thongtinquang

5/17/2018 thongtinquang - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/thongtinquang 1/25

1

MỤC LỤC

Các từ viết tắt .................................................................................................................3

Danh mục hình vẽ, bảng số liệu, đồ thị ........................................................................4

CHƢƠNG I:GIỚI THIỆU HỆ THỐNG GHÉP KÊNH QUANG THEO BƢỚC

SÓNG WDM ..................................................................................................................5

1.1Giới thiệu chung về hệ thống WDM: ......................................................................5

1.1.1 Khái niệm: .............................................................................................................. 5

1.1.2. Đặc điểm của hệ thống WDM ............................................................................... 6

1.2.Nguyên lí cơ bản của hệ thống WDM ....................................................................6

1.3. Nguyên lí hoạt động của hệ thống WDM ............................................................. 71.4. Phân loại hệ thống truyền dẩn trong hệ thống WDM......................................... 7

1.4.1 Hệ thống ghép bước sóng một hướng .................................................................... 7

1.4.2 Hệ thống ghép bước sóng hai hướng...................................................................... 7

1.5 Các yêu cầu của hệ thống WDM ............................................................................9

1.5.1.Phần phát ................................................................................................................ 9

1.5.2. Môi trường truyền.................................................................................................. 9

1.5.3. Phần thu. ................................................................................................................ 9

1.6. Các yếu tố ảnh hƣỡng đến chất lƣợng của hệ thống WDM ...............................9

1.6.1. Các yếu tố ảnh hưỡng chính. ................................................................................. 9

1.6.2. Tán xạ do kích thích Brillouin.............................................................................. 10

1.6.3. Tán xạ do kích thích Raman ................................................................................. 10

1.6.4 Hiệu ứng tự điều pha SPM .................................................................................... 10

1.6.5 Hiệu ứng điều chế xuyên pha ................................................................................ 11

1.6.6 Hiệu ứng trộn bốn bước sóng ................................................................................ 11

1.7. Công nghệ và thành phần trong hệ thống WDM ...............................................11



2

1.7.1.Các thiết bị WDM vi quang .................................................................................. 11

1.7.2. Bộ lọc mõng. ........................................................................................................ 12

1.7.3.Các thiết bị tách bước sóng dùng bộ lọc mõng ..................................................... 13

1.7.3.1.Bộ tách 2 bước sóng ........................................................................................... 13

1.7.3.2. Thiết bị kết hợp ghép và tách bước sóng (MUX -DEMUX) ............................... 13

1.7.4. Các thiết bị tách bước sóng dùng phần tử phân tán góc ....................................... 14

CHƢƠNG 2: ẢNH HƢỞNG CỦA TÁN SẮC TRONG HỆ THỐNG GHÉP KÊNH

QUANG THEO BƢỚC SÓNG WDM ........................................................................15

2.1Các thiết bị làm việc theo nguyên lý tán sắc góc...................................................15

2.1.1 Dùng lăng kính làm phần tử tán sắc góc ............................................................... 15

2.1.2 Dùng cách tử làm phần tử tán sắc góc ................................................................... 15

2.1.2.1 Cách tử nhiễu xạ phẳng ......................................................................................16

2.1.2.2 Ứng dụng của cách tử nhiễu xạ phẳng ............................................................... 19

2.1.3 Cách tử hình lòng chảo .......................................................................................20

2.1.4 Cách tữ Bragg ......................................................................................................20

CHƢƠNG III: KHẢO SÁT HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM ..23

3.1 Mối quan hệ giữa tỉ lệ lổi bit BER, hệ số phẩm chất Q và công suất phát........23

3.2. kết luận ...................................................................................................................24



3

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

WDM Wavelength-Division Multiplexing Hệ thống ghép kênh theo bước sóng

EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Khuếch đại quang kích thích Erbium ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ

OTN Optical Transmission Network Mạng truyền dẫn quang

MUX Multiplexer Ghép kênh

DEMUX Demutiplexer Tách kênh

SBS Supplementary and Bearer Service Kiểu dịch vụ mang và bổ sung

SPM Subscriber Private Meter Máy đo của riêng thuê bao

CMP Continuous Presence Multipoint Đa điểm liên tục

DCF Dispersion Compensation Fibers Sợi bù tán sắc



4

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG SỐ LIỆU, ĐỒ THỊ

Bảng 1.1: sự phân chia các băng sóng

Hình1.1: sơ đồ cơ bản của hệ thống WDM

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của hệ thống WDM

Hình 1.3: Hệ thống ghép bƣớc sóng một hƣớng

Hình 1.4:Hệ thống ghép bƣớc sóng hai hƣớng

Hình 1.5: bộ ghép/tách hỗn hợp

HÌnh 1.6:Thiết bị vi quang sữ dụng bộ lọc

Hình 1.7: thiết bị phân tán

Hình 1.8: Bộ lọc mõng Hình 1.9: Bộ tách 2 bƣớc sóng

Hình 1.10: Thiết bị ghép tách bƣớc sóng

Hình 2.1: phần tữ tán sắc góc

Hình 2.2: cách tử làm phần tử tán sắc góc

Hình2.3: Cách tử nhiễu xạ phẳng

Hình 2.4: Đƣờng cong phân bố phổ của năng lƣợng nhiễu

Hình 2.5: Bộ ghép kênh Finke

Hình 2.6: Bộ tách Littrow

Hình 2.7: Cách tữ hình lòng chảo

Hình 2.8: Cách tữ Bragg

Bảng 2.1: Bảng so sánh sự suy hao

Hình 3.1: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi của Q theo công suất phát và các biểu đồ mắt

tại máy thu tƣơng ứng với 3 tốc độ bit khác nhau. Hình 3.2: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi của BER theo công suất phát và các biểu đồ

mắt tại máy thu tƣơng ứng với 3 tốc độ bit khác nhau.

