) nếu sử dụng các laser phổ hẹp và khi cànggần vớ i bƣớ c sóng tán sắc zero λZD của sợ i quang. Tuy nhiên không phải lúc nào cũng kếthợ p giữa bƣớ c sóng hoạt động λ và λZD . Có thể lấy ví dụ về các hệ thống trên mặt đấtthuộc thế hệthứ ba hoạt động gần bƣớ c sóng λ=1,55 µm.Và sử dụng các thiết bị phátquang laze hồitiếp phân tán ( DFB ). Những hệ thống nhƣ vậy nhìn chung đều sử dụngmạng lƣới cápquang đƣợ c xây dựng trong những năm 1980 bao gồm hơn 50 triệu kmchiều dài của sợiđơn mode “ tiêu chuẩn ” vớ i λZD ≈1,31µm.

Do tham số tán sắc D ≈ 16 ps/(km.nm) trong dải bƣớ c sóng 1,55µmcủa sợi đơnmode, do đó GVD sẽ hạn chế tính năng khi tốc độ bitvƣợt quá 2Gb/s. Để điều biến trựctiếp laze DFB, chúng ta có thể sử dụng phƣơng trình:B.L.|D|.σλ ≤1/4 (với σλ là độ rộngphổ nguồn RMS trong của nguồn) để ƣớ c tính khoảngcách truyền dẫn tối đa nhƣ sau:

(1)

Trong đó sλ là độ rộng RMS của phổ xung đã đƣợ c dãn rộng đáng kể bở i dịch

tầnsố. Khi sử dụng D = 16 ps/(km.nm) và sλ = 0,15 nm trong phƣơng trình (1), các hệ thống sóng ánh sáng hoạt động ở tốc độ 2,5 Gb/s đều bị giớ i hạn ở mức L≈ 42 km. Thựctế,những hệ thống nhƣ thế thƣờ ng sử dụng các thiết bị tái tạo điện tử nằm cách nhau 40km,và không tận dụng đƣợ c tính khả dụng của các bộ khuếch đại quang. Ngoài ra, tốc độ bitcủa chúng cũng không thể vƣợ t quá 2,5 Gb/s vì lý do cự ly của thiết bị tái tạo là quánhỏ đểcó thể đảm bảo khả thi về mặt kinh tế.

Tính năng của hệ thống có thể đƣợ c cải thiện đáng kể bằng cách sử dụng thiết bị điềuchế ngoài, nhƣ vậy có thể tránh đƣợ c hiện tƣợ ng dãn rộng phổ do dịch tần số. Cáchnàyđƣợ c ứng dụng các loại máy phát laze DFB thƣơng mại vớ i một bộ điều chế tích hợ pgắnliền. Vớ i sλ = 0 hạn chế đƣợ c hạn chế khi máy phát sử dụng loại sợ i tiêu chuẩn.

Khoảngcách truyền giớ i hạn khi đó sẽ đƣợc tính nhƣ sau:

(2)



28

Trong đó β2 là hệ số GVD liên quan tớ i D. Nếu thay giá trị β2 = -20 ps2 /km, tại bƣớcsóng 1,55µm, thì L < 500 km và đạt tốc độ 2,5 Gb/s. Mặc dù đã đƣợ c cải thiện đángkể sovới laze DFB điều chế trực tiếp, nhƣng giớ i hạn tán sắc này vẫn đáng đƣợc lƣu tâmkhi cácthiết bị khuếch đại đƣờ ng truyền đƣợ c sử dụng để bù suy hao. Hơn nữa, nếu tốc

độ bit đạt10 Gb/s, khoảng cách truyền giớ i hạn GVD sẽ giảm xuống chỉ còn 30 km, đâylà mức quáthấp để các thiết bị khuếch đại quang có thể đƣợ c sử dụng trong việc thiết kế các hệ thống bƣớc sóng ánh sáng nhƣ vậy. Từ phƣơng trình 2 ta có thể thấy rằng giá trị GVD tƣơng đốilớ n của sợi đơn mode tiêu chuẩn sẽ làm hạn chế tính năng của các hệ thống 1,55µm đƣợ cthiết kế để sử dụng trong mạng lƣớ i viễn thông hiện có khi tốc độ bitđạt 10 Gb/s hoặc caohơn nữa.

