Wdm

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

TR ƯỜNGĐẠI HỌCGIAOTHÔNGVẬNTẢI CƠSỞ2 KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

THIẾT KẾ MÔN HỌC

GVHD : Ph¹m Hång Qu©n SVTH

: nhãm 5

V¨n TÊn NghÜa Huúnh Anh Hoµng Tó TrÞnh Gia LuËt NguyÔn V¨n Qu¶ng Bïi TÊn Kha Huúnh Quèc Th¾ng NguyÔn §øc VÜnh Th¾ng NguyÔn V¨n TiÕn

TP.HCM, ngày 15 tháng 11 năm 2009

Trang 1

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Trang 2

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5 Môc Lôc

CHÖÔNG I......................................................................2 Giíi thiÖu hÖ thèng th«ng tin quang vµ ph¬ng ph¸p ghÐp kªnh quang....................................................................2 hình 1 : các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp quang...........................................................................3 II> Nguyªn lý ghÐp kªnh quang theo bíc sãng WDM vµ c¸c tham sè c¬ b¶n:......................................................................6 1> Nguyªn lý ghÐp kªnh quang theo bíc sãng :...................6 H×nh 1.3. S¬ ®å truyÒn dÉn hai chiÒu trªn hai sîi quang......7 Ch¬ng 2......................................................................13 C¸c thiÕt bÞ quang thô ®éng trong WDM........................13

Trang 1

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5 CHÖÔNG I

Giíi thiÖu hÖ thèng th«ng tin quang vµ ph¬ng ph¸p ghÐp kªnh quang I. Giíi thiÖu hÖ thèng th«ng tin quang : Ngay tõ xa xa ®Ó th«ng tin cho nhau, con ngêi ®· biÕt sö dông ¸nh s¸ng ®Ó b¸o hiÖu. Qua thêi gian dµi cña lÞch sö ph¸t triÓn nh©n lo¹i, c¸c h×nh thøc th«ng tin phong phó dÇn vµ ngµy cµng ®îc ph¸t triÓn thµnh nh÷ng hÖ thèng th«ng tin hiÖn ®¹i nh ngµy nay, t¹o cho mäi n¬i trªn thÕ giíi cã thÓ liªn l¹c víi nhau mét c¸ch thuËn lîi vµ nhanh chãng. C¸ch ®©y 20 n¨m, tõ khi c¸c hÖ thèng th«ng tin c¸p sîi quang ®îc chÝnh thøc ®a vµo khai th¸c trªn m¹ng viÔn th«ng, mäi ngêi ®Òu thõa nhËn r»ng ph¬ng thøc truyÒn dÉn quang ®· thÓ hiÖn kh¶ n¨ng to lín trong viÖc chuyÓn t¶i c¸c dÞch vô viÔn th«ng ngµy cµng phong phó vµ hiÖn ®¹i cña nh©n lo¹i. Trong vßng 10 n¨m trë l¹i ®©y, cïng víi sù tiÕn bé vît bËc cña cña c«ng nghÖ ®iÖn tö - viÔn th«ng, c«ng nghÖ quang sîi vµ th«ng tin quang ®· cã nh÷ng tiÕn bé vît bËc. C¸c nhµ s¶n xuÊt ®· chÕ t¹o ra nh÷ng sîi quang ®¹t tíi gi¸ trÞ suy hao rÊt nhá, gi¸ trÞ suy hao 0,154 dB/km t¹i bíc sãng 1550 nm ®· cho thÊy sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c«ng nghÖ sîi quang trong h¬n hai thËp niªn qua. Cïng víi ®ã lµ sù tiÕn bé lín trong c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c nguån ph¸t quang vµ thu quang, ®Ó tõ ®ã t¹o ra c¸c hÖ thèng th«ng tin quang víi nhiÒu u ®iÓm tréi h¬n so víi c¸c hÖ thèng th«ng tin c¸p kim lo¹i. Díi ®©y lµ nh÷ng u ®iÓm næi tréi cña m«i truêng truyÒn dÉn quang so víi c¸c m«i trêng truyÒn dÉn kh¸c, ®ã lµ:  Suy hao truyÒn dÉn nhá  B¨ng tÇn truyÒn dÉn rÊt lín  Kh«ng bÞ ¶nh hëng cña nhiÔu ®iÖn tõ  Cã tÝnh b¶o mËt tÝn hiÖu th«ng tin cao  Cã kÝch thíc vµ träng lîng nhá  Sîi cã tÝnh c¸ch ®iÖn tèt  §é tin cËy cao

Trang 2

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

 Sîi ®îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu rÊt s½n cã ChÝnh bëi c¸c lý do trªn mµ hÖ thèng th«ng tin quang ®· cã søc hÊp dÉn m¹nh mÏ c¸c nhµ khai th¸c viÔn th«ng. C¸c hÖ thèng th«ng tin quang kh«ng nh÷ng chØ phï hîp víi c¸c tuyÕn th«ng tin xuyªn lôc ®Þa, tuyÕn ®êng trôc, vµ tuyÕn trung kÕ mµ cßn cã tiÒm n¨ng to lín trong viÖc thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng cña m¹ng néi h¹t víi cÊu tróc tin cËy vµ ®¸p øng mäi lo¹i h×nh dÞch vô hiÖn t¹i vµ t¬ng lai. M« h×nh chung cña mét tuyÕn th«ng tin quang nh sau: Bé ph¸t quang M¹ch Nguån M¹ch Nguån ®iÒu ph¸t ®iÒu ph¸t khiÓn quang khiÓn quang

Bé nèi quang Mèi hµn sîi

Sîi dÉn quang

TÝn hiÖu ®iÖn vµo

Tr¹m lÆp Thu quan g M¹ch ®iÖn Ph¸t quan g

KhuÕch ®¹i quang

Bé chia quang

C¸c thiÕt bÞ kh¸c

§Çu §Çuthu thu quang quang

KhuÕch ®¹i

Kh«i Kh«iphôc phôc tÝn tÝnhiÖu hiÖu

TÝn hiÖu ®iÖn ra

Bé thu hình 1 : các thành phần chính của tuyến truyền dẫn cáp quang quang

C¸c thµnh phÇn chÝnh cña tuyÕn gåm cã phÇn ph¸t quang, c¸p sîi quang vµ phÇn thu quang. PhÇn ph¸t quang cÊu t¹o tõ nguån ph¸t tÝn hiÖu quang vµ c¸c m¹ch ®iÖn ®iÒu khiÓn liªn kÕt víi nhau. C¸p sîi quang gåm cã c¸c sîi dÉn quang vµ c¸c líp vá bäc xung quanh ®Ó b¶o vÖ sîi quang khái t¸c ®éng cã h¹i tõ m«i trêng bªn ngoµi. PhÇn thu quang do bé t¸ch sãng quang vµ c¸c m¹ch khuÕch ®¹i, t¸i t¹o tÝn hiÖu hîp thµnh. Ngoµi c¸c thµnh phÇn chñ yÕu nµy, tuyÕn th«ng tin quang cßn cã c¸c bé nèi quang (connector), c¸c mèi hµn, bé chia quang vµ c¸c tr¹m lÆp; tÊt c¶ t¹o nªn mét tuyÕn th«ng tin quang hoµn chØnh.

Trang 3

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

§Æc tuyÕn suy hao cña sîi quang theo bíc sãng tån t¹i ba vïng mµ t¹i ®ã cã suy hao thÊp lµ c¸c vïng xung quanh bíc sãng 850 nm, 1300 nm vµ 1550 nm. Ba vïng bíc sãng nµy ®îc sö dông cho c¸c hÖ thèng th«ng tin quang vµ gäi lµ c¸c vïng cöa sæ thø nhÊt, thø hai vµ thø ba t¬ng øng. Thêi kú ®Çu cña kü thuËt th«ng tin quang, cöa sæ thø nhÊt ®îc sö dông. Nhng sau nµy do c«ng nghÖ chÕ t¹o sîi ph¸t triÓn m¹nh, suy hao sîi ë hai cöa sæ sau rÊt nhá cho nªn c¸c hÖ thèng th«ng tin quang ngµy nay chñ yÕu ho¹t ®éng ë vïng cöa sæ thø hai vµ thø ba. Nguån ph¸t quang ë thiÕt bÞ ph¸t cã thÓ sö dông diode ph¸t quang (LED) hoÆc Laser b¸n dÉn (LD). C¶ hai lo¹i nguån ph¸t nµy ®Òu phï hîp cho c¸c hÖ thèng th«ng tin quang, víi tÝn hiÖu quang ®Çu ra cã tham sè biÕn ®æi t¬ng øng víi sù thay ®æi cña dßng ®iÒu biÕn. TÝn hiÖu ®iÖn ë ®Çu vµo thiÕt bÞ ph¸t ë d¹ng sè hoÆc ®«i khi cã d¹ng t¬ng tù. ThiÕt bÞ ph¸t sÏ thùc hiÖn biÕn ®æi tÝn hiÖu nµy thµnh tÝn hiÖu quang t¬ng øng vµ c«ng suÊt quang ®Çu ra sÏ phô thuéc vµo sù thay ®æi cña cêng ®é dßng ®iÒu biÕn. Bíc sãng lµm viÖc cña nguån ph¸t quang c¬ b¶n phô thuéc vµo vËt liÖu cÊu t¹o. §o¹n sîi quang ra (pigtail) cña nguån ph¸t quang ph¶i phï hîp víi sîi dÉn quang ®îc khai th¸c trªn tuyÕn. TÝn hiÖu ¸nh s¸ng ®· ®îc ®iÒu chÕ t¹i nguån ph¸t quang sÏ lan truyÒn däc theo sîi dÉn quang ®Ó tíi phÇn thu quang. Khi truyÒn trªn sîi dÉn quang, tÝn hiÖu ¸nh s¸ng thêng bÞ suy hao vµ mÐo do c¸c yÕu tè hÊp thô, t¸n x¹, t¸n s¾c g©y nªn. Bé t¸ch sãng quang ë ®Çu thu thùc hiÖn tiÕp nhËn ¸nh s¸ng vµ t¸ch lÊy tÝn hiÖu tõ híng ph¸t ®a tíi. TÝn hiÖu quang ®îc biÕn ®æi trë l¹i thµnh tÝn hiÖu ®iÖn. C¸c photodiode PIN vµ photodiode th¸c APD ®Òu cã thÓ sö dông ®Ó lµm c¸c bé t¸ch sãng quang trong c¸c hÖ thèng th«ng tin quang, c¶ hai lo¹i nµy ®Òu cã hiÖu suÊt lµm viÖc cao vµ cã tèc ®é chuyÓn ®æi nhanh. C¸c vËt liÖu b¸n dÉn chÕ t¹o c¸c bé t¸ch sãng quang sÏ quyÕt ®Þnh bíc sãng lµm viÖc cña chóng vµ ®o¹n sîi quang ®Çu vµo c¸c bé t¸ch sãng quang còng ph¶i phï hîp víi sîi dÉn quang ®îc sö dông trªn tuyÕn l¾p ®Æt. §Æc tÝnh quan träng nhÊt cña thiÕt bÞ thu quang lµ ®é nh¹y thu quang, nã m« t¶ c«ng suÊt quang nhá nhÊt cã

Trang 4

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

thÓ thu ®îc ë mét tèc ®é truyÒn dÉn sè nµo ®ã øng víi tû lÖ lçi bÝt cho phÐp cña hÖ thèng. Khi kho¶ng c¸ch truyÒn dÉn kh¸ dµi, tíi mét cù ly nµo ®ã, tÝn hiÖu quang trong sîi bÞ suy hao kh¸ nhiÒu th× cÇn thiÕt ph¶i cã tr¹m lÆp quang ®Æt trªn tuyÕn. CÊu tróc cña thiÕt bÞ tr¹m lÆp quang gåm cã thiÕt bÞ ph¸t vµ thiÕt bÞ thu ghÐp quay phÇn ®iÖn vµo nhau. ThiÕt bÞ thu ë tr¹m lÆp sÏ thu tÝn hiÖu quang yÕu råi tiÕn hµnh biÕn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn, khuÕch ®¹i tÝn hiÖu nµy, söa d¹ng vµ ®a vµo thiÕt bÞ ph¸t quang. ThiÕt bÞ ph¸t quang thùc hiÖn biÕn ®æi tÝn hiÖu ®iÖn thµnh tÝn hiÖu quang råi l¹i ph¸t tiÕp vµo ®êng truyÒn. Nh÷ng n¨m gÇn ®©y, c¸c bé khuÕch ®¹i quang ®· ®îc sö dông ®Ó thay thÕ mét phÇn c¸c thiÕt bÞ tr¹m lÆp quang.

Suy hao sîi (dB/km)

Trong c¸c tuyÕn th«ng tin quang ®iÓm nèi ®iÓm th«ng thêng, mçi mét sîi quang sÏ cã mét nguån ph¸t quang ë phÝa ph¸t vµ mét bé t¸ch sãng quang ë phÝa thu. C¸c nguån ph¸t quang kh¸c nhau sÏ cho ra c¸c luång ¸nh s¸ng mang tÝn hiÖu kh¸c nhau vµ ph¸t vµo sîi dÉn quang kh¸c nhau, bé t¸ch sãng quang t¬ng øng sÏ nhËn tÝn hiÖu tõ sîi nµy. Nh vËy muèn t¨ng dung lîng cña hÖ thèng th× ph¶i sö dông thªm sîi quang. Víi hÖ thèng quang nh vËy, d¶i phæ cña tÝn hiÖu quang truyÒn qua sîi thùc tÕ rÊt hÑp so víi d¶i th«ng mµ c¸c sîi truyÒn dÉn quang cã thÓ truyÒn dÉn víi suy hao nhá (xem h×nh 1.2):

6 5 4 3 2 1 0

Phæ mét nguån s¸ng Multi mode

O,7

O,8

0,9

Single mode 1,0 1,1

1,2

1,3

Trang 5

1,4

1,5

1,6

λ (µ m)

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

H×nh 1.2. §é réng phæ nguån quang vµ d¶i th«ng cña sîi quang.

Mét ý tëng hoµn toµn cã lý khi cho r»ng cã thÓ truyÒn dÉn ®ång thêi nhiÒu tÝn hiÖu quang tõ c¸c nguån quang cã bíc sãng ph¸t kh¸c nhau trªn cïng mét sîi quang. Kü thuËt ghÐp kªnh quang theo bíc sãng WDM ra ®êi tõ ý tëng nµy.

II> Nguyªn lý ghÐp kªnh quang theo bíc sãng WDM vµ c¸c tham sè c¬ b¶n:

1> Nguyªn lý ghÐp kªnh quang theo bíc sãng : §Æc ®iÓm næi bËt cña hÖ thèng ghÐp kªnh theo bíc sãng quang (WDM) lµ tËn dông h÷u hiÖu nguån tµi nguyªn b¨ng réng trong khu vùc tæn hao thÊp cña sîi quang ®¬n mode, n©ng cao râ rÖt dung lîng truyÒn dÉn cña hÖ thèng ®ång thêi h¹ gi¸ thµnh cña kªnh dÞch vô xuèng møc thÊp nhÊt. ë ®©y viÖc thùc hiÖn ghÐp kªnh sÏ kh«ng cã qu¸ tr×nh biÕn ®æi ®iÖn nµo. Môc tiªu cña ghÐp kªnh quang lµ nh»m ®Ó t¨ng dung lîng truyÒn dÉn. Ngoµi ý nghÜa ®ã viÖc ghÐp kªnh quang cßn t¹o ra kh¶ n¨ng x©y dùng c¸c tuyÕn th«ng tin quang cã tèc ®é rÊt cao. Khi tèc ®é ®êng truyÒn ®¹t tíi mét møc ®é nµo ®ã ngêi ta ®· thÊy ®îc nh÷ng h¹n chÕ cña c¸c m¹ch ®iÖn trong viÖc n©ng cao tèc ®é truyÒn dÉn. Khi tèc ®é ®¹t tíi hµng tr¨m Gbit/s, b¶n th©n c¸c m¹ch ®iÖn tö sÏ kh«ng thÓ ®¶m b¶o ®¸p øng ®îc xung tÝn hiÖu cùc kú hÑp; thªm vµo ®ã, chi phÝ cho c¸c gi¶i ph¸p trë nªn tèn kÐm vµ c¬ cÊu ho¹t ®éng qu¸ phøc t¹p ®ßi hái c«ng nghÖ rÊt cao. Kü thuËt ghÐp kªnh quang theo bíc sãng ra ®êi ®· kh¾c phôc ®îc nh÷ng h¹n chÕ trªn. HÖ thèng WDM dùa trªn c¬ së tiÒm n¨ng b¨ng tÇn cña sîi quang ®Ó mang ®i nhiÒu bíc sãng ¸nh s¸ng kh¸c nhau, ®iÒu thiÕt yÕu lµ viÖc truyÒn ®ång thêi nhiÒu bíc sãng cïng mét lóc nµy kh«ng g©y nhiÔu lÉn nhau. Mçi bíc sãng ®¹i diÖn cho mét kªnh quang trong sîi quang. C«ng nghÖ WDM ph¸t triÓn theo xu híng mµ sù riªng rÏ bíc sãng cña kªnh cã thÓ lµ mét phÇn rÊt nhá cña 1 nm hay 10-9 m, ®iÒu nµy dÉn ®Õn c¸c hÖ thèng ghÐp kªnh theo bíc sãng mËt ®é cao (DWDM). C¸c thµnh phÇn thiÕt bÞ tríc kia chØ cã kh¶ n¨ng xö lý tõ 4 ®Õn 16 kªnh, mçi kªnh hç trî luång d÷ liÖu ®ång bé tèc ®é 2,5 Gbit/s cho tÝn hiÖu m¹ng quang ph©n cÊp sè ®ång bé (SDH/SONET).