Bảng 3.1: Mối quan hệ giữa công suất phát, hệ số phẩm chất Q và tĩ lệ lổi bit BER ở

3 tốc độ bit khác nhau



5

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG GHÉP KÊNH QUANG THEO

BƢỚC SÓNG WDM

1.1Giới thiệu chung về hệ thống WDM:

1.1.1 Khái niệm:

Truyền dẫn ghép phân bước sóng WDM (Wavelength Devision Multiplexing): ghép

thêm nhiều bước sóng để có thể truyền trên một sợi quang, không cần tăng tốc độ truyền

dẫn trên một bước sóng. Công nghệ WDM có thể mang đến giải pháp hoàn thiện nhất

trong điều kiện công nghệ hiện tại. Thứ nhất nó vẫn giữ tốc độ xử lý của các linh kiện

điện tử ở mức 10 Gbps, bảo đảm thích hợp với sợi quang hiện tại. Thay vào đó, công

nghệ WDM tăng băng thông bằng cách tận dụng cửa sổ làm việc của sợi quang trong

khoảng bước sóng 1260 nm đến 1675 nm. Khoảng bước sóng này được chia làm nhiều

băng sóng hoạt động như minh hoạ trên bảng. Ban đầu, hệ thống WDM hoạt động ở băng

C (do EDFA hoạt động trong khoảng băng sóng này). Về sau, EDFA có khả năng hoạt

động ở cả băng C và băng L nên hệ thống WDM hiện tại dùng EDFA có thể hoạt động ở

cả băng C và băng L. Nếu theo chuẩn ITU-T, xét k hoảng cách giữa các kênh bước sóng là

100 Ghz (đảm bảo khả năng chống xuyên nhiễu kênh trong điều kiện công nghệ hiện tại),

sẽ có 32 kênh bước sóng hoạt động trên mỗi băng. Như vậy, nếu vẫn giữ nguyên tốc độ

bit trên mỗi kênh truyền, dùng công nghệ WDM cũng đủ làm tăng băng thông truyền trênmột sợi quang lên 64 lần !

Băng sóng Mô tả Phạm vi bước sóng (nm)

Băng O

Băng E

Băng S

Băng C

Băng L

Băng U

Original

Extended

Short

Conventional

Long

Ultra-long

1260 đến 1360

1360 đến 1460

1460 đến 1530

1530 đến 1565

1565 đến 1625

1625 đến 1675

Bảng 1.1: sự phân chia các băng



6

1.1.2. Đặc điểm của hệ thống WDM

Ưu điểm của công nghệ WDM:

- Tăng băng thông truyền trên sợi quang số lần tương ứng số bước sóng được ghép

vào để truyền trên một sợi quang.

- Tính trong suốt: Do công nghệ WDM thuộc kiến trúc lớp mạng vật lý nên nó có

thể hỗ trợ các định dạng số liệu và thoại như: ATM, Gigabit Ethernet, ESCON,

chuyển mạch kênh, IP ...

- Khả năng mở rộng: Những tiến bộ trong công nghệ WDM hứa hẹn tăng băng

thông truyền trên sợi quang lên đến hàng Tbps, đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng ở

nhiều cấp độ khác nhau.

Nhược điểm của công nghệ WDM:

- Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang (chỉ mới tận dụng

được băng C và băng L).

- Quá trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp hơn gấp nhiều lần.

- Nếu hệ thống sợi quang đang sử dụng là sợi DSF theo chuẩn G.653 thì rất khó

triển khai WDM vì xuất hiện hiện tượng trộn bốn bước sóng khá gay gắt.

1.2.Nguyên lí cơ bản của hệ thống WDM

Khuyếch

Đại Phát

Mạch Điều

Khiển 1 WDM

Mạch Điều

Khiển N

Sợi quang Tín

hiệuvào

kênh

1

Tính

hiệuvào

kênh

N

Ti nkhuyếch đại

Tách Sóng

uan 1WDM Tách Sóng

uan N

Mạch điềukhiển N

Mạch điều

khiển 1

EDFA

Sợi quang Phần thu

Tín

hiệura

kênh

1

Tín

hiệu rakênh N

Hình 1.1:Sờ đồ của hệ thống



7

1.3. Nguyên lí hoạt động của hệ thống WDM

1.4. Phân loại hệ thống truyền dẩn trong hệ thống WDM

1.4.1 Hệ thống ghép bƣớc sóng một hƣớng

Hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều trên hai sợi là: tất cả kênh quang cùng trê n một

sợi quang truyền dẫn theo cùng một chiều (như hình 1.3), ở đầu phát các tín hiệu có bướcsóng quang khác nhau và đó được điều chế

1 ,

2 ,....,

n thông qua bộ ghép kênh tổ hợp

lại với nhau, và truyền dẫn một chiều trên một sợi quang. Vì các tín hiệu được mang

thông qua các bước sóng khác nhau, do đó sẽ không lẫn lộn. ở đầu thu, bộ tách kênh

quang tách các tín hiệu có bước sóng khác nhau, hoàn thành truyền dẫn tín hiệu quang

nhiều kênh. ở chiều ngược lại truyền dẫn qua một sợi quang khác, nguyên lý giống như

trên.