Đã có một số mô hình quản lý tán sắc đƣợ c đƣa ra để giải quyết vấn đề mangtínhthực tiễn này. Nền tảng của những mô hình đó là khá đơn giản và có thể hiểu đƣợ cdựa trên phƣơng trình lan truyền đƣợ c viết nhƣ sau:

(3)

Trong đó A là biên độ bao xung. Những ảnh hƣở ng của tán sắc bậc ba đƣợ c kýhiệulà β3. Trong thực tế, ký hiệu này có thể sẽ không đƣợ c sử dụng nếu |β2| lớn hơn 0,1ps2 /km.Giải phƣơng trình (3) sẽ đƣợ c kết quả nhƣ sau :

(4)

Xét khi β3= 0, ta có kết quả nhƣ sau:

Vvv (5)

Trong đó, Ã (0, ω)là khai triển Fourier của A (0, t).

Sự suy biến gây ra tán sắc của tín hiệu quang là do hệ số pha đạt giá trị exp(iβ2zω/2) bở i các thành phần phổ của xung trong quá trình lan truyền trong sợ i. Tấtcả các mô hìnhquản lý tán sắc đều cố gắng loại bỏ hệ số pha này nhằm phục hồi lại cáctín hiệu đầu vào,đã đƣợ c áp dụng trong máy phát, máy thu hoặc dọc theo đƣờ ng truyềnsợ i quang.



29

3.2 Kỹ thuật bù tán sắc trướ c (Precompensation)

Kỹ thuật này dựa trên nguyên lý chung là sửa đặc tính xung ngõ vào của bộ pháttrƣớc khi đƣa vào sợi, đó là thay đổi biên độ phổ của xung ngõ vào Ā(0,ω) nhƣ sau:

trong đó L là chiều dài sợi. Khi đó tán sắc vận tốc nhóm (GVD) sẽ đƣợ c bù chínhxác vàxung vẫn giữ nguyên dạng tại ngõ ra.Kỹ thuật này gồm có kỹ thuật Prechirp, kỹ thuật mãhóa Novel và kỹ thuật Prechirp phi tuyến.

Điều chế FM và AM tín hiệu quang cùng một lúc thì không cần thiết đối vớ i việcbùtán sắc, nên ngƣờ i ta dùng khóa dịch tần (FSK) cho việc truyền tín hiệu. Tín hiệu FSKđƣợ cthực hiện bằng việc chuyển mạch bƣớ c sóng của Lazer lệch nhau một lƣợng là Δλ

giữa bít0 và bít 1. Hai bƣớ c sóng sẽ lan truyền trong sợ i vớ i tốc độ hơi khác nhau. Thờ i gian trễ giữa bít 1 và bít 0 phụ thuộc vào việc dịch bƣớc sóng Δλ và đƣợ c

tínhtheo công thức:

và ta chọn Δλ sao cho

Sự trễ này tạo ra tín hiệu quang ba mức tại đầu thu. Hình sau đây cho ta thấy sự trìhoãn một bít tạo ra tín hiệu quang ba mức nhƣ thế nào. Do tán sắc của sợ i nên tín hiệu

FSK sẽ chuyển sang tín hiệu có biên độ đƣợc điều chế. Và tín hiệu này có thể đƣợ c giảimã ở đầuthu nhờ sử dụng bộ tích phân điện kết hợ p vớ i mạch quyết định bít.

Bù tán sắ c dùng mã hóa FSK: a) T ần số quang và công suấ t tín hiệu phát; b) T ần số và

công suấ t tín hiệu thu và d ữ liệu điện đượ c giải mã.