Trang 6

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

C¸c nhµ cung cÊp DWDM ®· sím ph¸t triÓn c¸c thiÕt bÞ nh»m hç trî cho viÖc truyÒn nhiÒu h¬n c¸c kªnh quang. C¸c hÖ thèng víi hµng tr¨m kªnh giê ®©y ®· s½n sµng ®îc ®a vµo sö dông, cung cÊp mét tèc ®é d÷ liÖu kÕt hîp hµng tr¨m Gbit/s vµ tiÕn tíi ®¹t tèc ®é Tbit/s truyÒn trªn mét sîi ®¬n. Cã hai h×nh thøc cÊu thµnh hÖ thèng WDM ®ã lµ: a) TruyÒn dÉn 2 chiÒu trªn 2 sîi HÖ thèng WDM truyÒn dÉn hai chiÒu trªn hai sîi lµ: tÊt c¶ kªnh quang cïng trªn mét sîi quang truyÒn dÉn theo cïng mét chiÒu (nh h×nh 1.3), ë ®Çu ph¸t c¸c tÝn hiÖu cã bíc sãng quang kh¸c nhau vµ ®· ®îc ®iÒu chÕ λ1 , λ2 ,...., λn th«ng qua bé ghÐp kªnh tæ hîp l¹i víi nhau, vµ truyÒn dÉn mét chiÒu trªn mét sîi quang. V× c¸c tÝn hiÖu ®îc mang th«ng qua c¸c bíc sãng kh¸c nhau, do ®ã sÏ kh«ng lÉn lén. ë ®Çu thu, bé t¸ch kªnh quang t¸ch c¸c tÝn hiÖu cã bíc sãng kh¸c nhau, hoµn thµnh truyÒn dÉn tÝn hiÖu quang nhiÒu kªnh. ë chiÒu ngîc l¹i truyÒn dÉn qua mét sîi quang kh¸c, nguyªn lý gièng nh trªn.

λ

1

M¸y ph¸t quang

n

M¸y ph¸t quang λ

1

M¸y thu quang

n

M¸y thu quang

1

Bé khuÕc Bé ghÐp O O h ®¹i kªnh sîi

Bé t¸ch kªnh

khuÕc h ®¹i sîi quang

1

M¸y thu quang

n

M¸y ph¸t quang

1

M¸y ph¸t λ n quang

n

Bé t¸ch kªnh

λ 1, λ Bé ....... λ nO 2

n

M¸y thu quang

λ

Bé ghÐp kªnh

1

λ 1, λ 2 ....... λ n

H×nh 1.3. S¬ ®å truyÒn dÉn hai chiÒu trªn hai sîi quang.

Trang 7

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

b) TruyÒn dÉn hai chiÒu trªn mét sîi: HÖ thèng WDM truyÒn dÉn hai chiÒu trªn mét sîi lµ: ë híng ®i, c¸c kªnh quang t¬ng øng víi c¸c bíc sãng λ 1, λ 2, ..., λ n qua bé ghÐp/t¸ch kªnh ®îc tæ hîp l¹i víi nhau truyÒn dÉn trªn mét sîi. Còng sîi quang ®ã, ë híng vÒ c¸c bíc sãng λ n+1, λ n+2,..., λ 2n ®îc truyÒn dÉn theo chiÒu ngîc l¹i (xem h×nh 1.4). Nãi c¸ch kh¸c ta dïng c¸c bíc sãng t¸ch rêi ®Ó th«ng tin hai chiÒu (song c«ng).

h×nh 1.4. S¬ ®å truyÒn dÉn hai chiÒu trªn cïng mét sîi quang. HÖ thèng WDM hai chiÒu trªn hai sîi ®îc øng dông vµ ph¸t triÓn t¬ng ®èi réng r·i. HÖ thèng WDM hai chiÒu trªn mét sîi th× yªu cÇu ph¸t triÓn vµ øng dông cao h¬n, ®ßi hái yªu cÇu kü thuËt cùc kú nghiªm ngÆt. ë phÝa ph¸t, c¸c thiÕt bÞ ghÐp kªnh ph¶i cã suy hao nhá tõ mçi nguån quang tíi ®Çu ra cña bé ghÐp kªnh. ë phÝa thu, c¸c bé t¸ch sãng quang ph¶i nh¹y víi d¶i réng cña c¸c bíc sãng quang. Khi thùc hiÖn t¸ch kªnh cÇn ph¶i c¸ch ly kªnh quang thËt tèt víi c¸c bíc sãng kh¸c b»ng c¸ch thiÕt kÕ c¸c bé t¸ch kªnh thËt chÝnh x¸c, c¸c bé läc quang nÕu ®îc sö dông ph¶i cã bíc sãng c¾t chÝnh x¸c, d¶i lµm viÖc æn ®Þnh. HÖ thèng WDM ®îc thiÕt kÕ ph¶i gi¶m tèi ®a c¸c hiÖu øng cã thÓ g©y ra suy hao truyÒn dÉn. Ngoµi viÖc ®¶m b¶o suy hao xen cña c¸c thiÕt bÞ thÊp, cÇn ph¶i tèi thiÓu ho¸ thµnh phÇn c«ng suÊt cã

Trang 8

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

thÓ g©y ra ph¶n x¹ t¹i c¸c phÇn tö ghÐp, hoÆc t¹i c¸c ®iÓm ghÐp nèi c¸c module, c¸c mèi hµn...., bëi chóng cã thÓ lµm gia t¨ng vÊn ®Ò xuyªn kªnh gi÷a c¸c bíc sãng, dÉn ®Õn lµm suy gi¶m nghiªm träng tØ sè S/N cña hÖ thèng. C¸c hiÖu øng trªn ®Æc biÖt nghiªm träng ®èi víi hÖ thèng WDM truyÒn dÉn hai chiÒu trªn mét sîi, do ®ã hÖ thèng nµy cã kh¶ n¨ng Ýt ®îc lùa chän khi thiÕt kÕ tuyÕn. ë mét møc ®é nµo ®ã, ®Ó ®¬n gi¶n ta cã thÓ xem xÐt bé t¸ch bíc sãng nh bé ghÐp bíc sãng chØ b»ng c¸ch ®æi chiÒu tÝn hiÖu ¸nh s¸ng. Nh vËy hiÓu ®¬n gi¶n, tõ “bé ghÐp - multiplexer” trong trêng hîp nµy thêng ®îc sö dông ë d¹ng chung ®Ó xÐt cho c¶ bé ghÐp vµ bé t¸ch; lo¹i trõ trêng hîp cÇn thiÕt ph¶i ph©n biÖt hai thiÕt bÞ hoÆc hai chøc n¨ng. Ngêi ta chia lo¹i thiÕt bÞ OWDM lµm ba lo¹i: C¸c bé ghÐp (MUX), c¸c bé t¸ch (DEMUX) vµ c¸c bé ghÐp/t¸ch hçn hîp (MUX-DEMUX). C¸c bé MUX vµ DEMUX ®îc sö dông trong c¸c ph¬ng ¸n truyÒn dÉn theo mét híng, cßn lo¹i thø ba MUX-DEMUX ®îc sö dông cho c¸c ph¬ng ¸n truyÒn dÉn theo hai híng. H×nh 1.5 m« t¶ thiÕt bÞ ghÐp/t¸ch hçn hîp.

C¸c tÝn hiÖu ®îc ghÐp

Ik(λ k)

O(λ ) I(λ )

Ii(λ )

k

Sîi dÉn quang

i

i

C¸c tÝn hiÖu ®îc t¸ch

H×nh 1.5. M« t¶ thiÕt bÞ ghÐp/t¸ch hçn hîp (MUX-DEMUX). 2> C¸c tham sè c¬ b¶n: C¸c tham sè c¬ b¶n ®Ó m« t¶ ®Æc tÝnh cña c¸c bé ghÐp/t¸ch hçn hîp lµ suy hao xen, suy hao xuyªn kªnh vµ ®é réng kªnh. §Ó ®¬n gi¶n, ta h·y ph©n biÖt ra thµnh thiÕt bÞ mét híng (gåm c¸c bé ghÐp kªnh vµ t¸ch kªnh ®éc lËp) vµ thiÕt bÞ hai híng (bé ghÐp/t¸ch hçn hîp). C¸c ký hiÖu I(λ i) vµ O(λ k) t¬ng øng lµ c¸c tÝn hiÖu ®îc ghÐp ®ang cã mÆt ë ®êng chung. Ký hiÖu Ik(λ k) lµ tÝn hiÖu ®Çu vµo ®îc

Trang 9

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

ghÐp vµo cöa thø k, tÝn hiÖu nµy ®îc ph¸t tõ nguån ph¸t quang thø k. Ký hiÖu Oi(λ i) lµ tÝn hiÖu cã bíc sãng λ i ®· ®îc t¸ch vµ ®i ra cöa thø i. Nh×n chung, c¸c tÝn hiÖu quang kh«ng ph¸t mét lîng c«ng suÊt ®¸ng kÓ nµo ë ngoµi ®é réng phæ kªnh ®· ®Þnh tríc cña chóng, cho nªn vÊn ®Ò xuyªn kªnh lµ kh«ng ®¸ng lu t©m ë ®Çu ph¸t. B©y giê ta xem xÐt c¸c th«ng sè:

• Suy hao xen: ®îc x¸c ®Þnh lµ lîng c«ng suÊt tæn hao sinh ra trong tuyÕn truyÒn dÉn quang do tuyÕn cã thªm c¸c thiÕt bÞ truyÒn dÉn quang WDM. Suy hao nµy bao gåm suy hao do c¸c ®iÓm ghÐp nèi c¸c thiÕt bÞ WDM víi sîi vµ suy hao do b¶n th©n thiÕt bÞ ghÐp g©y ra. Suy hao xen ®îc diÔn gi¶i t¬ng tù nh suy hao ®èi víi c¸c bé ghÐp coupler chung, nhng cÇn lu ý lµ ë WDM lµ xÐt cho mét bíc sãng ®Æc trng: Li(MUX) = -10log

O ( λi ) I i ( λi )

Li(DEMUX) = -10log

(1.1)

Oi ( λi ) I ( λi )

(1.2)

Víi Li lµ suy hao t¹i bíc sãng λ i khi thiÕt bÞ ®îc ghÐp xen vµo tuyÕn truyÒn dÉn. C¸c tham sè nµy lu«n ph¶i ®îc c¸c nhµ chÕ t¹o cho biÕt ®èi víi tõng kªnh quang cña thiÕt bÞ. Sîi quang I(λ 1) ....... I(λ k)

Ij(λ j)

Oi(λ i) + Ui(λ k) DEMUX

I(λ 1) ....... λ

Oi(λ i) + Ui(λ k) + Ui(λ j)

a) H×nh 1.6. Xuyªn kªnh ë bé t¸ch kªnh (a) vµ ë bé ghÐp - t¸ch hçn hîp (b)

I(λ k)

j

λ

k

Sîi O(λ j) quang

b)

• Suy hao xuyªn kªnh: m« t¶ mét lîng tÝn hiÖu tõ kªnh nµy ®îc ghÐp sang kªnh kh¸c C¸c møc xuyªn kªnh cho phÐp n»m ë d¶i rÊt réng tuú thuéc vµo trêng hîp ¸p dông. Nhng nh×n chung, ph¶i ®¶m b¶o møc xuyªn kªnh nhá h¬n (-30dB) trong mäi trêng hîp.

Trang 10

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Trong mét bé t¸ch kªnh lý tëng, sÏ kh«ng cã sù dß c«ng suÊt tÝn hiÖu tõ kªnh thø i cã bíc sãng λ i sang c¸c kªnh kh¸c cã bíc sãng kh¸c víi λ i. Nhng trong thùc tÕ, lu«n lu«n tån t¹i mét møc xuyªn kªnh nµo ®ã, vµ lµm gi¶m chÊt lîng truyÒn dÉn cña thiÕt bÞ. Kh¶ n¨ng ®Ó t¸ch c¸c kªnh kh¸c nhau ®îc diÔn gi¶i b»ng suy hao xuyªn kªnh vµ ®îc tÝnh b»ng dB nh sau: Di(λ k) = -10log [Ui(λ k)/I(λ k)]

(1.3)

Theo s¬ ®å ®¬n gi¶n m« t¶ bé t¸ch kªnh ë h×nh 1.6 a) th× Ui(λ k) lµ lîng tÝn hiÖu kh«ng mong muèn ë bíc sãng λ k do cã sù dß tÝn hiÖu ë cöa ra thø i, mµ ®óng ra chØ cã tÝn hiÖu ë bíc sãng λ i. Trong thiÕt bÞ ghÐp/t¸ch hçn hîp nh ë h×nh 1.6 b), viÖc x¸c ®Þnh suy hao xuyªn kªnh còng ®îc x¸c ®Þnh nh ë bé t¸ch. ë trêng hîp nµy, ph¶i xem xÐt c¶ hai lo¹i xuyªn kªnh. “Xuyªn kªnh ®Çu xa” lµ do c¸c kªnh kh¸c ®îc ghÐp ®i vµo ®êng truyÒn g©y ra, vÝ dô nh I(λ k) sinh ra Ui(λ k). “Xuyªn kªnh ®Çu gÇn” lµ do c¸c kªnh kh¸c ë ®Çu vµo sinh ra, nã ®îc ghÐp ë bªn trong thiÕt bÞ, nh Ui(λ j). Khi cho ra c¸c s¶n phÈm, c¸c nhµ chÕ t¹o còng ph¶i cho biÕt suy hao kªnh ®èi víi tõng kªnh cña thiÕt bÞ.

• §é réng kªnh: lµ d¶i bíc sãng mµ nã ®Þnh ra cho tõng nguån ph¸t quang riªng. NÕu nguån ph¸t quang lµ c¸c diode Laser th× ®é réng kªnh ®îc yªu cÇu vµo kho¶ng vµi chôc nanomet ®Ó ®¶m b¶o kh«ng bÞ nhiÔu gi÷a c¸c kªnh do sù bÊt æn ®Þnh cña c¸c nguån ph¸t g©y ra (vÝ dô khi nhiÖt ®é lµm viÖc thay ®æi sÏ lµm tr«i bíc sãng ®Ønh ho¹t ®éng). §èi víi nguån ph¸t quang lµ diode ph¸t quang LED, yªu cÇu ®é réng kªnh ph¶i lín h¬n 10 ®Õn 20 lÇn bëi v× ®é réng phæ cña lo¹i nguån ph¸t nµy réng h¬n.