1.4.2 Hệ thống ghép bƣớc sóng hai hƣớng

Hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều trên một sợi là: ở hướng đi, các kênh quang tương

ứng với các bước sóng 1, 2, ..., n qua bộ ghép/tách kênh được tổ hợp lại với nhau

truyền dẫn trên

Máy phát

quang

Máy phát

quang

Máy thu

quang

Máy thu

quang

Bộ ghépkênh

Bộ táchkênh

Bộkhuếchđại sợiquang


Bộ táchkênh

Bộ ghép

kênh

Máy thu

quang

Máy thu

quang

Máy phát

quang

Máy phát

quang

1

nn

1

1

n

1

n

O O

OO

1

n

1

n

1, 2 ....... n

1, 2 ....... n

MU

X

DEM

1

2

N

2

N

1

1

2

N

Hình1.2: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của WDM

Hình 1.3: Hệ thống ghép bước sóng một hướng



8

một sợi. Cũng sợi quang đó, ở hướng về các bướ c sóng n+1, n+2,..., 2n được truyền dẫn

theo chiều ngược lại (xem hình 1.4). Nói cách khác ta dùng các bước sóng tách rời để

thông tin hai chiều (song cong).

Hệ thống WDM hai chiều trên hai sợi được ứng dụng và phát triển tương đối rộng rãi. Hệ

thống WDM hai chiều trên một sợi thì yêu cầu phát triển và ứng dụng cao hơn, đòi hỏiyêu cầu kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt. ở phía phát, các thiết bị ghép kênh phải có suy hao

nhỏ từ mỗi nguồn quang tới đầu ra của bộ ghép kênh. ở phía thu, các bộ tách sóng quang

phải nhạy với dải rộng của các bước sóng quang. Khi thực hiện tách kênh cần phải cách ly

kênh quang thật tốt vớicác bước sóng khác bằng cách thiết kế các bộ tách kênh thật chính

xác, các bộ lọc quang nếu được sử dụng phải có bước sóng cắt chính xác, dải làm việc ổn

định. ở một mức độ nào đó, để đơn giản ta có thể xem xét bộ tách bước sóng như bộ ghép

bước sóng chỉ bằng cách đổi chiều tín hiệu ánh sáng. Người ta chia loại thiết bị OWDM

làm ba loại: Các bộ ghép (MUX), các bộ tách (DEMUX) và các bộ ghép/tách hỗn hợp

(MUX-DEMUX). Các bộ MUX và DEMUX được sử dụng trong các phương án truyền

dẫn theo một hướng, còn loại thứ ba MUX-DEMUX được sử dụng cho các phương án

truyền dẫn theo hai hướng.

Máy phát

quang


Bộ ghép/ tách kênh

1, 2 ....... n

1

Máy phát

quang

Máy thu

quang

Máy thu

quang

Máy thu

quang

Máy thu

quang

Máy phát

quang

Máy phát

quang

Bộ tách/ghép kênh

n

1

n

1

n

1

n

O O

n+1, n+2 ....... 2n

1

n

n+1

2n

Ik (k )

O(k )

I(i)

Sợi dẫn quang

Ii(i)

Các tín hiệu được tách

Các tín hiệu được ghép

Hình 1.4: Hệ thống ghép bước sóng hai hướng

Hình 1.5: bộ ghép/tách hỗn hợp



9

1.5 Các yêu cầu của hệ thống WDM

1.5.1.Phần phát

Trong hệ thống WDM, nguồn phát đóng một vai trò quan trọng. Khác với hệ thống thô ng

thường, hệ thống WDM sữ dụng các nguồn phát từ các laser khác nhau hoặc từ một laser

chủ. Bên cạnh các yêu cầu như laser thông thường thì một trong những tham số quan

trọng đối với laser là dãi bước sóng có thể điều chĩnh được. Để đáp ứng nhu cầu thông tin

hiện nay người ta sữ dụng loại nguồn phát có khả năng điều chĩnh bước song trong một

dãi rộng đến hàng chục nm

1.5.2. Môi trƣờng truyền

Trong hệ thống WDM, để đảm bão nhu cầu truyền khoảng cách lớn, ta phải sữ dụng các

bộ khuếch đại quang trên đường truyền, khoảng cách càng lớn thì các EDFA càng nhiều.Chính điều này làm hạn chế băng thông của hệ thống do hiện tượng làm hẹp phổ khuếch

đại của các EDFA mắc nối tiếp vì bản thân phổ khuếch đại của tường EDFA có tính chọn

lọc đối với các bước song. Do đó, để đảm bảo băng thông truyền cho hệ thống đa kênh thì

cần phải khắc phục nhược điểm trên bằng cách sữ dụng các kĩ thuật làm phẳng phổ

khuếch đại của hệ thống.

1.5.3. Phần thu.

Cũng như phần phát , phần thu có bộ giải ghép kênh quang. Một trong những loại đang

được sữ dụng rộng rãi là bộ ghép kênh quang thụ động ghép sợi do tính đơn giản và hiệu

quả của nó. Khi số kênh nhiều, mật độ kênh lớn thì các bộ lọc này đòi hỏi phải hoạt động

chính xác và ổn định, tránh hiện tượng xuyên kênh từ các kênh lân cận. ngoài các yêu cầu

trên, khi số kênh trong hệ thống WDM tăng lên , công suất trong sợi quang lớn thỡ cỏc

hiện tượng phi tuyến của sợi xuất hiện làm suy giảm chất lượng hệ thống.