Một phƣơ ng pháp khác là mã hóa cặp nhị phân có thể làm giảm băng thông củatínhiệu còn 50%. Trong phƣơ ng pháp mã hóa này, hai bít k ế tiếp nhau trong chuỗi nhị



30

phângộp lại hình thành một mã cặp nhị phân ba mức ở tốc độ bít chỉ bằng một nữa. Vìtán sắcvận tốc nhóm (GVD) phụ thuộc vào độ rộng băng của tín hiệu, nên khoảng cáchtruyền cóthể tăng nhờ giảm băng tần của tín hiệu.Tốc độ bít 10Gbps sử dụng mã hóa cặpnhị phân thì cự ly truyền dẫn có thể tăngthêm 30 đến 40km so vớ i mã hóa nhị phân.Mã

hóa cặp nhị phân có thể kết hợ p vớ i kỹ thuật lệch tần trƣớ c.Trong thực tế đã truyền đƣợ ctín hiệu tốc độ bít 10Gbps qua cự ly 160km sợi thƣờ ngnhờ kết hợ p mã hóa cặp nhị phânvớ i bộ điều chế ngoài có C > 0.

3.3 Kỹ thuật bù tán sắc trên đườ ng dây (In-line)

3.3.1 Bù tán sắc bằng sợi quang DCF

Các kỹ thuật bù tán sắc trƣớc đó có thể tăng khoảng cách lên gấp đôi nhƣngnókhông thích hợ p cho các hệ thống có cự ly lớn, trong đó tán sắc vận tốc nhóm (GVD)

phảiđƣợ c bù dọc theo đƣờ ng dây truyền dẫn theo chu kì. Các kỹ thuật bù trên các hệ thống nhƣthế này phải đảm bảo ở chế độ toàn quang, đặt trên sợ i (chứ không phải đặt trênbộ phát hay bộ thu). Và một loại sợi đƣợ c biết đến đó là sợ i bù tán sắc.Trong thực tế để nâng cấp các hệ thống thông tin quang sử dụng sợ i chuẩn hiện có,ngƣờ i ta thêm vào mộtđoạn sợ i bù tán sắc (vớ i chiều dài từ 6 đến 8km) đối vớ i các bộkhuếch đại quang đặt cáchnhau 60 đến 80km. Sợ i bù tán sắc sẽ bù tán sắc vận tốc nhóm(GVD), trong khi đó bộ khuếch đại sẽ đảm đƣơng nhiệm vụ bù suy hao cho sợ i. Ngƣời ta thƣờ ng sử dụng sợ iDCF kết hợ p vớ i các bộ khuếch đại OA (thƣờ ng sửdụng bộ EDFA) để bù tán sắc trêntuyến quang, và tùy vào vị trí đặt DCF mà có các kiểu bù nhƣ sau:

Sử dụng sợ i DCF trên tuyến quang

Chi tiết về sợ i DCF sẽ đƣợ c nói rõ ở chƣơng sau.



31

Kỹ thuật bù bằng cách sử dụng các bộ bù tán sắc quang điện tử có thể tăngkhoảngcách truyền lên 2 lần, tuy nhiên nó lại không phù hợ p vớ i các hệ thống đƣờ ng dài,hệ thốngnày yêu cầu GVD phải đƣợ c bù liên tục theo chu kỳ dọc theo đƣờ ng truyền. Đặcbiệt trongcác hệ thống toàn quang việc sử dụng các bộ bù tán sắc quang điện tử là khôngphù hợ p. Vìthế ngƣời ta đã nghĩ ra một sợi quang đặc biệt gọi là sợ i quang bù tán sắc(DCF :Dispersion Compensating Fiber). Việc sử dụng sợ i DCF cho các hệ thống toàn

quang có thể bù GVD một cách đáng kể nếu công suất quang trung b?nh đƣợ c giữ đủ nhỏ thể các hiệuứng phi tuyến bên trong sợi là không đáng kể.