Trang 11

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Trang 12

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Ch¬ng 2 C¸c thiÕt bÞ quang thô ®éng trong WDM Trong ch¬ng tríc, chóng ta ®· cã tÇm nh×n bao qu¸t vÒ mét tuyÕn truyÒn dÉn quang vµ c«ng nghÖ ghÐp kªnh quang theo bíc sãng WDM. C¸c thiÕt bÞ OWDM rÊt ®a d¹ng, cã thÓ thùc hiÖn qua c¸c phÇn tö tÝch cùc hay thu ®éng, nguån quang phæ hÑp, c¸c thiÕt bÞ vi quang, c¸c thiÕt bÞ ph©n cùc quang, quay pha, c¸ch tö quang, ghÐp sîi .... Nhng tãm l¹i, chóng lµm viÖc chñ yÕu theo hai nguyªn t¾c chÝnh: nguyªn t¾c t¸n s¾c gãc vµ nguyªn t¾c läc quang. Ngµy nay, cïng víi nh÷ng tiÕn bé kh«ng ngõng trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c cña ngµnh c«ng nghiÖp truyÒn th«ng, ®Æc biÖt lµ víi c«ng nghÖ míi ®Çy hÊp dÉn nµy, c¸c thiÕt bÞ WDM kh«ng ngõng ®îc ®æi míi vµ c¶i tiÕn cho phï hîp nh»m v¬n tíi nh÷ng ngìng dung lîng truyÒn dÉn khæng lå víi chi phÝ ®Çu t thÊp. Ch¬ng nµy nh»m ®Ò cËp ®Õn c¸c vÊn ®Ò kü thuËt tõ c¬ b¶n ®Õn phøc t¹p ®· vµ ®ang ®îc sö dông trong c¸c thiÕt bÞ WDM. C¸c phÇn tö sö dông trong hÖ thèng OWDM rÊt ®a d¹ng, nhng cã thÓ ph©n lo¹i ra nh h×nh 2.1: ThiÕt bÞ WDM Thô ®éng ThiÕt bÞ vi quang

T¸n s¾c gãc T¸n s¾c vËt liÖu

TÝch cùc C¸c nguån ph¸t quang vµ c¸c bé t¸ch sãng quang nhiÒu b­íc sãng

GhÐp sîi

ThiÕt bÞ cã bé läc

ThiÕt bÞ quang tæ hîp

C¸c thiÕt bÞ kh¸c

Phi tuyÕn

Giao thoa

Ph©n cùc

C¸ch tö H×nh 2.1. Ph©n lo¹i c¸c thiÕt bÞ WDM.

§Ó ®¬n gi¶n khi xem xÐt c¸c thiÕt bÞ WDM, chóng ta chñ yÕu lÊy bé t¸ch kªnh theo bíc sãng ®Ó ph©n tÝch, bëi v× nÕu xÐt ë mét møc ®é nµo ®ã th× nguyªn lý c¸c thiÕt bÞ WDM cã tÝnh thuËn nghÞch vÒ cÊu tróc, do ®ã ho¹t ®éng cña c¸c bé ghÐp kªnh còng ®îc

Trang 13

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

gi¶i thÝch t¬ng tù b»ng c¸ch ®¬n gi¶n lµ thay ®æi híng tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ ®Çu ra. C¸c bé t¸ch (hay c¸c bé ghÐp) ®îc chia ra lµm hai lo¹i chÝnh theo c«ng nghÖ chÕ t¹o lµ: • ThiÕt bÞ WDM vi quang • ThiÕt bÞ WDM ghÐp sîi. ë lo¹i thø nhÊt, viÖc t¸ch/ghÐp kªnh dùa trªn c¬ së c¸c thµnh phÇn vi quang. C¸c thiÕt bÞ nµy ®îc thiÕt kÕ chñ yÕu sö dông cho c¸c tuyÕn th«ng tin quang dïng sîi ®a mode, chóng cã nh÷ng h¹n chÕ ®èi víi sîi dÉn quang ®¬n mode. Lo¹i thø hai dùa vµo viÖc ghÐp gi÷a c¸c trêng lan truyÒn trong c¸c lâi sîi kÒ nhau. Kü thuËt nµy phï hîp víi c¸c tuyÕn sö dông sîi ®¬n mode. I. C¸c thiÕt bÞ WDM vi quang : C¸c thiÕt bÞ WDM vi quang ®îc chÕ t¹o dùa trªn hai ph¬ng ph¸p c«ng nghÖ kh¸c nhau lµ: c¸c thiÕt bÞ cã bé läc vµ c¸c thiÕt bÞ ph©n t¸n gãc. ThiÕt bÞ läc chØ ho¹t ®éng më cho mét bíc sãng (hoÆc mét nhãm c¸c bíc sãng) t¹i mét thêi ®iÓm, nh»m ®Ó t¸ch ra mét bíc sãng trong nhiÒu bíc sãng. §Ó thùc hiÖn thiÕt bÞ hoµn chØnh, ngêi ta ph¶i t¹o ra cÊu tróc läc theo tÇng. Cßn thiÕt bÞ ph©n t¸n gãc l¹i ®ång thêi ®a ra tÊt c¶ c¸c bíc sãng. 1> C¸c bé läc trong thiÕt bÞ WDM: Trong thiÕt bÞ ghÐp-t¸ch bíc sãng vi quang thêng sö dông bé läc bíc sãng b»ng mµng máng. ThÝ dô bé t¸ch bíc sãng dïng bé läc mµng máng thÓ hiÖn nh h×nh 2.2. λ 1, λ 2, ...., λ

n

λ 1

λ 2, ...., λ

n

Trang 14

Bé läc

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

H×nh 2.2. Bé t¸ch bíc sãng dïng bé läc mµng máng

Bé läc cã cÊu tróc ®a líp gåm c¸c líp ®iÖn m«i rÊt máng, cã chiÕt suÊt cao vµ thÊp ®Æt xen kÏ nhau. Bé läc lµm viÖc dùa trªn nguyªn lý buång céng hëng Fabry-Perot, gåm hai g¬ng ph¶n x¹ mét phÇn ®Æt song song c¸ch nhau chØ bëi mét líp ®iÖn m«i trong suèt.

Trang 15

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

ChiÕt suÊt thÊp

ChiÕt suÊt cao

Líp ph©n c¸ch trong suèt

H×nh 2.3 CÊu tróc cña bé läc ®iÖn m«i. BÒ dµy c¸c líp b»ng 1/4 bíc sãng truyÒn ®èi víi bé läc bËc 0 vµ b»ng 3/4λ 0 ®èi víi bé läc bËc 1 vµ ®îc chÕ t¹o tõ vËt liÖu cã hÖ sè chiÕt suÊt thÊp nh MgF2 cã n = 1,35 hoÆc SiO2 cã n = 1,46 vµ vËt liÖu cã chØ sè chiÕt suÊt cao nh TiO2 cã n = 2,2. Khi chïm tia s¸ng ®i vµo thiÕt bÞ, th× hiÖn tîng giao thoa ¸nh s¸ng x¶y ra do ph¶n x¹ nhiÒu lÇn trong khoang céng hëng. NÕu bÒ dµy cña líp ®Öm lµ sè nguyªn lÇn cña nöa bíc sãng ¸nh s¸ng tíi th× giao thoa xÕp chång x¶y ra vµ c«ng suÊt quang cña bíc sãng ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i vµ bíc sãng ®ã sÏ ®îc truyÒn dÉn th«ng suèt nhÊt. C¸c chïm ¸nh s¸ng ë nh÷ng bíc sãng kh¸c trong buång céng hëng hÇu nh bÞ ph¶n x¹ hoµn toµn. §êng cong ph©n bè c«ng suÊt ë ®Çu ra cña bé läc cã d¹ng nh h×nh 2.4: POUT

λ

0

λ

H×nh 2.4. Ph©n bè c«ng suÊt ë ®Çu ra cña bé läc.

Bé läc th«ng thÊp hoÆc th«ng cao cã bíc sãng c¾t λ c (h×nh 2.5a lµ th«ng cao vµ h×nh 2.5b lµ th«ng thÊp). Bé läc th«ng gi¶i cã bíc sãng trung t©m λ 0 vµ ®é réng gi¶i ∆ λ truyÒn ®¹t cña bé läc.

Trang 16

(h×nh 2.5c). T lµ hµm

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

T(%)

T(%)

Th«ng cao (λ <λ c)

SVTH: nhãm 5

T(%)

Th«ng thÊp (λ >λ c)

B¨ng th«ng λ 0-∆ λ /2 <λ < λ 0+∆ λ /2 ∆λ

λ

c

λ (nm)

λ

c

λ (nm)

λ

0

λ (nm)

H×nh 2.5. C¸c ®Æc tÝnh phæ truyÒn dÉn cña c¸c lo¹i bé b) LWPF c) BPF läc giao thoa c¾t (a)(b) vµ b¨ng th«ng (c).

a) SWPF

C¸c bé läc th«ng thÊp hoÆc th«ng cao thêng ®îc sö dông ®Ó t¸ch 2 bíc sãng cã kho¶ng c¸ch xa nhau, ch¼ng h¹n 850 nm vµ 1300 nm hoÆc 1300 nm vµ 1550 nm. Lo¹i bé läc nh vËy, thÝch hîp cho hÖ thèng WDM sö dông nguån quang cã d¶i phæ réng (LED). Bé läc th«ng gi¶i ®îc sö dông trong WDM khi nguån quang cã phæ hÑp (LASER). §èi víi bé läc th«ng gi¶i cã mét vµi yªu cÇu: ®ã lµ ®é dèc sên ®êng cong hµm truyÒn ®¹t ph¶i ®ñ lín ®Ó tr¸nh xuyªn ©m gi÷a c¸c kªnh kÒ nhau, mÆt kh¸c ®é réng gi¶i ∆ λ cã dung sai cho phÐp ®Ó ®Ò phßng dÞch bíc sãng trung t©m cña nguån quang khi nhiÖt ®é thay ®æi. Díi ®©y ta xem xÐt mét sè thiÕt bÞ t¸ch bíc sãng dïng bé läc mµng máng: a) Bé t¸ch 2 bước sãng: CÊu tróc c¬ b¶n cña bé t¸ch hai kªnh nh ë h×nh 2.6a, trong khi ®ã viÖc thùc hiÖn thùc tÕ cÊu tróc nµy chØ ®¬n gi¶n nh ë h×nh 2.6b. C¸c phÇn tö chuÈn trùc vµ héi tô lµ c¸c l¨ng kÝnh GRIN 1/4 chu kú P. Bé läc ®îc thiÕt kÕ ®Ó ph¸t ®i λ gi÷a hai l¨ng kÝnh.

Trang 17

1

vµ ph¶n x¹ λ

2

sÏ ®îc ®Æt

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

λ 1, λ

SVTH: nhãm 5

ThÊu kÝnh

KÝnh läc

λ

Sîi quang

1

2

λ

2

a) λ 1, λ

λ

L¨ng kÝnh Grin (1/4 P)

λ

2

2

1

Bé läc

b) H×nh 2.6. CÊu tróc bé t¸ch hai kªnh sö dông bé läc giao thoa a) CÊu h×nh c¬ b¶n vµ b) CÊu h×nh khi thùc hiÖn trong thùc tÕ. C¸c thiÕt bÞ t¸ch bíc sãng nµy cã s½n trªn thÞ trêng th¬ng m¹i vµ ®îc sö dông réng r·i ë c¸c hÖ thèng th«ng tin quang sö dông c¸c nguån ph¸t LED ë bíc sãng 850 nm vµ 1300 nm, hoÆc sö dông c¸c nguån ph¸t phæ hÑp cña c¸c tæ hîp bíc sãng nh : 800 nm vµ 830 nm; 800 nm vµ 890 nm; 1200 nm vµ 1300 nm; hoÆc 1300nm vµ 1550 nm vv..., víi suy hao xen nhá h¬n 3dB (cho mçi cÆp) vµ suy hao xuyªn kªnh cao h¬n 25dB.

b) Bé t¸ch bíc sãng ThiÕt bÞ nµy sö dông c¸c bé läc nèi tiÕp nhau, vµ mçi bé läc cho ®i qua mét bíc sãng vµ ph¶n x¹ c¸c bíc sãng cßn l¹i (xem h×nh 2.7) :

Trang 18

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5 λ 1,

λ 2,......, λ

Bé läc (λ 1)

n

λ λ

1

2

λ 3

λ 4

H×nh 2.7. CÊu tróc c¬ b¶n cña mét bé t¸ch nhiÒu bíc sãng.

Trong thùc tÕ, thiÕt bÞ t¸ch nhiÒu bíc sãng ngoµi c¸c bé läc cßn cã thÊu kÝnh, c¸c sîi quang vv... H×nh 2.8 lµ bé t¸ch 5 bíc sãng dïng thÊu kÝnh GRIN vµ khèi thuû tinh trong suèt. λ 1,......, λ

λ

λ

2

4

5

Sîi quang L¨ng kÝnh GRIN Khèi thuû tinh trong suèt Bé läc

λ

1

λ

3

λ

5

H×nh 2.8. Mét bé t¸ch vi quang 5 kªnh thùc tÕ.

§«i khi cã thÓ thùc hiÖn t¹o ra bé t¸ch kªnh mµ kh«ng cÇn sö dông ®Õn c¸c phÇn tö chuÈn trùc. VÝ dô nh ë h×nh 2.9, thiÕt bÞ

Trang 19

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

kh«ng cã l¨ng kÝnh, mµ c¸c bé läc giao thoa ë ®©y ®îc ®Æt trªn tõng ®o¹n mét c¸ch thÝch hîp vµ ®Çu sîi ®îc mµi nh½n.

Trang 20

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

λ

SVTH: nhãm 5

λ

1

2

λ

3

Sîi quang λ 1,......, λ

λ

4

4

Bé läc

H×nh 2.9. CÊu tróc c¬ b¶n cña bé t¸ch nhiÒu kªnh sö dông bé läc giao thoa g¾n trùc tiÕp vµo sîi. c) ThiÕt bÞ kÕt hîp ghÐp vµ t¸ch bíc sãng (MUX-DEMUX): H×nh 2.10 thÓ hiÖn thiÕt bÞ MUX-DEMUX 4 bíc sãng. C¸c bíc sãng 0,81 µ m vµ 0,89 µ m tõ hai nguån quang kh¸c nhau ®îc ghÐp thµnh mét tia chung ®Ó truyÒn qua sîi quang. C¸c bíc sãng 1,2 µ m vµ 1,3 µ m tõ sîi quang ®Õn ®îc t¸ch thµnh hai tia øng víi mçi bíc sãng ®Ó ®a ®Õn diode t¸ch quang. ThÊu kÝnh GRIN t¹i cæng vµo dïng lo¹i 1/4P ph©n k×, t¹i cæng ra dïng lo¹i 1/4P héi tô.

BPF 0,81 0,81µ m µ m Conn ector ThÊu kÝnh GRIN

BPF 0,89µ m

LWPF

SWPF

1,3 µ m

BPF 1,2 µ m BPF 1,3 Khèi thuû tinh µ m

Trang 21

0,89 µ m

0,81 µ m vµ 0,89 µ m 1,2 µ m vµ 1,3 µ m

1,2 µ m

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

H×nh 2.10. Thiết bị MUX-DEMUX 4 bước sóng.

Trang 22

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Trong ®ã: BPF

- Bé läc th«ng d¶i

LWPF - Bé läc th«ng thÊp SWPF - Bé läc th«ng cao. §é réng cña kªnh lµ 25 nm vµ 32 nm trong cöa sæ thø nhÊt; 47 nm vµ 50 nm trong cöa sæ thø hai cña sîi quang. Suy hao xen lµ 1,4 dB cho buíc sãng 0,89 µ m; 2,6 dB cho bíc sãng 1,2 µ m; 2,2 dB cho bíc sãng 1,3 µ m khi dïng Laser diode vµ 5,2 dB cho bíc sãng 0,81 µ m khi dïng LED. Suy hao xuyªn ©m b»ng -18 dB cho bíc sãng ng¾n dïng LED, cßn nÕu dïng Laser diode th× suy hao xuyªn ©m b»ng -3,9 dB. Mét thÝ dô kh¸c cña bé MUX-DEMUX dïng g¬ng cÇu lâm nh h×nh 2.11.

Sîi chung

0,825 µ m 0,825 0,870 µ m; 1,3 µ m µ m 0,870 µ m

1,3 µ m C

B

A

D

H×nh 2.11. ThiÕt bÞ MUX-DEMUX 3 bíc sãng.