1.6. Các yếu tố ảnh hƣỡng đến chất lƣợng của hệ thống WDM

1.6.1. Các yếu tố ảnh hƣỡng chính.

- Suy hao

- Tán sắc

- Hiện tƣợng phi tuyến xảy ra trong sợi quang.



10

1.6.2. Tán xạ do kích thích Brillouin

Trong trường hợp SBS, các phonon liên quan đến sự tác động tán xạ là các phonon âm

học và sự tương tác này xảy ra trên dải tần hẹp Äf = 20 MHz ở bước sóng 1550 nm. Sóng

bơm và sóng Stokes truyền theo hai hướng ngược nhau. Do đó, SBS không gây ra bất kỳ

tác động qua lại nào giữa các bước sóng khác nhau khi mà khoảng cách bước sóng lớn

hơn 20 MHz (là trường hợp đặc trưng cho WDM). Tuy nhiên, SBS cũng có thể tạo nên sự

méo khá quan trọng trong một kênh đơn lẻ. SBS tạo ra độ lợi theo hướng ngược lại với

hướng lan truyền tín hiệu, nói cách khác là hướng về phía nguồn. Vỡ vậy, nú làm suy

giảm tớn hiệu được truyền cũng như tạo ra một tín hiệu có cường độ mạnh về hướng phát,

nên phải dùng một bộ cách ly để bảo vệ. Hệ số độ lợi SBS gB xấp xỉ 4x10 -11 m/W,

không phụ thuộc vào bước sóng.

1.6.3. Tán xạ do kích thí ch Raman

Nếu đưa vào trong sợi quang hai hay nhiều tín hiệu có bước sóng khác nhau thì SRS gây

ra sự chuyển năng lượng từ các kênh có bước sóng thấp sang các kênh có bước sóng cao

hơn Sự chuyển năng lượng từ kênh tín hiệu có bước sóng thấp sang kênh tín hiệu có bước

sóng cao là một hiệu ứng cơ bản làm cơ sở cho khuếch đại quang và laser. Năng lượng

của photon ở bước sóng là hc/ ở với h là hằng số Planck (6.63x10-34 Js). Do đó,

photon của bứơc sóng thấp có năng lượng cao hơn. Sự chuyển năng lượng từ tín hiệu

bước sóng thấp sang tín hiệu bước sóng cao tương ứng với sự sinh ra các photon năng

lượng thấp từ các photon năng lượng cao hơn.

1.6.4 Hiệu ứng tự điều pha SPM

Trong tán sắc màu, các bước sóng khác nhau (các tần số) lan truyền theo cỏc vận tốc khỏc

nhau. Như vậy xung mang các tần số khác nhau khi lan truyền sẽ gión ra. Rừ ràng SPM

gây ra giản xung thông qua tán sắc màu. Cần lưu ý một ưu điểm của SPM là: khi công

suất lan truyền cao, ở khoảng đầu sợi quang, SPM có thể nén xung. Tuy nhiên khi xung

lan truyền xa hơn, xung sẽ bị giản nhiều hơn. Hiện tượng nén xung này có thể sử dụng để

bù tán sắc. Các hiệu ứng phi tuyến thường được đánh giá qua các giới hạn công suất cho

hệ thống thông tin. để ảnh hưởng của SPM là tối thiểu, độ dịch pha phi tuyến phải rất nhỏ

tức là <<1. Theo cụng thức (1.2) Leff ≈1/ cho nờn Pin << / NL. Vớ dụ =



11

0,2dB/km tức = 0,046 1/km và NL=2,35x10-3 1/m.W thỡ cụng suất đầu vào phải

nhỏ hơn 19,6 mW.

1.6.5 Hiệu ứng điều chế xuyên pha

SPM là giới hạn phi tuyến chủ yếu trong hệ thống đơn kênh. Trong hệ thống đa kênh độdịch pha của một kênh, ví dụ như kênh thứ nhất 1, phụ thuộc không những vào cường

độ (công suất) của chính kênh đó mà cũn phụ thuộc vào cường độ của những kênh cũn

lại. Hiện tượng này gọi là điều chế xuyên pha CPM. Ví dụ xem xét hệ thống ba kênh. Khi

đó 1 sẽ là: 1= NLLeff(P1+2P2+2P3)

1.6.6 Hiệu ứng trộn bốn bƣớc sóng

Trong hệ thốngWDM sử dụng cỏc tần số gúc 1…. n, sự phụ thuộc của chiết suất vào

cường độ (công suất) không chỉ gây ra sự dịch pha trong mỗi kênh mà cũn sinh ra tần số

mới như là 2 i- j và i+ j- k. Hiện tượng này gọi là hiện tượng trộn bốn bước

sóng (FWM_Four-wave Mixing). Trái với SPM và CPM chỉ có ảnh hưởng đối với các hệ

thống tốc độ bit cao, hiệu ứng trộn bốn bước sóng không phụ thuộc vào tốc độ bit mà phụ

thuộc chặt chẽ vào khoảng cách kênh và tán sắc màu của sợi. Giảm khoảng cách kênh làm

tăng ảnh hưởng của hiệu ứng trộn bốn bước sóng và việc giảm tán sắc màu cũng vậy. Do

đó, các ảnh hưởng của FWM phải được xem xét ngay cả ở các hệ thống tốc độ vừa phảikhi khoảng cách kênh gần nhau và/hoặc khi sử dụng sợi dịch chuyển tỏn sắc.

1.7. Công nghệ và thành phần trong hệ thống WDM

1.7.1.Các thiết bị WDM vi quang

Bộ lọc chỉ hoạt động mỡ cho một bước sóng đi qua tại một thời điểm để tách nó ra từ một

thời điểm để tách ra thành nhiều bước sóng.