Việc sử dụng sợi DCF để bù tán sắc hết sức đơn giản là chỉ cần đặt sợ i DCF xenvàogiữa, do đặc điểm của sợi DCF là có độ tán sắc âm, nghĩa là khi tín hiệu xung ánhsáng điqua sợi này thì xung ánh sáng đó sẽ co lại dần, hiện tƣợng này ngƣợ c vớ i sợ i SMF

– xungánh sáng bị giãn ra do tán sắc, do đó việc xung ánh sáng bị giãn ra đã giải quyếtđƣợ c.

Sợ i quang DCF phải có hệ số tán sắc GVD(Group-Velocity Dispersion ) ở 1,55µmlà D2<0 còn trong sợi quang thông thƣờ ng D1>0. Hơn nữa chiều dài sợ i quangcũng đƣợ clựa chọn thỏa điều kiện :

Trong thực tế ngƣờ i ta cố gắng để chọn L2 nhỏ nhất nếu có thể, trƣờ ng hợ p nàyxảykhi sợ i DCF có giá trị âm D2 rất nhỏ (hay |D2| rất lớ n)

Hệ số tán sắc D có giá trị -420ps /(nm.km) ở bƣớ c sóng 1550nm và thay đổi

nhiềuở các bƣớc sóng khác. Đây là một đặc tính quan trọng cho phép bù tán sắc băngrộng. Nóimột cách tổng quát sợi DCF đƣợ c thiết kế để D tăng theo bƣớ c sóng. Sự phụ thuộc vào bƣớ c sóng của hệ số tán sắc D là một đặc tính quan trọng để DCF có thể hoạtđộng trongcác hệ thống WDM.



32

Phổ tán sắ c của sợ i DCF

Đây là phƣơng pháp đơn giản nhất đế quản lý tán sắc trong các hệ thống WDMdunglƣợ ng cao vớ i số lƣợ ng kênh lớn nghĩa của đƣờ ng bao tán sắc đƣợ c hiểu từ điều kiện

Nhƣng chỉ áp dụng cho một kênh, khi có nhiều kênh để thỏa mãn cho tất cả cáckênhthỉ cần điều kiện :

Trong đó: λn là bƣớ c sóng của kênh thứ n.

D1 tăng với bƣớc sóng tăng cho cả hai sợ i chuẩn và sợ i dịch tán sắc, kết quả làtánsắc tích lũy D1L1 là khác nhau cho mỗi kênh. Nếu cùng một DCF phải làm việc chotất cảcác kênh, đƣờ ng bao tán sắc của nó nên âm và có giá trị để thỏa mãn cho tất cả các

kênh.Đƣờ ng bao tán sắc của DCF:

Trong đó : S là đƣờ ng bao tán sắc (ps/(nm2km)Tỷ số S/D là đƣờ ng bao tán sắcquan hệ (1/nm)Vớ i sợ i chuẩn D≈16ps/nm.km và S≈0.05ps/nm.km, tỷ số này khoảng0.003nm-1.Vìthế, cho DCF với D≈- 100ps/nm.km thì đƣờ ng bao tán sắc khoảng -0.3ps/nm2km.



33

Để bù tán sắc cho một khoảng cách 90 Km cho sợ i G.652 ta cần phải sử dụng xấpxỉ9 Km DCF. Thông số suy hao điển hình của DCF thông thƣờ ng gấp tớ i trên 3 lần so vớ isợ iquang chuẩn, hệ số tán sắc phân cực mode PMD cũng gấp đôi, do đó diện tích hiệudụngcủa DCF là vô cùng nhỏ.

3.3.2 Bù tán sắc bằng bộ lọc quang

Nguyên lý của phƣơng pháp này nhƣ sau: giả sử hàm truyền đạt của bộ lọc quanglàH(ω) thì ảnh hƣở ng của nó đối vớ i pha của xung tín hiệu đƣợ c thể hiện bở i công thức

Bằng cách triển khai pha của H(ω) theo chuỗi Taylor và giữ ở số hạng bậc hai sẽ có:

ở đây



34

m = 0, 1,... đƣợc ƣớc lƣợ ng tại tần số sóng mang quang ω0 Pha hằng số và trễ thờ i

gian sẽ không ảnh hƣởng đến dạng xung và có thể bỏ qua. Pha phổdo sợi sinh ra đƣợ cbù bằng cách chọn bộ lọc quang sao cho có

khi đó xung cóthể đƣợ c phục hồi hoàn toàn

Có nhiều loại bộ lọc quang có hàm truyền đạt phù hợ p vớ i yêu cầu này và cóthểđƣợ c sử dụng làm các bộ bù tán sắc trong đó đặc biệt nổi bật là các loại bộ lọc cấutrúc buồng cộng hƣở ng Fabry Perot và bộ lọc giao thoa kế Mach Zehnder.

3.3.3 Bù tán sắc bằng tín hiệu quang liên hợp pha OPC

Kỹ thuật OPC (Optical phase conjugation) – liên hợp pha quang đòi hỏi 1 phầntừquang phi tuyến mà có thể tạo ra tín hiệu pha liên hợp. Thông thƣờng ngƣờ i tadùng phƣơng pháp trộn 4 bƣớ c sóng (FWM- Four wave mixing) trong vùng phi tuyến, vìbảnthân sợ i quang tự nó là một môi trƣờ ng phi tuyến, (cách đơn giản là dùng một sợ i

quang dàivài km đƣợ c thiết kế một cách đặc biệt để tối đa hiệu ứng FWM).Tiềm năngcủa kỹ thuật OPC đã đƣợ c chứng minh ở một thử nghiệm 1999 vớ i 1 bộkết hợp cơ bảnFWM đƣợ c sử dụng bù tán sắc vận tốc nhóm GVD ở tốc độ 40 Gb/s trênchiều dài 140km sợ i quang tiêu chuẩn.

Hầu hết các cuộc thí nghiệm về bù tán sắc đƣợ c nghiên cứu trên khoảng cáchtruyềnlà vài trăm km. Đối với đƣờ ng truyền dài hơn nó đặt ra vấn đề kỹ thuật OPC có thể bù tánsắc vận tốc nhóm GVD cho chiều dài lên đến hàng ngàn km sợi quang mà đƣợ cdùng các bộ khuếch đại bù suy hao đƣợ c hay không. Trong 1 thử nghiệm mô phỏng, tín

hiệu tốc độ10 Gb/s có thể truyền trên 6000 km trong khi chỉ sử dụng công suất trung b?nh dƣớ i mức3mW để giảm hiệu ứng phi tuyến sợ i quang. Trong 1 nghiên cứu khác chothấy bộ khuếch đại đóng 1 vai trò quan trọng. Vớ i khoảng cách truyền trên 9000 km cóthể thực hiện đƣợ c bằng cách giữ các bộ khuếch đại cho mỗi đoạn 40 km. Sự lựa chọn

bƣớ c sóng hoạt động, đặc biệt là bƣớ c sóng tán sắc không có ý nghĩa then chốt. Trongvùng tán sắc dị thƣờ ng, công suất của tín hiệu biến đổi tuần hoàn dọc chiều dài sợ i quang.Điều này có thể dẫn tớ i việc tạo ra các (dải biên) sideband do hiện tƣợ ng bất ổn điều chế.



35

Tính không ổn định này có thể đƣợ c tránh nếu thông số tán sắc tƣơng đối lớ n(D>10ps/(km-nm)). Đây là trƣờ ng hợp đối vớ i sợ i quang chuẩn bƣớ c sóng gần 1.55μm. Hiểnnhiên rằng khoảng cách truyền tối đa luôn là vấn đề quan trọng đối vớ i nhiều hangsảnxuất, nhƣ kỹ thuật trộn 4 bƣớ c sóng FWM, khoảng cách dùng bộ khuếch đại có thể

giảm xuống dƣớ i 3000 km.