C¸c ®Çu sîi quang ®Æt trªn mÆt ph¼ng tiªu D. G¬ng cÇu lâm A ph¶n x¹ bíc sãng 0,825 µ m tíi ®Çu ra. G¬ng cÇu lâm B ph¶n x¹ bíc sãng 0,870 µ m tõ sîi chung vµo vµ tíi sîi ra. G¬ng cÇu lâm C ph¶n x¹ bíc sãng 1,3 µ m tõ sîi chung vµo vµ tíi sîi ra kh¸c. Suy hao xen vµ suy hao xuyªn ©m nh b¶ng díi ®©y: 0,825

Trang 23

0,870

1,3 µ m

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5 µ m 0,4

Suy hao xen (dB) Suy hao xuyªn ®Çu gÇn (dB) Suy hao xuyªn ®Çu xa (dB)

©m

µ m 0,75 - 0,6

1,3 - 40

©m

- 78

- 120

2> ThiÕt bÞ WDM lµm viÖc theo nguyªn lý t¸n s¾c gãc: ThiÕt bÞ WDM sö dông bé läc mµng máng kh«ng thÝch hîp cho hÖ thèng cã qu¸ nhiÒu bíc sãng hoÆc khi bíc sãng nµy qu¸ gÇn nhau. Trong trêng hîp nµy ph¶i sö dông phÇn tö t¸n s¾c gãc. ¦u ®iÓm cña phÇn tö t¸n s¾c gãc lµ t¸n x¹ ®ång thêi tÊt c¶ c¸c bíc sãng. a) Dïng l¨ng kÝnh lµm phÇn tö t¸n s¾c gãc: Trong giai ®o¹n ®Çu cña kü thuËt WDM ngêi ta thêng dïng l¨ng kÝnh lµm phÇn tö t¸n s¾c gãc (h×nh 2.12). Do hiÖn tîng chiÕt suÊt phô thuéc vµo bíc sãng ¸nh s¸ng tøc lµ n = n(λ ) nªn chïm tia s¸ng cã c¸c bíc sãng kh¸c nhau ë ®Çu vµo sÏ bÞ l¨ng kÝnh ph©n thµnh c¸c tia s¸ng ®¬n s¾c kh¸c nhau theo c¸c híng kh¸c nhau ë ®Çu ra theo ®Þnh luËt Sneel (sù phô thuéc cña chiÕt suÊt vËt liÖu lµm l¨ng kÝnh theo bíc sãng). di dn sin A = × dλ λ cos r / cos i

(2.1)

Víi: i

lµ gãc tíi

i’

lµ gãc lã

A lµ gãc ®Ønh cña l¨ng kÝnh n

lµ chiÕt suÊt vËt liÖu lµm l¨ng kÝnh.

A i

r

Trang 24

i’

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

H×nh 2.12. T¸n s¾c dïng l¨ng kÝnh Nhîc ®iÓm: t¸n s¾c dïng l¨ng kÝnh cã møc ®é t¸n s¾c thÊp, nªn khã t¸ch ®îc c¸c bíc sãng gÇn nhau. V× vËy ngêi ta chØ cã thÓ dïng l¨ng kÝnh trong trêng hîp t¸ch c¸c bíc sãng ë hai cöa sæ truyÒn dÉn kh¸c nhau (vÝ dô bíc sãng λ 1 ë cöa sæ 1300 nm; bíc sãng λ 2 ë cöa sæ 1550 nm). Do nhîc ®iÓm kh«ng t¸ch ®îc c¸c tia s¸ng cã bíc sãng gÇn nhau nªn l¨ng kÝnh ngµy nay kh«ng ®îc sö dông trong c«ng nghÖ WDM n÷a, thay vµo ®ã ngêi ta sö dông c¸ch tö nhiÔu x¹ lµm phÇn tö t¸n s¾c gãc. b) Dïng c¸ch tö lµm phÇn tö t¸n s¾c gãc: ● Më ®Çu: C¸ch tö ®îc cÊu t¹o gåm nhiÒu r·nh (nh r¨ng ca), ®îc kh¾c b»ng dông cô kim c¬ng, trªn bÒ mÆt cña c¸c r·nh nµy ®îc phñ mét líp ph¶n x¹, sè lîng r·nh trªn c¸ch tö cã thÓ lªn tíi vµi ngh×n r·nh trªn 1 mm. C¸c phÇn tö cã kh¶ n¨ng truyÒn hoÆc t¸n x¹ ¸nh s¸ng theo nh÷ng híng nhÊt ®Þnh tuú thuéc vµo bíc sãng cña ¸nh s¸ng ®ã. Gãc t¸n x¹ phô thuéc vµo kho¶ng c¸ch r·nh (gäi lµ bíc c¸ch tö) vµ gãc tíi.

C¸ch tö

λ

λ 1, λ 2,....., λ

n

λ 1

λ

n

2

H×nh 1.14. Sö dông c¸ch tö ®Ó t¸ch bíc sãng.

Trang 25

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Còng gièng như l¨ng kÝnh, ¸nh s¸ng kh«ng ®¬n s¾c ë ®Çu vµo, sau khi qua c¸ch tö sÏ ®îc t¸ch thµnh c¸c tia s¸ng ®¬n s¾c ë ®Çu ra theo c¸c gãc kh¸c nhau. Kh¸c víi l¨ng kÝnh, c¸ch tö nhiÔu x¹ cho c¸c gãc t¸n x¹ lín h¬n. Khi t¸ch kªnh (t¸ch bíc sãng) b»ng c¸ch tö, nguån s¸ng tíi gåm nhiÒu bíc sãng tõ sîi quang sÏ ®îc t¸ch ra thµnh c¸c tia ®¬n s¾c t¬ng øng víi c¸c bíc sãng ®îc truyÒn trªn sîi theo c¸c gãc kh¸c nhau. Ngîc l¹i khi ghÐp kªnh, mét sè kªnh bíc sãng λ 1, λ 2,....., λ n ®Õn tõ c¸c híng kh¸c nhau cã thÓ ®îc kÕt hîp thµnh mét híng vµ ®îc ®a tíi truyÒn dÉn trªn cïng mét sîi quang. ● C¸ch tö nhiÔu x¹ ph¼ng: XÐt ho¹t ®éng cña mét c¸ch tö ph¼ng cã r·nh r¨ng ca nh h×nh 1.15:

Trang 26

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

M

i i’

SVTH: nhãm 5

N α α

’ φ

H×nh 1.15. C¸ch tö nhiÔu x¹ ph¼ng. Trong ®ã: N - ®êng vu«ng gãc víi mÆt ®¸y cña c¸ch tö M - ®êng vu«ng gãc víi c¹nh cña r·nh α α i i’ d φ

- gãc tíi cña tia s¸ng víi N

- gãc nhiÔu x¹ víi N - gãc tíi cña tia s¸ng víi M - gãc nhiÔu x¹ víi M - chu k× c¸ch tö - gãc nghiªng cña r·nh.

’

Tõ h×nh 1.15 vµ theo kÕt qu¶ chøng minh th× khi chiÕu hai tia s¸ng vµo r·nh c¸ch tö sÏ t¹o ra c¸c tia nhiÔu x¹ cïng pha nÕu hiÖu sè ®êng ®i hai tia s¸ng tho¶ m·n ®iÒu kiÖn sau: ∆

0

= d(sinα + sinα ’) = kλ

(2.2)

Víi: k - sè nguyªn λ - bíc sãng d - chu k× c¸ch tö k = 0 øng víi truyÒn trùc tiÕp k = ± 1 øng víi bËc 1 nhiÔu x¹. NÕu hÖ sè khóc x¹ cña m«i trêng bªn ngoµi c¸ch tö lµ n th× (2.1) cã d¹ng: nd(sinα + sinα ’) = kλ Còng tõ h×nh 1.15 ta cã: i=φ -α i’ = α ’ - φ

Trang 27

(2.3)

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Theo quy t¾c ph¶n x¹ th× gãc tíi b»ng gãc ph¶n x¹, nghÜa lµ i = i’, rót ra: φ = (α + α ’)/2

(2.4)

C«ng thøc (2.1) cã thÓ viÕt díi d¹ng: 2d sin

α +α' α −α ' cos = kλ 2 2

α −α ' = kλ 2

2d sin Φ cos

Hay

(2.5)

§èi víi c¸ch tö ph¶n x¹ th× φ

(2.5’) ®îc tÝnh theo ®iÒu kiÖn cña

Liittrow (khi α =α ’). Theo ®iÒu kiÖn nµy t×m ®îc λ øng víi t¸n x¹ bËc 1 lµ: λ

1

= 2dsinφ

(2.6)

Khi α ≠ α ’ λ

1

= 2dsinφ cos

α −α ' 2

(2.7)

Theo ®iÒu kiÖn Littrow vµ øng víi bËc 2 cña t¸n x¹ cã: λ λ

2

n

= 2dsinφ =

(2.8)

2d sinφ n

(2.9)

Biªn ®é trêng nhiÔu x¹ mÆt bªn cña r·nh c¸ch tö ®îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: A = Aλ Khi λ = λ

n

n

( (

sin πd / λ sin i + sin i ' sin πd / λ sin i − sin i '

) )

(2.10)

th× cêng ®é nhiÔu x¹ cùc ®¹i vµ b»ng:

( )

I λ n = Aλ n

2

(2.11)

Ph©n bè phæ cña nhiÔu x¹ ®îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: I λ  sin ( kπ − πnλ n / λ )  =  I λn  kπ − πnλ n / λ 

Trang 28

2

(2.12)

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Tõ biÓu thøc trªn, x©y dùng ®êng cong ph©n bè phæ cña n¨ng lîng nhiÔu x¹ bËc mét nh h×nh 1.16 a). Trong trêng hîp d nhá h¬n bíc sãng th× ph©n bè phæ cña n¨ng lîng nhiÔu x¹ phô thuéc vµo φ vµ cã d¹ng nh h×nh 1.16 b).

Trang 29

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Iλ /Iλ 1

Iλ /Iλ 1

1 0, 8 0, 6 0, 4 0, 2

1 0, 8 0, 6 0, 4 0, 2

0, 2

λ 1/

1, 8 a) Khi d > λ 1

λ

φ = 200

0, 2

1, 5 b) Khi d<λ

1

2

λ 1/ λ

H×nh 1.16. Ph©n bè phæ n¨ng lîng nhiÔu x¹ bËc mét.

● øng dông cña c¸ch tö nhiÔu x¹ ph¼ng: Nãi chung, c¸c bé ghÐp kªnh hoÆc t¸ch kªnh sö dông c¸ch tö bao gåm 3 phÇn chÝnh: c¸c phÇn tö vµo vµ ra (lµ m¶ng sîi hoÆc mét sîi truyÒn dÉn víi c¸c thµnh phÇn thu - ph¸t); phÇn tö héi tô quang; phÇn tö t¸n s¾c gãc grating H×nh 2.17 lµ cÊu h×nh ®¬n gi¶n cña mét bé ghÐp kªnh cña Finke. Trong ®ã, m¶ng ®Çu sîi quang ®îc ®Æt t¹i tiªu cù cña mét thÊu kÝnh trßn, phÇn tö t¸n s¾c gãc grating ®îc ®Æt t¹i tiªu cù bªn kia cña thÊu kÝnh ®ã. Bé t¸ch kªnh thùc tÕ lo¹i nµy ®· thùc hiÖn t¸ch tõ 4 ®Õn 6 kªnh víi suy hao kho¶ng 1,2 ®Õn 1,7 dB (triÓn väng cã thÓ t¸ch ®îc 10 kªnh).

ThÊu kÝnh trßn

λ λ λ λ

C¸ch tö ®Çu m¶ng sîi

1 2 3 4

λ 1, λ 2, λ λ

3,

4

H×nh 2.17. S¬ ®å bé ghÐp kªnh Grating cña Finke Trªn h×nh 2.18 a) vµ 2.18 b) lµ bé t¸ch Littrow víi a) lµ cÊu tróc c¬ b¶n cßn b) lµ cÊu tróc thùc tÕ sö dông l¨ng kÝnh GRIN-rod cña bé t¸ch 2 kªnh.

Trang 30

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

L¨ng kÝnh chuÈn trùc

λ

C¸ch tö

λ1 1, λλ

2

2

a) L¨ng kÝnh Grin

λ

C¸ch tö

λ 11, λλ2 2

b)

H×nh 2.18. Bé t¸ch Littrow: a) CÊu tróc c¬ b¶n, b) CÊu tróc thùc tÕ sö dông l¨ng kÝnh GRIN-rod cña bé t¸ch 2 kªnh. Trªn h×nh 2.19, ®Çu m¶ng c¸c sîi quang ®îc ®Æt tríc mét khe ®· ®îc quang kh¾c trªn mÆt c¸ch tö ph¶n x¹ ph¼ng ®Æt vu«ng gãc víi c¸c r·nh c¸ch tö. G¬ng cÇu lâm cã t¸ch dông lµm thay ®æi híng cña bÊt k× mét tia ®a bíc sãng ph©n kú nµo thµnh mét tia song song quay trë l¹i c¸ch tö, tia nµy khi ®Õn c¸ch tö, sÏ bÞ t¸n s¾c vµ ph¶n x¹ trë l¹i g¬ng, ph¶n x¹ mét lÇn n÷a, t¹o ¶nh trªn vïng m¶ng sîi quang tuú thuéc vµo gi¸ trÞ tõng bíc sãng. CÊu tróc nµy cã hÖ sè héi tô vµ truyÒn ®¹t b»ng 1; v× vËy, hiÖu suÊt ghÐp kh¸ cao, ®Æc biÖt nÕu sö dông g¬ng parabol th× quang sai rÊt nhá, gÇn b»ng 0. Sè lîng c¸c kªnh cã thÓ ghÐp trong thiÕt bÞ phô thuéc nhiÒu vµo phæ cña nguån quang: tõ n¨m 1993, ®· cã thÓ ghÐp ®îc 6 kªnh (®èi víi nguèn LED), 22 kªnh (®èi víi nguån Laser); nÕu sö dông kü thuËt c¾t phæ cña nguån ph¸t LED ®Ó n©ng cao sè kªnh ghÐp th× cã thÓ ghÐp tíi 49 kªnh. §èi víi nguån ®¬n s¾c, suy hao xen cña thiÕt bÞ ghÐp rÊt nhá (< 2 dB), vµ cã thÓ ®¹t ®Õn 0,5 dB cho thiÕt bÞ ®¬n mode vïng bíc sãng 1540 nm ®Õn 1560 nm.

Trang 31

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

λ 1, λ 2,..., λ

λ

n

G­¬ng lßng ch¶o

λ1 n

C¸ch tö

H×nh 2.19. Bé t¸ch sö dông c¸ch tö nhiÔu x¹ Planar vµ g¬ng lßng ch¶o.

● C¸ch tö h×nh lßng ch¶o:

A

N

C

B

H×nh 2.20. C¸ch tö h×nh lßng ch¶o.

C¸ch tö h×nh lßng ch¶o ®îc sö dông ®Ó ph¶n x¹ ¸nh s¸ng, v× vËy gãc nghiªng cña r·nh c¸ch tö ®îc tÝnh to¸n gièng nh c¸ch tö ph¶n x¹ ph¼ng. Theo thuyÕt v« híng th× gãc nghiªng cña r·nh ph¶i thay ®æi liªn tôc ®Ó duy tr× ®êng ph©n gi¸c cña gãc hîp bëi tia tíi vµ tia ph¶n x¹ ABC lu«n vu«ng gãc víi bÒ mÆt cña r¨ng ca. Mét øng dông cña c¸ch tö h×nh lßng ch¶o nh chØ ra trªn h×nh 2.21, thiÕt bÞ lo¹i nµy cã vÎ nh ®¬n gi¶n h¬n v× kh«ng sö dông phÇn tö héi tô quang (thÊu kÝnh hoÆc l¨ng kÝnh). ThiÕt bÞ lo¹i nµy ®· thùc hiÖn ghÐp 4 kªnh, suy hao 2,6 dB; nã cã nhîc diÓm lµ quang sai kh«ng æn ®Þnh trong gi¶i phæ réng.

Trang 32

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

C¸c sîi ®Çu ra

C¸ch tö lßng ch¶o

Sîi vµo

H×nh 2.21. S¬ ®å cÊu tróc bé t¸ch sö dông c¸ch tö lßng ch¶o.