Bộ lọc

1, 2, ...., n

2, ...., n

1

HÌnh 1.6:Thiết bị vi quang sữ dụng bộ lọc



12

Trong thiết bị phân tán, người ta sữ dụng các phần tữ phân tán góc để tách một luồng

bước sóng vào cùng một hướng thành nhiều bước sóng khác nhau tương ứng.

1.7.2. Bộ lọc mõng.

Bộ lọc có cấu trúc đa lớp gồm các lớp điện môi rất mỏng, có chiết suất cao và thấp

đặt xen kẽ nhau. Bộ lọc làm việc dựa trên nguyên lý buồng cộng hưởng Fabry-Perot, gồm

hai gương phản xạ một phần đặt song song cách nhau chỉ bởi một lớp điện môi trong suốt

Bề dày các lớp bằng 1/4 bước sóng truyền đối với bộ lọc bậc 0 và bằng 3/4 0 đối với bộ

lọc bậc 1 và được chế tạo từ vật liệu có hệ số chiết suất thấp như MgF2 có n = 1,35 hoặc

SiO2 có n = 1,46 và vật liệu có chỉ số chiết suất cao như TiO2 có n = 2,2.

Khi chùm tia sáng đi vào thiết bị, thì hiện tượng giao thoa ánh sáng xảy ra do phản xạ

nhiều lần trong khoang cộng hưởng. Nếu bề dày của lớp đệm là số nguyên lần của nửa

bước sóng ánh sáng tới thì giao thoa xếp chồng xảy ra và công suất quang của bước sóng

đạt giá trị cực đại và bước sóng đó sẽ được truyền dẫn thông suốt nhất. Các chùm ánh

sáng ở những bước sóng khác trong buồng cộng hưởng hầu như bị phản xạ hoàn toàn.

Chiết suất caoChiết suất thấp

Lớp phân cách trong suốt

Hình 1.7: thiết bị phân tán

Hình 1.8: Bộ lọc mõng



13

1.7.3.Các thiết bị tách bƣớc sóng dùng bộ lọc mõng

. 1.7.3.1.Bộ tách 2 bƣớc sóng

Các thiết bị tách bước sóng này có sẵn trên thị trường thương mại và được sử dụng rộng

rãi ở các hệ thống thông tin quang sử dụng các nguồn phát LED ở bước sóng 850 nm và

1300 nm, hoặc sử dụng các nguồn phát phổ hẹp của các tổ hợp bước sóng như: 800 nm và

830 nm; 800 nm và 890 nm; 1200 nm và 1300 nm; hoặc 1300nm và 1550 nm vv..., với

suy hao xen nhỏ hơn 3dB (cho mỗi cặp) và suy hao xuyên kênh cao hơn 25dB

1.7.3.2 Thiết bị kết hợp ghép và tách bƣớc sóng (MUX-DEMUX):

1, 2

1

2

Lăng kính Grin (1/4 P)

Bộ lọc

0,81m

Connecto

LWPF

SWPF

0,89m

BPF 0,89m

0,81 m và 0,89

1,2 m và 1,3 m

Thấu kính GRIN

BPF 1,2 m

BPF 1,3 m Khối thuỷ tinh 1,2 m

1,3 m

Hình 1.9: Bộ tách 2 bước sóng

Hình 1.10: Thiết bị ghép tách bước sóng



14

Trong đó:

BPF - Bộ lọc thông giải

LWPF - Bộ lọc thông thấp

SWPF - Bộ lọc thông cao.

Độ rộng của kênh là 25 nm và 32 nm trong cửa sổ thứ nhất; 47 nm và 50 nm trong

cửa sổ thứ hai của sợi quang. Suy hao xen là 1,4 dB cho bước sóng 0,89 m; 2,6 dB cho

bước sóng 1,2 m; 2,2 dB cho bước sóng 1,3 m khi dùng Laser diode và 5,2 dB cho

bước sóng 0,81 m khi dùng LED. Suy hao xuyên âm bằng -18 dB cho bước sóng ngắn

dùng LED, còn nếu dùng Laser diode thì suy hao xuyên âm bằng -3,9 dB.

1.7.4. Các thiết bị tách bƣớc sóng dùng phần tử phân tán góc

Cách tử được cấu tạo gồm nhiều rãnh (như răng cưa), được khắc bằng dụng cụ kim

cương, trên bề mặt của các rãnh này được ơhủ một lớp phản xạ, số lượng rãnh trên cách

tử có thể lên tới vài nghìn rãnh trên 1 mm. Cách tử có khả năng truyền hoặc tán xạ ánh

sáng theo những hướng nhất định tuỳ thuộc vào bước sóng của ánh sáng đó. Góc tán xạ

phụ thuộc vào khoảng cách rãnh (gọi là bước cách tử) và góc tới.

Khi tách kênh (tách bước sóng) bằng cách tử, nguồn sáng tới gồm nhiều bước sóng từ sợiquang sẽ được tách ra thành các tia đơn sắc tương ứng với các bước sóng được truyền trên

sợi theo các góc khác nhau. Ngược lại khi ghép kênh, một số kênh bước sóng 1, 2,.....,

n đến từ các hướng khác nhau có thể được kết hợp thành một hướng và được đưa tới

truyền dẫn trên cùng một sợi quang.