3.3.4 Bù tán sắc bằng cách tử Bragg(có trong tài liệu khác)

Nguyên lý chế tạo sợ i cách tử để bù tán sắc dựa trên điều kiện phản xạ Bragg:

2n 3.1

Trong đó:

n = 1, 2, 3, ...

là bƣớ c của cách tử

là bƣớ c sóng ánh sáng

Hình 3.1. Nguyên lý phƣơng pháp bù tán sắc bằng cách tử sợ i Bragg

Sợ i cách tử Bragg đƣợ c chế tạo bằng cách dùng tia tử ngoại chiếu qua một mặt nạ ánh sáng vào sợi quang đơn mode chuẩn để tạo ra các vùng có chiết suất khác nhau phânbố dọc theo chiều dài z của sợi. Để bù lại tán sắc vận tốc nhóm GVD, chu kỳ quang của

cách tử đƣợ c chế tạo sao cho n giảm dọc theo độ dài của nó để cho ra GVD chuẩn

(2>0). Trong sợi quang đơn mode tiêu chuẩn, các thành phần tần số cao của xung sẽ lantruyền nhanh hơn các thành phần tần số thấp. Vì bƣớ c sóng Bragg giảm dọc theo độ dàicách tử cho nên các thành phần tần số cao sẽ di chuyển thêm vào cách tử trƣớc khi đƣợ cphản xạ và phải chịu trễ nhiều hơn các thành phần tần số thấp. Nhƣ vậy trễ tƣơng đốiđƣợ c xuất hiện do cách tử sẽ bù lại GVD do sợi và bù đƣợ c tán sắc sợ i. Tham số tán sắc



36

Dg của cách tử có độ dài Lg đƣợc xác định bằng mối liên hệ sau

R g gT D L 3.2

Trong đó TR là thời gian đi vòng ở bên trong cách tử và là sự sai khác về các bƣớ c

sóng Bragg tại hai đầu của cách tử. Vì

2 g

g

LT

c

cho nên tán sắc cách tử đƣợ c cho bở ibiểu thức sau

2 R

g

g

T n D

L c

3.3

Trên thực tế các loại sợ i bù tán sắc cách tử Bragg đã đƣợc thƣơng mại hóa rộng rãitrên thị trƣờng vì chúng có ƣu điểm là thiết bị hoàn toàn thụ động, kích thƣớ c nhỏ gọn

trong khi bù đƣợc lƣợ ng tán sắc lớ n, dễ dàng trong việc ghép nối vớ i sợ i quang và suyhao xen nhỏ. Tuy nhiên chúng cũng có một nhƣợc điểm là cần sự ổn định về nhiệt độ caodo chỉ một thay đổi nhỏ về chiều dài sợ i cách tử cũng có thể làm thay đổi hoàn toàn đặctính bù tán sắc của chúng.

3.4 Kỹ thuật bù sau (post compensation)

Các kỹ thuật trong miền điện có thể đƣợc dùng để bù tán sắc vận tốc nhóm (GVD)trong máy thu. Ta dễ dàng cân bằng ảnh hƣở ng của tán sắc bằng kỹ thuật điện nếu sợ iquang hoạt động nhƣ một hệ thống tuyến tính

Việc bù sẽ dễ dàng hơn nếu bộ thu Heterodyne đƣợ c sử dụng để tách tín hiệu: bộ thu này đầu tiên chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu vi ba tại tần số trung tần IF ωIF vàvẫn giữ thông tin về biên độ và pha. Một bộ lọc thông dải hoạt động ở tần số vi ba vớ iđáp ứng xung có hàm truyền đạt là:

trong đó L là chiều dài sợ i. Bộ lọc này sẽ khôi phục lại dạng tín hiệu ban đầu của tín hiệu

nhận đƣợ c. Kỹ thuật này thực tế nhất đối vớ i hệ thống Coherent.

Nhƣng ta biết là bộ thu Coherent thƣờ ng không thực tế (vì một số lý do) so vớ i bộ tách sóng trực tiếp, và mạch điện tuyến tính không thể bù GVD trong trƣờ ng hợ p này.Vấn đề là do thông tin về pha bị mất khi tách sóng trực tiếp do bộ tách sóng chỉ đáp ứng

biên độ quang. Khi đó một kỹ thuật cân bằng không tuyến tính có thể đƣợ c sử dụng.