Tãm l¹i thiÕt bÞ WDM dïng c¸ch tö nh phÇn tö t¸n s¾c gãc ®Ó t¸ch/ghÐp bíc sãng thêng sö dông theo c¸ch nh chØ ra trªn c¸c h×nh 2.17 ®Õn 2.21; trong h×nh 2.19 nÕu thay g¬ng lßng ch¶o b»ng g¬ng parabol th× cã thÓ hiÖu chØnh quang sai. ● C¸ch tö Bragg: C¸ch tö Bragg lµ c¸ch tö ®îc chÕ t¹o ngay bªn trong sîi quang. C¸h tö sîi Bragg th«ng thêng tríc ®©y khã s¶n xuÊt ®îc víi ®é dµi sîi qu¸ 15 cm do h¹n chÕ vÒ chiÒu dµi sîi c¸ch tö ®èi víi b¸n kÝnh chïm tia laser hoÆc do chiÒu dµi cña m¹t n¹ phase. HiÖn nay c«ng nghÖ chÕ t¹o hiÖn ®¹i ®· cho phÐp thay ®æi c¸c th«ng sè nh ®é dµi c¸ch tö, chiÕt suÊt cã thÓ ®îc ®iÒu biÕn theo yªu cÇu, t¹o nªn c¸ch tö sîi d¹ng nhiÒu bËc nh bíc ren; nhê ®ã mét sè lín c¸c bé läc ®îc t¹o ra voi c¸c th«ng sè kh¸ hoµn thiÖn. øng dông cña c¸ch tö sîi Bragg trong module xen/rÏ bíc sãng nh sau: ®iÒu chØnh bíc sãng xen/rÏ dïng c¸ch tö sîi Bragg m¹ng l¹i nhiÒu u ®iÓm cho thiÕt bÞ OADM. Trong ®ã, ®Æc biÖt lµ suy hao xen cña thiÕt bÞ thÊp, ®Æc tÝnh phæ cña bé läc cã d¹ng bé läc b¨ng th«ng BPF víi kh¶ n¨ng ®¹t ®îc kho¶ng c¸ch kªnh bíc sãng lµ 50 GHz, ®ã lµ mét tÝnh n¨ng hoµn toµn thuyÕt phôc. Cã hai ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn bíc sãng xen/rÏ ®èi víi thiÕt bÞ sö dông sîi c¸ch tö Bragg, ®ã lµ: ®iÒu khiÓn nhiÖt hoÆc thay ®æi ®é nÐn d·n cña sîi b»ng t¶i c¬, song c¸ch thø hai ®¹t ®îc tèc ®é ®iÒu chØnh cao h¬n. øng dông c¸ch tö sîi Bragg trong bï t¸n s¾c: phæ cña xung quang chøa nhiÒu thµnh phÇn bíc sãng kh¸c nhau, khi truyÒn xung däc sîi quang, thµnh phÇn bíc sãng ng¾n sÏ ®i nhanh h¬n thµnh

Trang 33

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

phÇn bíc sãng dµi, ®©y chÝnh lµ hiÖu øng t¸n s¾c, lµm d·n phæ xung quang ®ã vµ cã thÓ g©y xuyªn nhiÔu lªn c¸c xung quang l©n cËn. Tríc ®©y ®· cã nhiÒu gi¶i ph¸p bï t¸n s¾c, nh sö dông sîi bï t¸n s¾c DCF, nhng c¸ch nµy thùc ra cßn nhiÒu nhîc ®iÓm nh : g©y suy hao lín, g©y ra c¸c hiÖu øng phi tuyÕn kh¸c... GÇn ®©y, c¸ch tö bï t¸n s¾c ®· ®îc xem lµ gi¶i ph¸p cã nhiÒu høa hÑn. Bíc c¸ch tö trong c¸ch tö bï t¸n s¾c ®îc dÞch ®i ®Ó ph¶n x¹ c¸c bíc sãng chËm (bíc sãng dµi) tríc khi c¸c thµnh phÇn bíc sãng nhanh (bíc sãng ng¾n) ®i ®Õn cuèi c¸ch tö vµ bÞ ph¶n x¹ trë l¹i (xem h×nh 2.22), module bï t¸n s¾c kiÓu nµy còng sÏ lµm co xung ®· bÞ d·n réng ra tríc khi ®îc truyÒn ®i tiÕp hoÆc ®îc xö lý. NÕu sîi c¸ch tö cµng dµi, møc bï t¸n s¾c cµng lín vµ phæ thiÕt bÞ cã thÓ lµm viÖc cµng ®îc më réng. NÕu qu¸ tr×nh chÕ t¹o sîi kh«ng tèt, sÏ g©y hiÖn tîng nhÊp nh« (ripple) ®èi víi trÔ nhãm tÝn hiÖu quang, do ®ã cã thÓ lµm sai kh¸c ®i viÖc bï t¸n s¾c cña thiÕt bÞ.

xung vµo Sîi truyÒn dÉn Ciculator

Sîi c¸ch tö Bragg B­íc sãng dµi

B­íc sãng B­íc sãng dµi ng¾n

B­íc sãng ng¾n

xung ra

H×nh 2.22. Nguyªn lý c¸ch tö Bragg bï t¸n s¾c. Suy hao cña module bï t¸n s¾c kiÓu nµy g©y ra bëi: suy hao cè ®Þnh cña circulator vµ c¸c chç ghÐp nèi (tæng suy hao nµy nhá h¬n 2 dB), suy hao cña c¸ch tö sîi Bragg phô thuéc vµo ®é dµi sîi, kho¶ng 0,3 dB/m (theo c«ng nghÖ chÕ t¹o c¶m øng tia cùc tÝm). Ngoµi ra, suy hao nµy còng phô thuéc d¶i bíc sãng lµm viÖc kho¶ng 0,3 dB/nm. Thùc nghiÖm cho thÊy u thÕ cña module bï t¸n s¾c dïng c¸ch tö sîi Bragg so víi bï t¸n s¾c dïng sîi DCF ®îc chØ ra nh trong b¶ng díi ®©y: B¶ng 2.1. So s¸nh ®é suy hao gi÷a c¸c thiÕt bÞ bï t¸n s¾c. suy hao suy hao suy hao c¸ch bï t¸n s¾c

Trang 34

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

cùc tiÓu th«ng th- cùc ®¹i êng Sîi DCF 40 km 4,4 dB 4,8 dB 6,2 dB Sîi DCF 40 km 6,0 dB 6,5 dB 6,7 dB Sîi DCF 40 km 7,7 dB 8,3 dB 8,9 dB Sîi c¸ch tö Bragg bï t¸n 2,0 dB 2,5 dB 3,0 dB s¾c Víi nh÷ng u thÕ nh vËy, thiÕt bÞ bï t¸n s¾c b»ng c¸ch tö sîi Bragg ®· ®îc chÕ t¹o hµng lo¹t nhê qu¸ tr×nh chÕ t¹o c¸ch tö ®iÒu khiÓn b»ng phÇn mÒm m¸y tÝnh, chóng sÏ trë thµnh c¸c module kh«ng thÓ thiÕu trong c¸c thiÕt bÞ WDM thÕ hÖ thø hai nh OADM, khuÕch ®¹i EDFA hai tÇng cã bï t¸n s¾c.

II. C¸c thiÕt bÞ WDM ghÐp sîi C¸c thiÕt bÞ WDM ghÐp sîi phï hîp h¬n ®èi víi c¸c sîi ®¬n mode v× cã thÓ tr¸nh ®îc quang sai, gi¶m trÔ, gi¶m suy hao do c¸c qu¸ tr×nh xö lý chïm s¸ng qua c¸c ®o¹n ph¶n x¹, chuÈn trùc, héi tô vv... g©y ra. ThiÕt bÞ WDM ghÐp sîi ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn lý: khi lâi c¸c sîi quang ®Æt gÇn nhau th× c«ng suÊt quang tõ mét sîi sÏ chuyÓn vµo c¸c sîi kh¸c. XÐt trêng hîp hai lâi sîi quang ®¬n mode, cã kÝch thíc vµ ®Æc tÝnh quang nh nhau n»m song song víi nhau trong cïng mét vá. Khi mét lâi cã tÝn hiÖu quang th× hÖ sè ghÐp ®èi víi lâi thø hai ®îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc (2.13). 1/ 2

 πδ  A = 2   Wad 

U2 1 e −( Wd / a ) V 3 WK 12

Trong ®ã: A - b¸n kÝnh lâi d - kho¶ng c¸ch gi÷a 2 tÇn sè n1 - hÖ sè chiÕt suÊt cña lâi n2 - hÖ sè chiÕt suÊt cña vá K1 - hµm Bessel bËc nhÊt lo¹i hai

Trang 35

(2.13)

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

β - thµnh phÇn däc cña vÐc t¬ truyÒn lan mode, gäi lµ h»ng sè truyÒn lan. δ = 1 - n2/n1 - hÖ sè chiÕt suÊt t¬ng ®èi V = (2π a/λ )(n12 - n22)1/2

- tÇn sè chuÈn ho¸

U = a[(2π n1/λ )2 - β 2]1/2

- h»ng sè truyÒn lan ngang trong

lâi sîi W = a[β trong vá.

2

- (2π n2/λ )2]1/2

- ®é suy biÕn tèc ®é cña trêng

Tõ biÓu thøc (2.13) nhËn thÊy: hÖ sè ghÐp phô thuéc vµo c¸c ®Æc tÝnh h×nh häc, c¸c ®Æc tÝnh quang (chiÕt suÊt), vµ bíc sãng (th«ng qua V, U, W). NÕu bíc sãng cè ®Þnh, th× khi gi¶m d sÏ t¨ng hÖ sè ghÐp. Cßn nÕu d cè ®Þnh, th× hÖ sè ghÐp t¨ng khi tÇn sè chuÈn ho¸ gi¶m (λ gi¶m), v× khi ®ã sù ph©n bè trêng mode cã xu híng d·n réng tíi vïng vá. C«ng suÊt ghÐp gi÷a hai sîi cã d¹ng sin2(A0L) vµ c«ng suÊt lan truyÒn lµ cos2(A0L); trong ®ã L lµ ®é dµi ®o¹n ghÐp; A0 lµ hÖ sè ghÐp. Trong thùc tÕ ghÐp theo ®é dµi z biÕn ®æi, nªn c«ng suÊt ghÐp sÏ lµ: sin2∫ A(z)dz vµ c«ng suÊt lan truyÒn lµ cos2∫ A(z)dz. C¸c thiÕt bÞ WDM ghÐp sîi cã thÓ cã hai d¹ng nh h×nh 2.23, ®ã lµ: nung nãng ch¶y c¸c sîi kÒ nhau vµ ®¸nh bãng chç tiÕp xóc gi÷a hai sîi. Trong kü thuËt ®¸nh bãng, mçi sîi ®îc l¾p vµo mét thÊu kÝnh ®· ®ôc cong s½n, cã ®êng kÝnh cong thêng b»ng 25 cm, cho nªn d¹ng nµy cßn gäi lµ bé ghÐp khèi. Cßn trong kü thuËt xo¾n nãng ch¶y, hai lâi sîi ®îc xo¾n vµo nhau vµ ®îc nung nãng ch¶y thµnh mét lâi chung. Khi hai sîi ghÐp lµ nh nhau th× hiÖu suÊt ghÐp lµ tuÇn hoµn cña bíc sãng, kho¶ng c¸ch kªnh cùc tiÓu gi÷a hai bíc sãng ®îc ph©n tÝch lµ: π /2

∆ λ = ( δ ( A L ) / δ λ) 0 λ

(2.14)

Trong ®ã: δ (A0L)/ δ λ lµ ®¹o hµm cña hÖ sè ghÐp theo bíc sãng vµ L lµ kho¶ng c¸ch hiÖu dông ®o¹n ghÐp.

Trang 36

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Khi hai sîi ghÐp kh¸c nhau th× hiÖu suÊt ghÐp kh«ng tuÇn hoµn nªn cã ∆ λ : 5

∆ λ = L dβ1 − dβ2 dλ

(2.15)

dλ

lµ c¸c ®¹o hµm cña β

Trong ®ã: dβ 1/dλ mode cña mçi sîi.

vµ dβ 2/dλ

Vïng xo¾n nãng ch¶y

λ

λ

sîi quang ®¬n mode

theo

Vá sîi

1

1

Vá sîi λ 2

λ

λ

λ 1+ λ

2

1+ λ 2

H×nh 2.24. Hai ph­¬ng2 ph¸p t¹o ra c¸c bé ghÐp sîi cho thiÕt bÞ WDM.

C¸c bíc sãng t¬ng øng víi sù ®ång nhÊt c¸c hµm sè lan truyÒn cña hai ®êng d©y nµy lµ c¸c bíc sãng mµ ë ®ã sù truyÒn n¨ng lîng ®îc ®æi chç tõ sîi nµy sang sîi kia. B¨ng th«ng cña bé ghÐp sîi nãng ch¶y cã d¹ng gÇn nh h×nh sin lµm h¹n chÕ viÖc lùa chän nguån ph¸t. Râ rµng r»ng c¸c LED kh«ng thÓ ®îc sö dông v× phæ cña nã réng. Nh vËy chØ cã c¸c diode laser cã ®é réng phæ hÑp ®îc sö dông nÕu 1,0 tr¸nh ®îc suy hao xen vµ xuyªn kªnh lín. 0,8 0,6 0,4 0,2 1,0

1,1

1,2

1,3

Trang 37

1,4

1,5

1,6

λ (nm)

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

H×nh 2.25. §¸p øng cña bé t¸ch kªnh 1300/1550nm víi kü thuËt ghÐp nãng ch¶y 2 sîi nh nhau. Trong cÊu tróc nãng ch¶y, ®o¹n ghÐp ®îc kÐo dµi cho ®Õn khi gi¸ trÞ ghÐp theo yªu cÇu ®¹t ®îc ë nh÷ng bíc sãng ®· ®Þnh. VÝ dô ghÐp nãng ch¶y 1300/1550nm cã ®é dµi ghÐp 20 nm, suy hao xen nhá kho¶ng 0,04 dB. §êng cong truyÒn dÉn cña thiÕt bÞ nµy nh trªn h×nh 2.25. Khi cÇn ghÐp nhiÒu h¬n hai bíc sãng, ph¶i ghÐp nèi tiÕp c¸c bé ghÐp (cÊu h×nh rÏ nh¸nh). Trªn h×nh 2.26 lµ bé ghÐp gåm 3 mèi ghÐp nèi tiÕp c¸c bíc sãng: λ 1240nm vµ λ

4

1

= 1320nm, λ

2

= 1280nm, λ

3

=

= 1200nm.

λ 1

λ

2

λ

3

λ Laser

λ

1λ 2λ 3λ 4

4

H×nh 2.26. Bé ghÐp kªnh 4 bíc sãng b»ng ghÐp nãng ch¶y nèi tiÕp c¸c sîi ®¬n mode ¦u ®iÓm chÝnh cña ghÐp ®¬n mode theo ph¬ng ph¸p mµi bãng so víi ph¬ng ph¸p ghÐp nãng ch¶y lµ cã thÓ ®iÒu hëng ®îc b»ng c¸ch dÞch chuyÓn vÞ trÝ t¬ng ®èi cña hai sîi víi nhau. GhÐp theo ph¬ng ph¸p nãng ch¶y th× gi¸ thµnh h¹. Cã thÓ kÕt hîp c¶ hai ph¬ng ph¸p ®Ó ®¹t ®îc hiÖu qu¶ tèi u.

Trang 38

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

C¸c thiÕt bÞ WDM ghÐp sîi phï hîp víi c¸c bé ghÐp kªnh ®¬n, suy hao phæ biÕn ë møc 4 ®Õn 6 dB. §èi víi bé t¸ch kªnh, yªu cÇu xuyªn kªnh ph¶i nhá, thêng thÝch hîp víi c¸c bé grating vi quang.