15

CHƢƠNG 2: ẢNH HƢỞNG CỦA TÁN SẮC TRONG HỆ THỐNG

GHÉP KÊNH QUANG THEO BƢỚC SÓNG WDM

2.1Các thiết bị làm việc theo nguyên lý tán sắc góc

2.1.1 Dùng lăng kính làm phần tử tán sắc góc

Trong giai đoạn đầu của kỹ thuật WDM người ta thường dùng lăng kính làm phần

tử tán sắc góc. Do hiện tượng chiết suất phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng tức là n = n()

nên chùm tia sáng có các bước sóng khác nhau ở đầu vào sẽ bị lăng kính phân thành các

tia sáng đơn sắc khác nhau theo các hướng khác nhau ở đầu ra theo định luật Sneel (sự

phụ thuộc của chiết suất vật liệu làm lăng kính theo bước sóng).ir

Adn

d

di

cos / cos

sin

Với: i là góc tới

i’là góc ló

A là góc đỉnh của lăng kính

n là chiết suất vật liệu làm lăng kính.

Nhược điểm: tán sắc dùng lăng kính có mức độ tán sắc thấp, nên khó tách được các bướcsóng gần nhau. Vì vậy người ta chỉ có thể dùng lăng kính trong trường hợp tách các bước

sóng ở hai cửa sổ truyền dẫn khác nhau (ví dụ bước sóng 1 ở cửa sổ 1300 nm; bước sóng

2 ở cửa sổ 1550 nm). Do nhược điểm không tách được các tia sáng có bước sóng gần

nhau nên lăng kính ngày nay không được sử dụng trong công nghệ WDM nữa, thay vào

đó người ta sử dụng cách tử nhiễu xạ làm phần tử tán sắc góc.

2 .1.2Dùng cách tử làm phần tử tán sắc góc

Cách tử dùng để mô tả các thiết bị mà hoạt động của nó dựa trên hiện tượng giao thoa

giữa các tín hiệu quang xuất phát từ cùng một nguồn quang nhưng có độ lệch pha tương

đối với nhau. Phân biệt với cách tử là vật chuẩn (etalon) là thiết bị ở đó nhiều tín hiệu

quang được tạo ra nhờ một hốc cộng hưởng (single cavity) lặp lại cỏc tia đi ngang qua nó.

A

ii’

r

Hình 2.1: phần tữ tán sắc góc



16

Trong WDM cách tử được dựng như là một bộ tỏch kờnh để tách các bứơc sóng hoặc như

là một bộ ghộp kờnh để kết hợp các bước sóng.

Cũng giống như lăng kính, ánh sáng không đơn sắc ở đầu vào, sau khi qua cách tử sẽ

được tách thành các tia sáng đơn sắc ở đầu ra theo các góc khác nhau. Khác với lăng kính,cách tử nhiễu xạ cho các góc tán xạ lớn hơn.

Khi tách kênh (tách bước sóng) bằng cách tử, nguồn sáng tới gồm nhiều bước sóng từ

sợi quang sẽ được tách ra thành các tia đơn sắc tương ứng với các bước sóng được truyền

trên sợi theo các góc khác nhau. Ngược lại khi ghép kênh, một số kênh bước sóng 1,

2,....., n đến từ các hướng khác nhau có thể được kết hợp thành một hướng và được đưa

tới truyền dẫn trên cùng một sợi quang.

2.1.2.1 Cách tử nhiễu xạ phẳng

Trong đó:

N - đường vuông góc với mặt đáy của cách tử

M - đường vuông góc với cạnh của rãnh

- góc tới của tia sáng với N

’

- góc nhiễu xạ với N

Cách tữ

, ,.....,

n

NM

i

i’ ’

Hình 2.2: cách tử làm phần tử tán sắc góc

Hình2.3: Cách tử nhiễu xạ phẳng



17

i - góc tới của tia sáng với M

i’

- góc nhiễu xạ với M

d - chu kì cách tử

- góc nghiêng của rãnh.

Theo kết quả chứng minh thỡ khi chiếu 2 tia sang vào rónh cỏch tử sẽ tạo ra các tia nhiểu

xạ cùng pha nếu đường đi của 2 tia sáng thỏa món điều kiện

0 = d(sin + sin’) = k

Với: k - số nguyên

- bước sóng

d - chu kì cách tử

k = 0 ứng với truyền trực tiếp k = 1 ứng với bậc 1 nhiễu xạ.

Nếu hệ số khúc xạ của môi trường bên ngoài cách tử là n thì có dạng:

nd(sin + sin’) = k

Cũng từ hình trên ta có:

i = - , i’ = ’ -

Theo quy tắc phản xạ thì góc tới bằng góc phản xạ, nghĩa là i = i’, rút ra:

= ( + ’)/2

Công thức có thể viết dưới dạng:

k d

2cos

2sin2

''

Hay

k d

2cossin2

'

Đối với cách tử phản xạ thì được tính theo điều kiện của Liittrow (khi =’).

Theo điều kiện này tìm đượ c ứng với tán xạ bậc 1 là:

1 = 2dsin



18

Khi ’ 1 = 2dsincos2

'

Theo điều kiện Littrow và ứng với bậc 2 của tán xạ có:

2 = 2dsin

n =n

d 2sin

Biên độ trường nhiễu xạ mặt bên của rãnh cách tử được xác định theo biểu thức:

A = '

'

sinsin / sin

sinsin / sin

iid

iid A

n

Khi = n thì cường độ nhiễu xạ cực đại và bằng:

2nn

A I

Phân bố phổ của nhiễu xạ được xác định theo biểu thức:

2

/

/ sin

n

n

nk

nk

I

I

n

Từ biểu thức trên, xây dựng đường cong phân bố phổ của năng lượng nhiễu xạ bậc

một như hình a. Trong trường hợp d nhỏ hơn bước sóng thì phân bố phổ của năng lượngnhiễu xạ phụ thuộc vào và có dạng như hình b.