37

Một phƣơng pháp khác nữa là việc quyết định một bít đƣợ c thực hiện sau khi xemxét dạng sóng (dạng tƣơng tự) qua một khoảng nhiều bít xung quanh bít ta cần quyếtđịnh. Khó khăn của kỹ thuật này là đòi hỏi mạch điện logic hoạt động tại tốc độ bít củatín hiệu và tính phức tạp của nó tăng theo hàm mũ của số lƣợ ng bít qua nó (số lƣợ ng bít

mà một xung quang bị trải rộng ra do GVD).Kỹ thuật cân bằng về mặt điện thƣờ ng bị giớ i hạn do tốc độ bít đạt đƣợ c thấp và khoảng cách truyền ngắn.

Một kỹ thuật cân bằng quang – điện dựa trên một bộ lọc ngang (transversal filter)đã đƣợc đƣa ra. Trong kỹ thuật này bộ chia công suất tại máy thu chia tín hiệu quangnhận đƣợ c thành nhiều nhánh, các nhánh có độ trễ khác nhau. Tín hiệu quang trên mỗinhánh đƣợ c chuyển sang dòng điện nhờ sử dụng các photodetector có độ nhạy có thể thayđổi, và tổng dòng điện quang đƣợ c sử dụng cho mạch quyết định bít. Kỹ thuật này có thể tăng khoảng cách truyền dẫn lên gấp ba lần đối vớ i hệ thống hoạt động ở tốc độ 5Gbps.



38

KẾT QUẢ THU ĐƢỢC TRONG CHUYẾN ĐI THỰ C TẬP

1. Thiết bị đo

Đề tài của em nghiên cứu về tán sắc và bù tán sắc, hiện tƣợ ng tán sắc có ảnhhƣởng đến việc suy hao công suất quang trên đƣờ ng truyền dẫn. Nên trong chuyến đithực tế em thực tập về việc đo suy hao công suất quang dựa trên máy đo quangODTR(optical time-domain reflectometer). Máy đo cáp quang là máy đo các thông số về cáp quang, ở đây có thể là thông số về điểm đứt, về suy hao điểm hàn, suy hao toàntuyến, suy hao adaptor, suy hao đầu nối, công suất phat, công xuất thu, độ nhạy, góc,đƣờ ng kính sợi, độ tán xạ, nhận biết sợi quang, đo thông mạch... OTDR có khả năng hiểnthị hình ảnh dạng đồ họa kết quả đo, có khả năng tính toán sử lý kết quả quang một cáchtự động, chính xác, vì lý do xử lý hình ảnh và tính toán chính xác lên máy OTDR đƣợ ctích hợ p rất nhiều các module đo, xử lý dữ liệu. Chính vì lý do này ngƣờ i vận hành máyOTDR phải là ngƣời đƣợ c huấn luyện, đào tạo chuyên sâu. Các kết quả đo OTDR thƣờ ngđƣợ c lƣu trữ cẩn thận trong trƣờ ng hợ p sợ i quang bị hƣ hỏng hoặc có yêu cầu bảo hành.Sợ i quang hỏng có thể gây thiệt hại nghiêm trọng, trong cả hai hai trƣờ ng hợ p sửa chữatrực tiếp, và do hậu quả của việc mất dịch vụ.

Các kết quả đo OTDR thƣờng đƣợc lƣu trữ cẩn thận trong trƣờ ng hợ p sợ i quang bị

hƣ hỏng hoặc có yêu cầu bảo hành. Sợ i quang hỏng có thể gây thiệt hại nghiêm trọng,trong cả hai hai trƣờ ng hợ p sửa chữa trực tiếp, và do hậu quả của việc mất dịch vụ.