Trang 39

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Chư¬ng 3 Nh÷ng vÊn ®Ò kü thuËt cÇn quan t©m ®èi víi hÖ thèng th«ng tin quang WDM BÊt cø mét c«ng nghÖ nµo còng tån t¹i nh÷ng giíi h¹n vµ nh÷ng vÊn ®Ò kü thuËt. Khi triÓn khai c«ng nghÖ WDM vµo m¹ng th«ng tin quang, cÇn ph¶i lu ý mét sè vÊn ®Ò sau: ● Sè kªnh ®îc sö dông vµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh ● VÊn ®Ò æn ®Þnh bíc sãng cña nguån quang ● VÊn ®Ò xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c kªnh ● VÊn ®Ò t¸n s¾c, bï t¸n s¾c ● Quü c«ng suÊt cña hÖ thèng ● ¶nh hëng cña c¸c hiÖu øng phi tuyÕn ● EDFA vµ mét sè vÊn ®Ò khi sö dông EDFA trong m¹ng WDM Ch¬ng nµy sÏ lÇn lît ®Ò cËp ®Õn tõng vÊn ®Ò, ®ång thêi ®a ra c¸c ph¬ng ¸n gi¶i quyÕt cho tõng trêng hîp. I> Sè kªnh ®îc sö dông vµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh. Mét trong c¸c yÕu tè quan träng cÇn ph¶i xem xÐt lµ hÖ thèng sÏ sö dông bao nhiªu kªnh vµ sè kªnh cùc ®¹i cã thÓ sö dông lµ bao nhiªu. Sè kªnh cùc ®¹i cña hÖ thèng phô thuéc vµo: Kh¶ n¨ng c«ng nghÖ hiÖn cã ®èi víi c¸c thµnh phÇn quang cña hÖ thèng, cô thÓ lµ: ● B¨ng tÇn cña sîi quang ● Kh¶ n¨ng t¸ch/ghÐp cña c¸c thiÕt bÞ WDM ● kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh, mét sè yÕu tè ¶nh hëng ®Õn kho¶ng c¸ch nµy lµ: ● Tèc ®é truyÒn dÉn cña tõng kªnh ● Quü c«ng suÊt quang ● ¶nh hëng cña c¸c hiÖu øng phi tuyÕn ● §é réng phæ cña nguån ph¸t

Trang 40

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

● Kh¶ n¨ng t¸ch/ghÐp cña c¸c thiÕt bÞ WDM MÆc dï cöa sæ truyÒn dÉn t¹i vïng bíc sãng 1550 nm cã ®é réng kho¶ng 100 nm nhng do d¶i khuÕch ®¹i cña c¸c bé khuÕch ®¹i quang chØ cã ®é räng kho¶ng 35 nm (theo khuyÕn nghÞ cña ITU-T th× d¶i khuÕch ®¹i nµy lµ tõ bíc sãng 1530 nm ®Õn 1565 nm ®èi víi b¨ng C; hoÆc tõ 1570 nm ®Õn 1603 nm ®èi víi b¨ng L). ChÝnh ®iÒu nµy lµm c¸c hÖ thèng WDM kh«ng thÓ tËn dông hÕt b¨ng tÇn cña sîi quang, nãi c¸ch kh¸c hÖ thèng WDM chØ lµm viÖc víi d¶i bíc sãng nhá h¬n nhiÒu so víi toµn bé d¶i tÇn b»ng ph¼ng cã tæn hao thÊp cña sîi quang. Kho¶ng c¸ch kªnh lµ ®é réng tÇn sè tiªu chuÈn gi÷a c¸c kªnh gÇn nhau. ViÖc ph©n bæ kªnh mét c¸ch hîp lý trong d¶i b¨ng tÇn cã h¹n gióp cho viÖc n©ng cao hiÖu suÊt sö dông tµi nguyªn d¶i tÇn vµ gi¶m ¶nh hëng phi tuyÕn tÝnh gi÷a c¸c kªnh gÇn nhau. Sö dông kho¶ng c¸ch kªnh kh«ng ®Òu nhau ®Ó h¹n chÕ hiÖu øng trén tÇn bíc sãng trong sîi quang. Díi ®©y chØ ®Ò cËp ®Õn hÖ thèng cã kho¶ng c¸ch kªnh ®Òu nhau. NÕu gäi ∆ λ lµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh, ta cã: ∆f

= c

∆λ

(3.1)

λ2

Nh vËy, t¹i bíc sãng λ = 1550 nm, víi ∆ λ = 35 nm xÐt ®èi víi riªng b¨ng C th× ta sÏ cã ∆f = 4,37.1012 Hz = 4370 GHz. Gi¶ sö tèc ®é truyÒn dÉn cña tõng kªnh lµ 2,5 GHz, theo ®Þnh lý Nyquist, phæ c¬ së cña tÝn hiÖu lµ 2.2,5 = 5 GHz. Khi ®ã sè kªnh bíc sãng cùc ®¹i cã thÓ ®¹t ®îc lµ N = ∆f /5 = 874 kªnh trong d¶i b¨ng tÇn cña bé khuÕch ®¹i quang (OFA). §©y lµ sè kªnh cùc ®¹i tÝnh theo lý thuyÕt ®èi víi b¨ng C. Tuy nhiªn víi mËt ®é kªnh cµng lín ®ßi hái c¸c thµnh phÇn quang trªn tuyÕn ph¶i cã chÊt lîng cµng cao. §Ó tr¸nh xuyªn ©m gi÷a c¸c kªnh nµy cÇn ph¶i cã c¸c nguån ph¸t quang rÊt æn ®Þnh vµ c¸c bé thu quang cã ®é chän läc bíc sãng cao, bÊt kú sù dÞch tÇn nµo cña nguån ph¸t còng cã thÓ lµm gi·n phæ sang kªnh l©n cËn. TÇn sè trung t©m danh ®Þnh lµ tÇn sè t¬ng øng víi mçi kªnh quang trong hÖ thèng ghÐp kªnh quang. §Ó ®¶m b¶o tÝnh t¬ng thÝch gi÷a c¸c hÖ thèng WDM kh¸c nhau, cÇn ph¶i chuÈn ho¸ tÇn sè trung t©m cña c¸c kªnh, ITU-T ®a ra quy ®Þnh vÒ kho¶ng c¸ch tèi thiÓu gi÷a c¸c kªnh lµ 100 GHz (xÊp xØ b»ng 0,8 nm) víi tÇn sè chuÈn lµ 193,1 THz (mÆc dï ®· ®a ra c¸c s¶n phÈm mµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh lµ 50 GHz, song c¸c s¶n phÈm th¬ng m¹i vÉn chñ yÕu theo quy ®Þnh cña ITU-T ®· nªu). Díi ®©y lµ b¶ng liÖt kª c¸c tÇn sè trung t©m danh ®Þnh lÊy 50 GHz vµ 100 GHz lµm kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh trong kho¶ng bíc sãng tõ 1534 nm ®Õn 1560 nm.

Trang 41

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

Sè thø tù 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

SVTH: nhãm 5

B¶ng 3.1. TÇn sè trung t©m danh ®Þnh TÇn sè trung t©m TÇn sè trung t©m Bíc sãng trung danh ®Þnh víi danh ®Þnh víi t©m danh kho¶ng c¸ch lµ kho¶ng c¸ch lµ 100 ®Þnh (nm) 50GHz (THz) GHz (THz) 195,40 195,40 1534,25 195,35 1534,64 195,30 195,30 1535,04 195,25 1535,43 195,20 195,20 1535,82 195,15 1536,22 195,10 195,10 1536,61 195,05 1537,00 195,00 195,00 1537,40 194,95 1537,79 194,90 194,90 1538,19 194,85 1538,58 194,80 194,80 1538,98 194,75 1539,37 194,70 194,70 1539,77 194,65 1540,16 194,60 194,60 1540,56 194,55 1540,95 194,50 194,50 1541,35 194,45 1541,75 194,40 194,40 1542,14 194,35 1542,54 194,30 194,30 1542,94 194,25 1543,33 194,20 194,20 1543,73 194,15 1543,93 194,10 194,10 1544,53 194,05 1544,92 194,00 194,00 1545,32 193,95 1545,72 193,90 193,90 1546,12 193,85 1546,52 193,80 193,80 1546,92 193,75 1547,32 193,70 193,70 1547,72

Trang 42

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65

193,65 193,60 193,55 193,50 193,45 193,40 193,35 193,30 193,25 193,20 193,15 193,10 193,05 193,00 192,95 192,90 192,85 192,80 192,75 192,70 192,65 192,60 192,55 192,50 192,45 192,40 192,35 192,30 192,25 192,20

SVTH: nhãm 5 193,60 193,50 193,40 193,30 193,20 193,10 193,00 192,90 192,80 192,70 192,60 192,50 192,40 192,30 192,20

1548,11 1548,51 1548,91 1549,32 1549,72 1550,12 1550,52 1550,92 1551,32 1551,72 1552,12 1552,52 1552,93 1553,33 1553,73 1554,13 1554,54 1554,94 1555,34 1555,75 1556,15 1556,55 1556,96 1557,36 1557,77 1558,17 1558,58 1558,98 1559,39 1559,79

Trong mét hÖ thèng WDM sè lîng bíc sãng kh«ng thÓ qu¸ nhiÒu, bëi v× ®iÒu khiÓn vµ gi¸m s¸t ®èi víi c¸c bíc sãng nµy lµ mét vÊn ®Ò phøc t¹p, cã thÓ quy ®Þnh trÞ sè lín nhÊt ®èi víi sè lîng bíc sãng cña hÖ thèng tõ gãc ®é kinh tÕ vµ c«ng nghÖ. TÊt c¶ c¸c bíc sãng ®Òu ph¶i n»m ë phÇn t¬ng ®èi b»ng ph¼ng trªn ®êng cong t¨ng Ých cña bé khuÕch ®¹i quang, ®Ó cho hÖ sè t¨ng Ých cña c¸c kªnh khi ®i qua bé khuÕch ®¹i quang lµ gÇn nh nhau, ®iÒu nµy tiÖn lîi cho thiÕt kÕ hÖ thèng. §èi víi bé khuÕch ®¹i sîi quang pha trén erbium, phÇn t¬ng ®èi b»ng ph¼ng cña ®êng cong t¨ng Ých lµ tõ 1540 nm ®Õn 1560 nm.

Trang 43

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Mét hÖ thèng WDM 16 kªnh vµ 8 kªnh trªn thùc tÕ cã b¶ng ph©n phèi kªnh nh díi ®©y: B¶ng 3.2. TÇn sè trung t©m cña hÖ thèng WDM cã 16 kªnh vµ 8 kªnh Thø tù TÇn sè trung t©m Bíc sãng (nm) (THz) 1 192 1560,61 * 2 192 1559,79 3 192 1558,98 * 4 192 1558,17 5 192 1557,36 * 6 192 1556,55 7 192 1555,75 * 8 192 1554,94 9 192 1554,13 * 10 193 1553,33 11 193 1552,52 * 12 193 1551,72 13 193 1550,92 * 14 193 1550,12 15 193 1549,32 * 16 193 1548,51 (Bíc sãng trung t©m cña 8 kªnh trong hÖ thèng 8 kªnh chän c¸c gi¸ trÞ bíc sãng cã dÊu *) II> VÊn ®Ò æn ®inh b¦íc sãng cña nguån quang vµ yªu cÇu ®é réng phæ cña nguån ph¸t : 1> æn ®Þnh bíc sãng cña nguån quang:: Trong hÖ thèng WDM, ph¶i quy ®Þnh vµ ®iÒu chØnh chÝnh x¸c bíc sãng cña nguån quang, nÕu kh«ng, sù tr«i bíc sãng do c¸c nguyªn nh©n sÏ lµm cho hÖ thèng kh«ng æn ®Þnh hay kÐm tin cËy. HiÖn nay chñ yÕu dïng hai ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nguån quang: thø nhÊt lµ ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ph¶n håi th«ng qua nhiÖt ®é chip cña bé kÝch quang ®Ó ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t m¹ch ®iÖn ®iÒu nhiÖt víi môc ®Ých ®iÒu khiÓn bíc sãng vµ æn ®Þnh bíc sãng; thø hai lµ ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ph¶n håi th«ng qua viÖc gi¸m s¸t bíc sãng tÝn hiÖu quang ë ®Çu ra, dùa vµo sù trªnh lÖnh trÞ sè gi÷a ®iÖn ¸p ®Çu ra vµ ®iÖn ¸p tham kh¶o tiªu chuÈn ®Ó ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cña bé kÝch quang, h×nh thµnh kÕt cÊu khÐp kÝn chèt vµo bíc sãng trung t©m. 2>

Yªu cÇu ®é réng phæ cña nguån ph¸t:

Trang 44

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

ViÖc chän ®é réng phæ cña nguån ph¸t nh»m ®¶m b¶o cho c¸c kªnh ho¹t ®éng mét c¸ch ®éc lËp víi nhau hay nã c¸ch kh¸c lµ tr¸nh hiÖn tîng chång phæ ë phÝa thu gi÷a c¸c kªnh l©n cËn. B¨ng th«ng cña sîi quang rÊt réng nªn sè lîng kªnh ghÐp ®îc rÊt lín (ë c¶ hai cöa sæ truyÒn dÉn). Tuy nhiªn, trong thùc tÕ c¸c hÖ thèng WDM thêng ®i liÒn víi c¸c bé khuÕch ®¹i quang sîi, lµm viÖc chØ ë vïng cöa sæ 1550 nm, nªn b¨ng tÇn cña hÖ thèng WDM bÞ giíi h¹n bëi b¨ng tÇn cña bé khuÕch ®¹i (tõ 1530 nm ®Õn 1565 nm cho b¨ng C; tõ 1570 ®Õn 1603 nm cho b¨ng L). Nh vËy mét vÊn ®Ò ®Æt ra khi ghÐp lµ kho¶ng c¸ch ghÐp gi÷a c¸c bíc sãng ph¶i tho¶ m·n ®îc yªu cÇu tr¸nh chång phæ cña c¸c kªnh l©n cËn ë phÝa thu, kho¶ng c¸ch nµy phô thuéc vµo ®é réng phæ cña nguån ph¸t, phô thuéc vµo c¸c ¶nh hëng nh: t¸n s¾c sîi, c¸c hiÖu øng phi tuyÕn... Cã thÓ xem hÖ thèng WDM nh lµ sù xÕp chång cña c¸c hÖ thèng truyÒn dÉn ®¬n kªnh khi kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh ®ñ lín vµ c«ng suÊt ph¸t hîp lý. Mèi quan hÖ gi÷a phæ cña tÝn hiÖu phÝa thu víi phæ cña tÝn hiÖu phÝa ph¸t ®îc thÓ hiÖn bëi tham sè ®Æc trng cho sù gi·n phæ, ký kiÖu lµ ∆ ; ®é réng b¨ng tÇn tÝn hiÖu truyÒn dÉn ký hiÖu lµ B; ®é t¸n s¾c t¬ng øng víi kho¶ng c¸ch truyÒn ký hiÖu lµ D. Gäi ξ lµ hÖ sè ®Æc trng cho sù t¬ng t¸c gi÷a nguån ph¸t vµ sîi quang, ta cã: ξ = B.D.∆ . Tõ c«ng thøc trªn cã thÓ tÝnh ®îc ®é gi·n réng phæ nguån ph¸t: ∆ = ξ /B.D. Víi ®é gi·n réng phæ nµy vµ kho¶ng c¸ch kªnh bíc sãng chä theo b¶ng tÇn sè trung t©m (b¶ng 3.1) ta t×m ®îc ®é réng phæ yªu cÇu cña nguån ph¸t. III> Xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c kªnh tÝn hiÖu quang: Xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c kªnh trong sîi quang ¶nh hëng tíi ®é nh¹y cña m¸y thu, chÝnh v× vËy cã ¶nh hëng lín ®Õn chÊt lîng cña hÖ thèng WDM. Cã thÓ chia ra lµm hai lo¹i xuyªn nhiÔu chÝnh sau ®©y: - Xuyªn nhiÔu tuyÕn tÝnh: do ®Æc tÝnh kh«ng lý tëng cña c¸c thiÕt bÞ t¸ch kªnh, møc xuyªn nhiÔu nµy chñ yÕu phô thuéc vµo kiÓu thiÕt bÞ t¸ch kªnh ®îc sö dông còng nh kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh. - Xuyªn nhiÔu phi tuyÕn: chñ yÕu do c¸c hiÖu øng phi tuyÕn cña sîi quang g©y nªn (sÏ ®Ò cËp cô thÓ ë phÇn sau). IV> suy hao - quü c«ng suÊt cña hÖ thèng WDM: Trong bÊt kú hÖ thèng sè nµo th× vÊn ®Ò quan träng lµ ph¶i ®¶m b¶o ®îc tû sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m (S/N) sao cho ®Çu thu cã thÓ thu ®îc tÝn hiÖu víi mét møc BER cho phÐp. Gi¶ sö m¸y ph¸t ph¸t tÝn hiÖu ®i tíi phÝa thu víi mét møc c«ng suÊt P ph nhÊt ®Þnh, c«ng suÊt cña tÝn hiÖu sÏ bÞ suy gi¶m dÇn trªn ®êng truyÒn dÉn do rÊt nhiÒu nguyªn nh©n nh: suy hao do b¶n th©n sîi quang g©y ra, suy hao do c¸c thµnh phÇn quang thô ®éng...cù ly truyÒn dÉn cµng

Trang 45

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

dµi th× c«ng suÊt tÝn hiÖu bÞ suy hao cµng nhiÒu, nÕu suy hao qu¸ lín lµm cho c«ng suÊt tÝn hiÖu ®Õn ®îc m¸y thu nhá h¬n c«ng suÊt ngìng thu nhá nhÊt (Pthu min) cho phÐp th× th«ng tin truyÒn ®i sÏ bÞ mÊt. §Ó m¸y thu thu ®îc th«ng tin th× c«ng suÊt tÝn hiÖu ®Õn m¸y thu ph¶i n»m trong d¶i c«ng suÊt cña m¸y thu.