1 / 1 /

I /I1 I /I1

0,2 1 1,8

0,20,40,60,81

0,20,40,60,81

0,2 1 1,5 2

a Khi d > b Khi d<

= 200

Hình 2.4: Đường cong phân bố phổ của năng lượng nhiễu



19

2.1.2.2 Ứng dụng của cách tử nhiễu xạ phẳng

Cấu hình đơn giản của một bộ ghép kênh của Finke. Trong đó, mảng đầu sợi quang

được đặt tại tiêu cự của một thấu kính tròn, phần tử tán sắc góc grating được đặt tại tiêu

cự bên kia của thấu kính đó. Bộ tách kênh thực tế loại này đã thực hiện tách từ 4 đến 6

kênh với suy hao khoảng 1,2 đến 1,7 dB (triển vọng có thể tách được 10 kênh).

Trên hình a và b là bộ tách Littrow với a là cấu trúc cơ bản còn b là cấu trúc thực tế sử

dụng lăng kính GRIN-rod của bộ tách 2 kênh.

Bộ tách sử dụng cách tử nhiễu xạ Planar và gương lòng chảo , đầu mảng các sợi quang

được đặt trước một khe đã được quang khắc trên mặt cách tử phản xạ phẳng đặt vuông

góc với các rãnh cách tử. Gương cầu lõm có tách dụng làm thay đổi hướng của bất kì một

tia đa bước sóng phân kỳ nào thành một tia song song quay trở lại cách tử, tia này khi đến

cách tử, sẽ bị tán sắc và phản xạ trở lại gương, phản xạ một lần nữa, tạo ảnh trên vùng

Cách tử

Thấu kính

đầu mản

1, 2, 3 4

1 2

3

Lăng kính chuẩn trực Cách tử

1

2

1,2

Cách tử

Lăng kính Grin1

2

1,2

a)

b)

Hình 2.5: Bộ ghép kênh Finke

Hình 2.6: Bộ tách Littrow



20

mảng sợi quang tuỳ thuộc vào giá trị từng bước sóng. Cấu trúc này có hệ số hội tụ và

truyền đạt bằng 1; vì vậy, hiệu suất ghép khá cao, đặc biệt nếu sử dụng gương parabol thì

quang sai rất nhỏ, gần bằng 0.

Số lượng các kênh có thể ghép trong thiết bị phụ thuộc nhiều vào phổ của nguồn

quang: từ năm 1993, đã có thể ghép được 6 kênh (đối với nguốn LED), 22 kênh (đối với

nguồn Laser); nếu sử dụng kỹ thuật cắt phổ của nguồn phát LED để nâng cao số kênh

ghép thì có thể ghép tới 49 kênh. Đối với nguồn đơn sắc, suy hao xen của thiết bị ghép rất

nhỏ (< 2 dB), và có thể đạt đến 0,5 dB cho thiết bị đơn mode vùng bước sóng 1540 nm

đến 1560 nm.

2.1.3 Cách tử hình lòng chảo

Cách tử hình lòng chảo được sử dụng để phản xạ ánh sáng, vì vậy góc nghiêng của rãnh

cách tử được tính toán giống như cách tử phản xạ phẳng. Theo thuyết vô hướng thì góc

nghiêng của rãnh phải thay đổi liên tục để duy trì đường phân giác của góc hợp bởi tia tới

và tia phản xạ ABC luôn vuông góc với bề mặt của răng cưa. Một ứng dụng của cách tử

hình lòng chảo như chỉ ra trên hình vẽ bên dưới, thiết bị loại này có vẻ như đơn giản hơn

vì không sử dụng phần tử hội tụ quang (thấu kính hoặc lăng kính). Thiết bị loại này đã

thực hiện ghép 4 kênh, suy hao 2,6 dB; nó có nhược diểm là quang sai không ổn định

trong giải phổ rộng.

2.1.4 Cách tữ Bragg

Cách tử Bragg được sử dụng rộng rải trong hệ thống thông tin quang. Mọi sự biến đổi

tuần hoàn trong môi trường truyền sóng (thường là biến đổi tuần hoàn chiết suất môi

trường) đều có thể hình thành cách tử Br agg.

A

B

CN

Cách tử lòng chảo

Sợi vào

Các sợi đầu ra

Hình 2.7: Cách tữ hình lòng chảo



21

Cách tử Bragg là cách tử được chế tạo ngay bên trong sợi quang. Cáh tử sợi Bragg

thông thường trước đây khó sản xuất được với độ dài sợi quá 15 cm do hạn chế về chiều

dài sợi cách tử đối với bán kính chùm tia laser hoặc do chiều dài của mạt nạ phase. Hiện

nay công nghệ chế tạo hiện đại đã cho phép thay đổi các thông số như độ dài cách tử,

chiết suất có thể được điều biến theo yêu cầu, tạo nên cách tử sợi dạng nhiều bậc như bước ren; nhờ đó một số lớn các bộ lọc được tạo ra voiư các thông số khá hoàn thiện.