Dải động quang của một máy OTDR đƣợ c giớ i hạn bở i sự pha trộn các yếu tố nhƣđộ rộng xung, độ nhạy đầu vào, công suất đầu ra, và thờ i gian phân tích tín hiệu. Côngsuất đầu ra xung quang càng cao và độ nhạy đầu vào càng tốt, thì sẽ làm tăng dải đo, vàchúng thƣờng đƣợ c tích hợp và đƣợ c cố định sẵn trên mỗi một thiết bị riêng lẻ. Tuy nhiênđộ rộng xung quang và thờ i gian phân tích tín hiệu là do ngƣờ i dùng có thể hiệu chỉnhđƣợ c, và yêu cầu phải đƣợ c cân bằng vớ i mỗi ứng dụng riêng biệt.

Một OTDR có càng độ rộng xung ánh sáng lớ n thì việc đo suy hao và phạm vi đosẽ trong phạm vi càng rộng. ví dụ nhƣ: Dùng một xung có độ rộng lớ n sẽ đo xác định đặctính đƣợ c sợ i quang có chiều dài 100 km, tuy nhiên các sự kiện đo chỉ xuất hiện từ 1kmtrở lên, trong phạm vi dƣớ i 1km sẽ không xác định đƣợc gì. Điều này rất thích hợp đo đặctính của đoạn dài nhƣng vớ i sự kiện ngắn thì không ổn chút nào. Vì vậy lên OTDR phảicó dải các xung để có thể đo thay đổi các đoạn cần xác định, đoạn ngắn thì dùng xung



39

ngắn, đoạn dài dùng xung dài hơn. Vùng mà không xác định đƣợc đặc tuyến, không đođƣợ c, gọi là vùng chết - hay vùng mù sự kiện. Về mặt lý thuyết OTDR sẽ đo đặc tính sợ iở mức chính xác tốt khi phần mềm và bộ phát xung chuẩn thạch anh đi kèm có độ chínhxác nhỏ hơn 0.01%.

Hình ảnh



40

Việc đo suy hao công suất quang có thể sử dụng để:

Kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật (specs). Kiểm tra sau lắp đặt hay di chuyển

Ghi nhận điều kiện tốt nhất (bƣớ c sóng hoạt động hiệu quả, băng thông phùhợp…). Kiểm tra lỗi Xác định vị trí lỗi Sửa lỗi

Các thời điểm cần đo quang là:

Tại nhà máy Khi nhận cáp Sau khi lắp đặt Sau và trong khi hàn nối Nghiệm thu Bảo dƣỡng định kỳ Sửa chữa và ứng cứu thông tin



41

Việc đo quang đƣợ c thực hiên thƣờng xuyên theo tháng và tăng cƣờ ng do quangvào những thời điểm cao điểm. Cụ thể là mỗi tháng đo 2 lần, vào những khoảng thờ i giancao điểm nhƣ những dịp lễ tết nhu cầu sử dụng các dịch vụ tăng cao thì mỗi tuần đo mộtlần. Nếu phát hiện sự cố xảy ra sẽ thực hiện đo quang để kiểm tra xác định vị trí gặp sự

cố. Các bƣớc sóng quang đƣợ c dùng ngày nay trong thông tin quang là: 850nm, 1300nm,1310nm và 1550nm.

Công việc phải làm khi đo quang là:

Kiểm tra thông mạch (continuity)

Mất mát trung bình (Average loss-dB/km) Mất mát và vị trí của mối hàn Phản xạ (Optical return loss - ORL) Suy hao toàn tuyến (end to end atten) Chiều dài tuyến

2. Số liêu thự c tế thu đượ c

Suy hao ở bướ c sóng 1310nm:

Suy hao ở bướ c sóng 1550nm:

wavelength(nm)

distance(km)

pulse width(ns)

splice loss total loss average loss(dB/km)

1310 35 100 0.06 11.081 0.3166

wavelength(nm)

distance(km)

pulse width(ns)


1310 35 100 0.11 11.081 0.3166

wavelength(nm)

distance(km)

pulse width(ns)


1550 35 100 0.11 11.081 0.3166



42

wavelength(nm)

distance(km)

pulse width(ns)


1550 35 100 0.11 11.081 0.3166

Documents

Bao Cao Thuc Tap (1)