Pthu min

Pm¸y ph¸t = Pph¸t + Pdù tr÷ < P ph¸t - Ptæng suy hao < Pthu max

Nh vËy ®Ó ®¶m b¶o ®îc th«ng tin th× c«ng suÊt ph¸t ph¶i cµng lín khi cù ly truyÒn dÉn cµng lín. §Ó kh¾c phôc ®iÒu nµy ngêi ta sö dông bé lÆp tÝn hiÖu trªn ®êng truyÒn. Tríc ®©y khi cha cã bé khuÕch ®¹i quang, suy hao tÝn hiÖu trªn ®êng truyÒn sÏ ®îc bï l¹i th«ng qua viÖc sö dông c¸c tr¹m lÆp ®iÖn 3R, qu¸ tr×nh nµy ®îc thùc hiÖn t¬ng ®èi phøc t¹p. §Çu tiªn, ph¶i t¸ch tÊt c¶ c¸c kªnh (nhê thiÕt bÞ DEMUX), biÕn ®æi c¸c kªnh tÝn hiÖu quang nµy thµnh c¸c kªnh tÝn hiÖu ®iÖn, thùc hiÖn khuÕch ®¹i tõng kªnh, biÕn ®æi tõng kªnh trë l¹i tÝn hiÖu quang, sau ®ã míi thùc hiÖn ghÐp c¸c kªnh tÝn hiÖu quang nµy l¹i víi nhau (nhê thiÕt bÞ MUX), ®iÒu nµy lµm cho viÖc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ tuyÕn th«ng tin quang gÆp nhiÒu khã kh¨n. ViÖc sö dông c¸c tr¹m lÆp ®iÖn 3R kh«ng nh÷ng lµm cho sè lîng thiÕt bÞ trªn tuyÕn t¨ng lªn mµ cßn lµm gi¶m quü c«ng suÊt cña hÖ thèng (do suy hao xen cña c¸c thiÕt bÞ t¸ch/ ghÐp bíc sãng lµ t¬ng ®èi lín). Tuy nhiªn, khi bé khuÕch ®¹i quang sîi EDFA ra ®êi, viÖc ®¶m b¶o quü c«ng suÊt quang cho hÖ thèng kh«ng cßn khã kh¨n n÷a, nã lµm gi¶m bít sè tr¹m lÆp trªn tuyÕn rÊt nhiÒu, víi kh¶ n¨ng khuÕch ®¹i ®ång thêi nhiÒu bíc sãng, EDFA ®Æc biÖt thÝch hîp víi c¸c hÖ thèng WDM (cÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña EDFA sÏ ®îc ®Ò cËp ®Õn ë ch¬ng sau). V> T¸n s¾c - bï t¸n s¾c: Sau khi sö dông EDFA trªn tuyÕn th× vÊn ®Ò suy hao ®· ®îc gi¶i quyÕt, cù ly truyÒn dÉn ®îc n©ng lªn râ rÖt, nhng tæng t¸n s¾c còng t¨ng lªn. Do ®ã, l¹i yªu cÇu ph¶i gi¶i quyÕt vÊn ®Ò t¸n s¾c, nÕu kh«ng, kh«ng thÓ thùc hiÖn ®îc viÖc truyÒn th«ng tin tèc ®é cao vµ truyÒn dÉn cù ly dµi. B©y giê ¶nh hëng cña hiÖu øng t¸n s¾c sîi quang l¹i lµ mét yÕu tè h¹n chÕ chñ yÕu, nhÊt lµ ®èi víi hÖ thèng tèc ®é cao l¹i l¹i cµng thÓ hiÖn râ rÖt. VÝ dô sîi quang G. 652 t¸n s¾c ë tèc ®é 2,5 Gbit/s cù ly bÞ h¹n chÕ ë kho¶ng 928 km, nÕu tèc dé t¨ng lªn 10 Gbit/s th× cù ly truyÒn dÉn bÞ h¹n chÕ chØ cßn 58 km.

Trang 46

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

B¶ng 3.3. Cù ly bÞ h¹n chÕ bëi t¸n s¾c khi kh«ng cã tr¹m lÆp (trÞ sè lý thuyÕt) 1550 nm 1550 nm 1310 nm Tèc ®é (G.652) (G.655) (G.652) 2,5 928 km 4528 km 6400 km Gbit/s 10 Gbit/s 58 km 283 km 400 km 20 Gbit/s 14,5 km 70 km 100 km 40 Gbit/s 3,6 km 18 km 25 km B¶n chÊt cña t¸n s¾c lµ sù gi·n réng xung tÝn hiÖu khi truyÒn dÉn trªn sîi quang. T¸n s¾c tæng céng bao gåm: t¸n s¾c mode, t¸n s¾c vËt liÖu, vµ t¸n s¾c dÉn sãng: T¸n s¾c mode chØ phô thuéc vµo kÝch thíc sîi, ®Æc biÖt lµ ®êng kÝnh lâi cña sîi, t¸n s¾c mode tån t¹i ë c¸c sîi ®a mode v× c¸c mode trong sîi nµy lan truyÒn theo c¸c ®êng ®i kh¸c nhau, cã cù ly ®êng truyÒn kh¸c nhau vµ do ®ã thêi gian lan truyÒn gi÷a c¸c mode kh¸c nhau. T¸n s¾c vËt liÖu: chØ sè chiÕt suÊt trong sîi quang thay ®æi theo bíc sãng ®· g©y ra t¸n s¾c vËt liÖu, vËn tèc nhãm Vnhãm cña mode lµ mét hµm sè cña chØ sè chiÕt suÊt, cho nªn c¸c thµnh phÇn phæ kh¸c nhau cña mode ®· cho sÏ lan truyÒn ®i ë c¸c tèc ®é kh¸c nhau, phô thuéc vµo bíc sãng, v× thÕ t¸n s¾c vËt liªu lµ mét hiÖu øng t¸n s¾c bªn trong mode, vµ lµ yÕu tè quan träng ®èi víi c¸c sîi ®¬n mode vµ c¸c hÖ thèng sö dông nguån ph¸t quang lµ diode ph¸t quang LED. T¸n s¾c dÉn sãng: do sîi ®¬n mode chØ gi÷ ®îc kho¶ng 80% n¨ng lîng ë trong lâi, cßn 20% n¨ng lîng ¸nh s¸ng truyÒn trong vë sîi nhanh h¬n n¨ng lîng truyÒn trong lâi. T¸n s¾c dÉn sãng phô thuéc vµo h»ng sè lan truyÒn β (β lµ hµm cña a/λ , víi a lµ b¸n kÜnh lâi sîi). T¸n s½c dÉn sãng thêng ®îc bá qua trong sîi ®a mode nhng l¹i cÇn ®îc quan t©m ë sîi ®¬n mode. C¸c ph¬ng ph¸p chÝnh cã thÓ sö dông ®Ó gi¶m bít ¶nh hëng cña t¸n s¾c lµ lµm hÑp ®é réng phæ nguån ph¸t hoÆc sö dông mét sè ph¬ng ph¸p bï t¸n s¾c nh: ● Sö dông sîi G.653 ( sîi cã møc t¸n s¾c nhá t¹i cöa sæ truyÒn dÉn 1550nm) ● Bï t¸n s¾c b»ng ph¬ng ph¸p ®iÒu chÕ tù dÞch pha SPM ● Sö dông c¸c phÇn tö bï t¸n s¾c thô ®éng.

Trang 47

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

● Bï t¸n s¾c b»ng sîi DCF (Dispersion Compensated Fiber) ● ViÖc sö dông kü thuËt WDM lµ mét ph¬ng ph¸p kh«ng lµm t¨ng møc ®é t¸n s¾c cña hÖ thèng v× kü thuËt WDM cho phÐp t¨ng dung lîng cña hÖ thèng mµ kh«ng ph¶i t¨ng tèc ®é truyÒn dÉn cña kªnh tÝn hiÖu. Cã mét lo¹i t¸n s¾c mµ thêng ®îc bá qua ®èi víi c¸c hÖ thèng tèc ®é thÊp, nhng ®èi víi c¸c hÖ thèng tèc ®é cao th× cÇn ph¶i quan t©m ®Õn ¶nh hëng cña nã, ®ã lµ t¸n s¾c mode ph©n cùc. Kh¸i niÖm t¸n s¾c mode ph©n cùc nh sau: T¸n s¾c mode ph©n cùc PMD (Polarization Mode Dispersion) lµ mét thuéc tÝnh c¬ b¶n cña sîi quang ®¬n mode vµ c¸c thµnh phÇn hîp thµnh, trong ®ã n¨ng lîng tÝn hiÖu cña bÊt kú bíc sãng nµo còng ®îc ph©n tÝch thµnh hai mode ph©n cùc trùc giao cã vËn tèc truyÒn kh¸c nhau. Do vËn tèc cña hai mode chªnh lÖch nhau nªn thêi gian truyÒn qua cïng mét kho¶ng c¸ch lµ kh¸c nhau vµ ®îc gäi lµ sù trÔ nhãm DGD (Differential Group Delay). T¸n s¾c mode ph©n cù sÏ lµm d·n réng xung tÝn hiÖu, g©y nªn suy gi¶m dung lîng truyÒn dÉn. VÒ ph¬ng diÖn nµy ¶nh hëng cña t¸n s¾c mode ph©n cùc còng gièng nh ¶nh hëng cña c¸c t¸n s¾c kh¸c. Tuy nhiªn, cã mét ®iÓm kh¸c biÖt lín ®ã lµ: c¸c t¸n s¾c kh¸c lµ mét hiÖn tîng t¬ng ®èi æn ®Þnh trong khi ®ã, t¸n s¾c mode ph©n cùc trong sîi ®¬n mode ë bÊt cø bíc sãng nµo còng lµ kh«ng æn ®Þnh. Nguyªn nh©n lµ do cÊu tróc kh«ng hoµn h¶o cña sîi quang còng nh c¸c thµnh phÇn quang hîp thµnh, nªn cã sù kh¸c biÖt vÒ chiÕt suÊt ®èi víi cÆp tr¹ng th¸i ph©n cùc trùc giao, sù kh¸c biÖt nµy ®uîc gäi lµ sù lìng chiÕt. Sù kh¸c biÖt chiÕt suÊt sÏ sinh ra lÖch thêi gian truyÒn sãng gi÷a hai mode ph©n cùc. Trong sîi ®¬n mode, hiÖn tîng nµy b¾t nguån tõ sù kh«ng trßn cña lâi sîi quang. Sù lìng chiÕt cßn sinh ra do sù uèn cong cña sîi, sù uèn cong lµm thay ®æi mËt ®é ph©n tö c¶u cÊu tróc sîi, lµm cho hÖ sè khóc x¹ mÊt ®èi xøng. Tuy nhiªn lìng chiÕt uèn cong kh«ng ph¶i lµ nguyªn nh©n chñ yÕu sinh ra t¸n s¾c mode ph©n cùc. VI> ¶nh hëng cña c¸c hiÖu øng phi tuyÕn: §èi víi hÖ thèng th«ng tin sîi quang, c«ng suÊt quang kh«ng lín, sîi quang cã tÝnh n¨ng truyÒn dÉn tuyÕn tÝnh, sau khi dïng EDFA, c«ng suÊt quang t¨ng lªn, trong ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh sîi quang sÏ thÓ hiÖn ®Æc tÝnh truyÒn dÉn phi tuyÕn tÝnh, h¹n chÕ rÊt lín tÝnh n¨ng cña bé khuÕch ®¹i EDFA vµ h¹n chÕ cù ly truyÒn dÉn dµi kh«ng cã tr¹m lÆp. HiÖu øng phi tuyÕn cña sîi quang chñ yÕu do ¶nh hëng cña hiÖu øng t¸n x¹ bao gåm: ●T¸n x¹ bÞ kÝch Brillouin (SBS)

Trang 48

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

● T¸n x¹ bÞ kÝch Raman (SRS) ● Do ¶nh hëng cña hiÖu suÊt khóc x¹ bao gåm: ● Tù ®iÒu chÕ pha (SPM) ● §iÒu chÕ pha chÐo (XPM) ● Trén tÇn bèn sãng (FWM) Nh÷ng hiÖu øng nµy phÇn lín ®Òu liªn quan ®Õn c«ng suÊt ®a vµo sîi quang. 1> HiÖu øng SRS (Stimulated Raman Scattering): HiÖu øng Raman lµ do qu¸ tr×nh t¸n x¹ mµ trong ®ã photon cña ¸nh s¸ng tíi chuyÓn mét phÇn n¨ng lîng cña m×nh cho dao ®éng c¬ häc cña c¸c phÇn tö cÊu thµnh m«i trêng truyÒn dÉn vµ phÇn n¨ng lîng cßn l¹i ®îc ph¸t x¹ thµnh ¸nh s¸ng cã bíc sãng lín h¬n bíc sãng cña ¸nh s¸ng tÝn hiÖu tíi (¸nh s¸ng víi bíc sãng míi nµy ®îc gäi lµ ¸nh s¸ng Stocke). Khi ¸nh s¸ng tÝn hiÖu truyÒn trong sîi quang (¸nh s¸ng nµy cã cêng ®é lín), qu¸ tr×nh nµy trë thµnh qu¸ tr×nh kÝch thÝch mµ trong ®ã ¸nh s¸ng tÝn hiÖu ®ãng vai trß sãng b¬m (gäi lµ b¬m Raman) lµm cho mét phÇn n¨ng lîng cña tÝn hiÖu ®îc chuyÓn tíi bíc sãng Stocke.