Ứng dụng cách tử sợi Bragg trong bù tán sắc: phổ của xung quang chứa nhiều thành

phần bước sóng khác nhau, khi truyền xung dọc sợi quang, thành phần bước sóng ngắn sẽ

đi nhanh hơn thành phần bước sóng dài, đây chính là hiệu ứng tán sắc, làm dãn phổ xung

quang đó và có thể gây xuyên nhiễu lên các xung quang lân cận. Trước đây đã có nhiều

giải pháp bù tán sắc, như sử dụng sợi bù tán sắc DCF, nhưng cách này thực ra còn nhiều

nhược điểm như: gây suy hao lớn, gây ra các hiệu ứng phi tuyến khác... Gần đây, cách tử

bù tán sắc đã được xem là giải pháp có nhiều hứa hẹn. Bước cách tử trong cách tử bù tán

sắc được dịch đi để phản xạ các bước sóng chậm (bước sóng dài) trước khi các thành

phần bước sóng nhanh (bước sóng ngắn) đi đến cuối cách tử và bị phản xạ trở lại (xem

hình), module bù tán sắc kiểu này cũng sẽ làm co xung đã bị dãn rộng ra trước khi được

truyền đi tiếp hoặc được xử lý. Nếu sợi cách tử càng dài, mức bù tán sắc càng lớn và phổ

thiết bị có thể làm việc càng được mở rộng. Nếu quá trình chế tạo sợi không tốt, sẽ gâyhiện tượng nhấp nhô (ripple) đối với trễ nhóm tín hiệu quang, do đó có thể làm sai khác đi

việc bù tán sắc của thiết bị.

Bước sóngdài

xun vào

xun raBước sóngngắn

Sợi truy n dẫn

Ciculator Sợi cách tử Bragg

Bước sóng dài Bước sóng ngắn

Hình 2.8: Cách tữ Bragg



22

Suy hao của module bù tán sắc kiểu này gây ra bởi: suy hao cố định của circulator và các

chỗ ghép nối (tổng suy hao này nhỏ hơn 2 dB), suy hao của cách tử sợi Bragg phụ thuộc

vào độ dài sợi, khoảng 0,3 dB/m (theo công nghệ chế tạo cảm ứng tia cực tím). Ngoài ra,

suy hao này cũng phụ thuộc dải bước sóng làm việc khoảng 0,3 dB/nm. Thực nghiệm cho

thấy ưu thế của module bù tán sắc dùng cáh tử sợi Bragg so với bù tán sắc dùng sợi DCFđược chỉ ra như trong bảng dưới đây:

cách bù tán sắc suy hao cực

tiểu

suy hao thông

thường

suy hao cực

đại

Sợi DCF 40 km 4,4 dB 4,8 dB 6,2 dB



Sợi cách tử Bragg bù tán sắc 2,0 dB 2,5 dB 3,0 dB

Bảng 2.1: Bảng so sánh sự suy hao



23

CHƢƠNG III: KHẢO SÁT HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM OPTISYSTEM

3.1: Mối quan hệ giữa tỉ lệ lổi bit BER, hệ số phẩm chất Q và công suất phát

0

5

10

15

20

25

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Công Suất phát

H ệ s ố p h ẩ m c

h ấ t Q

Công suất phát

L o g B E R

Hình 3.1: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi của Q theo công suất phát và cácbiểu đồ mắt tại máy thu tương ứng vớ i 3 tốc độ bit khác nhau.

Hình 3.2: : Biểu đồ thể hiện sự thay đổi của BER theo công suất phát vàcác biểu đồ mắt tại máy thu tương ứng vớ i 3 tốc độ bit khác nhau.



24

STT Pt

dBm

Q Log (BER)

5Gb/s 6Gb/s 7Gb/s 5Gb/s 6Gb/s 7Gb/s

1 4 21.06 18.45 14.06 -98.03 -75.57 -44.48

2 3 19.06 16.67 13.04 -80.59 -61.96 -38.44

3 2 16.42 14.66 11.70 -60.14 -48.50 -31.22

4 1 13.66 12.98 10.64 -42.07 -38.08 -26.02

5 0 11.99 10.92 9.08 -32.67 -27.34 -19.28

6 1 9.97 9.24 7.67 -23.00 -19.01 -14.08

7 -2 8.21 7.42 6.42 -15.96 -13.26 -10.18

8 -3 6.73 6.07 5.23 -11.06 -9.22 -7.09

9 -4 5.45 4.58 4.26 -7.61 -6.21 -4.99

3.2: Kết luận:

Từ những kết quả khảo sát về tỉ lệ lối bít (BER) và hệ số phẩm chất (Q) ở trên ta thấy

muốn tăng hệ số phẩm chất của hệ thống ( giảm tỉ lệ lối bít BER) ta có thể tăng công suất

phát hoặc tăng hệ số khuếch đại lên. Việc tăng hệ số khuếch đại lên một đơn vị cũng đã

làm cho tỉ lệ lối bít giảm đáng kể. Đồng thời với cùng một công suất phát thì hệ thống cótốc độ bít càng cao sẽ có hệ số phẩm chất càng nhỏ ( tỉ lệ lỗi bít BER càng tăng ).

Bảng 3.1: Mối quan hệ giữa công suất phát, hệ số phẩm chất Q và tĩ lệ lổi bit BERở 3 tốc độ bit khác nhau



25

Tài liệu tham khảo

[1] TS.NGUYỄN VĂN TUẤN, Thông tin sợi quang, Nhà xuất bản GD Việt Nam, 2010.

[2] www.vntelecom.org

[3] www.tailieu.vn

[4] www.dientuvietnam.net

http://www.vntelecom.org/



http://www.tailieu.vn/



http://www.dientuvietnam.net/






thongtinquang

Documents