Trang 49

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n th×:

SVTH: nhãm 5

NÕu gäi Ps(L) lµ c«ng suÊt cña bíc sãng Stocke trong sîi quang

Ps(L) = P0exp(grP0L/(K.Seff)) (3.2) Trong ®ã: P0 lµ c«ng suÊt cña ¸nh s¸ng tÝn hiÖu ®a vµo gr lµ hÖ sè t¸n x¹ Raman Seff lµ diÖn tÝch hiÖu dông vïng lâi K ®Æc trng cho mèi quan hÖ vÒ ph©n cùc gi÷a tÝn hiÖu, bíc sãng Stocke vµ ph©n cùc cña sîi, th«ng thêng K ≈ 2. L lµ chiÒu dµi tuyÕn. C«ng thøc trªn dïng ®Ó tÝnh to¸n møc c«ng suÊt P0 mµ t¹i ®ã hiÖu øng SRS ¶nh hëng lín tíi hÖ thèng, ®îc gäi lµ ngìng Raman P0th (P0th lµ c«ng suÊt tÝn hiÖu ®Çu vµo mµ øng víi nã c«ng suÊt cña bíc sãng Stocke vµ c«ng suÊt cña bíc sãng tÝn hiÖu t¹i ®Çu ra lµ b»ng nhau). P0th

≈

32 S eff Lg r

(3.3)

Qua tÝnh to¸n cho thÊy, ®èi víi hÖ thèng ®¬n kªnh ®Ó hiÖu øng SRS cã thÓ ¶nh hëng ®Õn chÊt lîng hÖ thèng th× møc c«ng suÊt ph¶i lín h¬n 1W (nÕu nh hÖ thèng kh«ng sö dông khuÕch ®¹i quang trªn ®êng truyÒn). Tuy nhiªn trong hÖ thèng WDM th× møc c«ng suÊt nµy sÏ thÊp h¬n nhiÒu v× cã hiÖn tîng khuÕch ®¹i ®èi víi c¸c bíc sãng lín, trong khi ®ã c«ng suÊt cña c¸c kªnh cã bíc sãng ng¾n h¬n l¹i bÞ gi¶m ®i (do ®· chuyÓn mét phÇn n¨ng lîng cho c¸c bíc sãng lín) lµm suy gi¶m hÖ sè SNR, ¶nh hëng ®Õn chÊt lîng hÖ thèng. §Ó ®¶m b¶o suy gi¶m kh«ng nhá h¬n 0,5 dB th× møc c«ng suÊt cña tõng kªnh ph¶i tho¶ m·n: P<

10 ,28 x10 2 N ( N −1) Leff ∆f

(3.4)

Víi: N lµ tæng sè kªnh quang ∆ ƒ lµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh. Nh vËy trong hÖ thèng WDM hiÖu øng nµy lµm h¹n chÕ sè kªnh, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh, c«ng suÊt cña tõng kªnh vµ tæng chiÒu dµi cña hÖ thèng. H¬n n÷a, nÕu nh bíc sãng míi t¹o ra trïng víi kªnh tÝn hiÖu th× hiÖu øng nµy cßn g©y xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c kªnh. 2> HiÖu øng SBS (Stilmulated Brillouin Scattering): HiÖu øng SBS t¬ng tù nh hiÖu øng SRS, tøc lµ cã mét phÇn ¸nh s¸ng bÞ t¸n x¹ vµ bÞ dÞch tíi bíc sãng dµi h¬n bíc sãng tíi, ¸nh s¸ng cã bíc sãng dµi h¬n nµy gäi lµ ¸nh s¸ng Stocke. §iÓm kh¸c nhau cña hai hiÖu øng nµy lµ ®é dich tÇn x¶y ra trong hiÖu øng SBS nhá h¬n ®é dÞch tÇn x¶y ra trong hiÖu øng SRS (®é dÞch tÇn trong hiÖu øng SBS lµ kho¶ng 11 GHz t¹i bíc sãng 1550 nm). Trong hiÖu øng SBS chØ cã phÇn ¸nh s¸ng bÞ t¸n x¹ theo chiÒu ngîc l¹i (tøc lµ ngîc chiÒu víi

Trang 50

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

chiÒu tÝn hiÖu) míi cã thÓ truyÒn ®i ë trong sîi quang. V× vËy trong hÖ thèng WDM khi tÊt c¶ c¸c kªnh cïng truyÒn theo mét híng th× hiÖu øng SBS kh«ng g©y xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c kªnh. Trong tÊt c¶ c¸c hiÖu øng phi tuyÕn th× ngìng c«ng suÊt ®Ó x¶y ra hiÖu øng SBS lµ thÊp nhÊt, chØ kho¶ng vµi mW. Tuy nhiªn do hiÖu øng SBS gi¶m tû lÖ víi ∆ fB/∆ fLaser (∆ fB lµ b¨ng tÇn khuÕch ®¹i Brillouin, ∆ fLaser lµ ®é réng phæ cña laser) vµ b¨ng tÇn khuÕch ®¹i Brillouin lµ rÊt hÑp (chØ kho¶ng 10 - 100 MHz) nªn hiÖu øng nµy còng khã x¶y ra. ChØ c¸c nguån ph¸t cã ®é réng phæ rÊt hÑp th× míi bÞ ¶nh hëng cña hiÖu øng SBS. Ngêi ta tÝnh to¸n ®îc møc c«ng suÊt ngìng ®èi víi hiÖu øng SBS nh sau: KA eff ∆v B + ∆v P

Pth = 21 gL (3.5) ∆v B eff Trong ®ã: g lµ hÖ sè khuÕch ®¹i Brillouin Aeff lµ vïng lâi hiÖu dông ∆ fP lµ ®é réng phæ cña tÝn hiÖu K ®Æc trng cho mèi quan hÖ vÒ ph©n cùc (th«ng thêng th× K =2). Nh vËy hiÖu øng SBS sÏ ¶nh hëng ®Õn møc c«ng suÊt cña tõng kªnh vµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh trong hÖ thèng WDM. HiÖu øng nµy kh«ng phô thuéc vµo sè kªnh cña hÖ thèng. 3> HiÖu øng SPM (Self Phase Modulation): SPM lµ hiÖu øng x¶y ra khi cêng ®é quang ®a vµo thay ®æi, hiÖu suÊt khóc x¹ cña sîi quang còng biÕn ®æi theo (nãi c¸ch kh¸c lµ chiÕt suÊt cña m«i trêng truyÒn dÉn thay ®æi theo cêng ®é ¸nh s¸ng truyÒn trong ®ã), ta cã: n = n0 + ∆ nNL = n0 + n2 E (3.6) Trong ®ã: n0 lµ chiÕt suÊt tuyÕn tÝnh n2 lµ hÖ sè chiÕt suÊt phi tuyÕn tÝnh (n 2 = 1,22.10-22 ®èi víi sîi SI) E lµ cêng ®é trêng quang. HiÖu øng nµy g©y ra sù dÞch pha phi tuyÕn Φ NL cña trêng quang khi lan truyÒn trong sîi quang (®¹o hµm cña pha tøc lµ tÇn sè). Gi¶ sö bá qua suy hao th× sau kho¶ng c¸ch L, pha cña trêng quang sÏ lµ: 2

(

2πnL 2πL n0 + n 2 E Φ= = λ λ

2

) = const + Φ

NL

(3.7)

§èi víi trêng quang cã cêng ®é kh«ng ®æi, hiÖu øng SPS chØ lµm quay pha cña trêng quang, do ®ã Ýt ¶nh hëng ®Õn chÊt lîng cña hÖ thèng. Tuy nhiªn ®èi víi trêng quang cã cêng ®é thay ®æi th× dÞch pha phi tuyÕn Φ NL sÏ thay ®æi theo thêi gian. Sù thay ®æi theo

Trang 51

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

thêi gian nµy còng cã nghÜa lµ trung xung tÝn hiÖu sÏ tån t¹i nhiÒu tÇn sè quang kh¸c víi tÇn sè trung t©m v0 mét gi¸ trÞ lµ δ vNL, víi: δ vNL = (-1/2π )(δ vNL/δ t) (3.8) HiÖn tîng nµy cßn gäi lµ hiÖn tîng dÞch tÇn phi tuyÕn lµm cho sên sau cña xung dÞch ®Õn tÇn sè ff0. §iÒu nµy còng cã nghÜa lµ phæ cña tÝn hiÖu ®· bÞ d·n trong qu¸ tr×nh truyÒn, ®Æc biÖt khi kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh gÇn nhau, hiÖn tîng d·n phæ do SPM cã thÓ dÉn ®Õn giao thoa g©y xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c kªnh. NÕu xÐt ®Õn ¶nh hëng cña t¸n s¾c th× sÏ thÊy d¹ng xung bÞ biÕn ®æi däc theo sîi (t¸n s¾c tÝch luü theo sù t¨ng lªn cña chiÒu dµi tuyÕn). NÕu goi D lµ hÖ sè t¸n s¾c cña sîi, th×: ● Víi D<0: thµnh phÇn tÇn sè cao (f>f0) sÏ lan truyÒn nhanh h¬n thµnh phÇn tÇn sè thÊp (f0: thµnh phÇn tÇn sè cao (f>f0) sÏ lan truyÒn chËm h¬n thµnh phÇn tÇn sè thÊp (f HiÖu øng XPM (Cross Phase Modulation): Do trong hÖ thèng WDM cã nhiÒu bíc sãng cïng lan truyÒn trªn mét sîi quang, nªn hÖ sè chiÕt suÊt t¹i mét bíc sãng nµo ®ã kh«ng chØ phô thuéc vµo cêng ®é s¸ng cña b¶n th©n sãng Êy mµ cßn phô thuéc vµo cêng ®é cña c¸c bíc sãng kh¸c lan truyÒn trong sîi. Trong hÖ thèng nµy chiÕt suÊt phi tuyÕn øng víi bíc sãng thø i sÏ lµ:

{

∆n NL = n2 E i

2

+ ∑E j

2

}

(3.9)

Trong ®ã: n2 lµ hÖ sè chiÕt suÊt phi tuyÕn Ei, Ej lµ cêng ®é trêng quang cña bíc sãng thø i, thø j. §iÒu nµy dÉn tíi pha cña tÝn hiÖu bÞ ®iÒu chÕ bëi cêng ®é ¸nh s¸ng cña c¸c kªnh kh¸c vµ g©y ra xuyªn nhiÔu gi÷a c¸c kªnh. 5> HiÖu øng FWM (Four Wave Mixing): HiÖn tîng chiÕt suÊt phi tuyÕn cßn g©y ra mét hiÖu øng kh¸c trong sîi ®¬n mode, ®ã lµ hiÖu øng FWM. Trong hiÖu øng nµy, nhiÒu tÝn hiÖu quang cã cêng ®é t¬ng ®èi m¹nh sÏ t¬ng t¸c víi nhau t¹o ra c¸c thµnh phÇn tÇn sè míi. Sù t¬ng t¸c nµy cã thÓ x¶y ra gi÷a c¸c bíc sãng cña tÝn hiÖu trong hÖ thèng WDM, hoÆc gi÷a bíc sãng tÝn hiÖu víi bøc x¹ tù ph¸t ®îc khuÕch ®¹i ASE (Amplifier Spontaneous

Trang 52

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

Emission) cña c¸c bé khuÕch ®¹i quang, còng nh gi÷a mode chÝnh vµ mode bªn cña mét kªnh tÝn hiÖu. Gi¶ sö cã 3 bíc sãng víi tÇn sè ω i, ω j, ω k t¬ng t¸c víi nhau th× tÇn sè míi t¹o ra cã bíc sãng lµ ω ijk. Theo quan ®iÓm c¬ lîng tö th× FWM lµ hiÖu øng mµ trong ®ã cã sù ph¸ huû photon ë mét sè bíc sãng vµ t¹o ra mét sè photon á c¸c bíc sãng míi sao cho vÉn b¶o toµn vÒ ®éng lîng. NÕu gäi Pijk(L) lµ c«ng suÊt cña bíc sãng ω ijk trong sîi quang, th×: Pijk ( L ) = η

λ

2 1024 π 6 (6 χ 3 ) 2 L2 Pi Pj Pk . exp ( −αL ) 2 2 n0 λijk c S eff

(3.10)

Trong ®ã: η lµ hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh FWM c lµ tèc ®é ¸nh s¸ng Seff lµ diÖn tÞch hiÖu dông vïng lâi Pi, Pj, Pk lµ c«ng suÊt t¬ng øng víi c¸c bíc sãng λ i, λ j, k

χ (3) lµ ®é c¶m phi tuyÕn bËc 3. HiÖu suÊt η cña qu¸ tr×nh FWM phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn phï hîp vÒ pha. HiÖu øng FWM x¶y ra m¹nh chØ khi ®iÒu kiÖn nµy ®îc tho¶ m·n (tøc lµ ®éng lîng cña photon ®îc b¶o toµn). V× trong sîi quang tån t¹i t¸n s¾c, nªn ®iÒu kiÖn phï hîp vÒ pha rÊt khã x¶y ra. Tuy nhiªn víi m«i trêng lµ lo¹i sîi cã t¸n s¾c rÊt nhá vµ c¸c kªnh cã kho¶ng c¸ch gÇn nhau th× ®iÒu kiÖn nµy cã thÓ coi lµ xÊp xØ ®¹t ®îc Do viÖc t¹o ra c¸c tÇn sè míi lµ do sù t¬ng t¸c cña c¸c tÇn sè tÝn hiÖu, nªn hiÖu øng FWM sÏ lµm gi¶m c«ng suÊt cña c¸c kªnh tÝn hiÖu trong hÖ thèng WDM. NÕu kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh lµ b»ng nhau th× nh÷ng tÇn sè míi ®îc t¹o ra cã thÓ r¬i vµo c¸c kªnh tÝn hiÖu, g©y xuyªn nhiÔu cho kªnh, lµm suy gi¶m chÊt lîng cña hÖ thèng. Sù suy gi¶m c«ng suÊt lµm gi¶m tØ sè S/N dÉn ®Õn lµm t¨ng BER cña hÖ thèng. C¸c hÖ thèng WDM chñ yÕu lµm viÖc ë vïng cöa sæ bíc sãng 1550 nm, t¸n s¾c cña sîi quang ®¬n mode th«ng thêng (sîi G.652) t¹i cöa sæ nµy lµ kho¶ng 18 ps/nm.km, cßn t¸n s¾c cña sîi t¸n s¾c dÞch chuyÓn (sîi G.653) lµ nhá h¬n 3 ps/nm.km. Tõ ®ã ta thÊy, hÖ thèng WDM lµm viÖc víi sîi ®¬n mode chuÈn th«ng thêng (SSMF) sÏ Ýt bÞ ¶nh hëng bëi hiÖu øng FWM h¬n hÖ thèng WDM sö dông sîi dÞch t¸n s¾c DSF (Dispersion Shifted Fiber). ¶nh hëng cña hiÖu øng FWM cµng lín nÕu nh kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c kªnh trong hÖ thèng WDM cµng nhá, vµ møc c«ng suÊt cña mçi kªnh cµng lín. Nh vËy hiÖu øng FWM sÏ lµm h¹n chÕ dung lîng truyÒn dÉn cña hÖ thèng WDM.

Trang 53

GVHD: Ph¹m Hång Qu©n

SVTH: nhãm 5

6> Ph¬ng híng gi¶i quyÕt ¶nh hëng cña c¸c hiÖu øng phi tuyÕn: Víi xu thÕ ph¸t triÓn c«ng nghÖ vµ linh kiÖn quang häc, hÖ thèng WDM hiÖn nay ®· t×m ®îc mét sè ph¬ng ph¸p gi¶i quyÕt h÷u hiÖu ®Ó kh¾c phôc ¶nh hëng cña nh÷ng hiÖu øng trªn ®èi víi truyÒn dÉn, nhÊt lµ hÖ thèng WDM cã sè lîng kªnh quang t¬ng ®èi Ýt (nhá h¬n 16 kªnh), tæng c«ng suÊt truy nhËp sîi quang thêng kh«ng lín h¬n +17 dBm, nhá h¬n nhiÒu so víi trÞ sè ngìng g©y ra hiÖu øng SRS, do ®ã sÏ kh«ng cã ¶nh hëng cña SRS; sö dông c«ng nghÖ ®iÒu chÕ ngoµi cña bé kÝch quang vµ c«ng nghÖ dao ®éng tÇn sè thÊp cã thÓ kh¾c phôc ¶nh hëng cña hiÖu øng b¨ng hÑp SBS; HiÖu suÊt trén tÇn bèn sãng (FWM) cã quan hÖ rÊt lín ®èi víi t¸n s¾c cña sîi quang, sö dông sîi quang G.655 cã thÓ kh¾c phôc ®îc hiÖu øng FWM, h¬n n÷a gi¶m t¸n s¾c cña sîi quang, lµ lùa chän tèt trong hÖ thèng WDM tèc ®é cao; ®iÒu chÕ pha chÐo (XPM) thêng ph¸t sinh trong hÖ thèng WDM cã nhiÒu h¬n 32 kªnh tÝn hiÖu, cã thÓ kh¾c phôc b»ng ph¬ng ph¸p t¨ng tiÕt diÖn h÷u dông vïng lâi cña sîi quang G.652; tù ®iÒu chÕ pha (SPM) sÏ lµm hÑp ®é réng xung quang truyÒn dÉn, ngîc l¹i víi hiÖu øng d·n xung cña t¸n s¾c, ë møc ®é nhÊt ®Þnh, cã thÓ lîi dông SPM ®Ó bï sù d·n xung do t¸n s¾c.

Trang 54