Tiểu luận môn học mạng thông tin quang thế hệ mới: Các bộ ghép kênh và tách kênh trong hệ thống WDM

Tiểu luận môn học mạng thông tin quang thế hệ mới TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC TIỂU LUẬN MÔN HỌC MẠNG THÔNG TIN QUANG THẾ HỆ MỚI ĐỀ TÀI Các bộ ghép kênh và tách kênh trong hệ thống WDM Giảng viên hướng dẫn TS Bùi Việt Khôi Học viên Đỗ Huy Thao Phạm Hữu Lưu Lưu Văn Dũng Nguyễn Hải Cường Trần Đức Dũng Hà Nội, tháng 05/2012

1 GIỚI THIỆU 2

2 TỔNG QUAN VỀ OADM 3

2.1 Vai trò bộ OADM 3

2.2 Kiến trúc bộ OADM 5

2.3 Tái cấu hình OADM (ROADM) 10

3 CÁC KĨ THUẬT SỬ DỤNG TRONG GHÉP/TÁCH KÊNH 12

3.1 Cách tử Bragg 12

3.2 Cách tử sợi quang 15

3.3 Bộ lọc Fabry-Perot 18

3.4 Bộ lọc màng mỏng điện môi đa lớp 21

3.5 Giao thoa kế Mach – Zehner 23

3.6 Cách tử dẫn sóng dãy 27

3.7 Bộ lọc có thể điều chỉnh acousto - optic 30

1 GIỚI THIỆU

Hệ thống thông tin quang ra đời cùng với những ưu điểm vượt trội của nó đã và đang ápdụng rộng rãi trên mạng lưới thông tin toàn cầu Hiện nay, các hệ thống thông tin quangtruyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp, băng rộng đáp ứng yêu cầu của mạng sốtích hợp dịch vụ ISDN Vì thế, hệ thống thông tin quang sẽ là mũi đột phá về tốc độtruyền dẫn và cấu hình linh hoạt cho các dịch vụ viễn thông cấp cao

Đối với hệ thống thông tin quang, đặc biệt là công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM

là một xương sống cho việc phát triển thông tin quang hiện nay Dưới đây là một hệthống thông quang WDM tổng quát

Hinh 1: Hệ thống truyền dẫn quang WDM một hướng

Hình 2 Các hệ thống truyền dẫn quang WDM hai hướng

Phương pháp truyền dẫn WDM đơn hướng

Tất cả kênh quang trên cùng một sợi quang được ghép lại thành một luồng tín hiệu vàđược truyền theo cùng một hướng Ở hướng đi, các kênh quang tương ứng với các bướcsóng λ1, λ2 , , λN qua bộ ghép kênh được ghép lại với nhau thành một luồng tín hiệu vàtruyền dẫn theo một chiều trên một sợi quang đến đầu thu Ở đầu thu, bộ giải ghép bướcsóng quang tách các tín hiệu có bước sóng khác nhau trong luồng tín hiệu thu được đểđến các đầu thu riêng rẽ Ở hướng ngược lại, có nguyên lý truyền giống như nguyên lýtruyền ở hướng đi nhưng truyền trên một sợi quang riêng biệt khác Phương pháp truyềndẫn đơn hướng được biểu diễn trong hình 1

Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng

Phương pháp truyền dẫn WDM song hướng là: ở hướng đi, các kênh quang tương ứngvới các bước sóng 1, 2, , i qua bộ ghép/tách kênh được ghép lại với nhau thành mộtluồng tín hiệu truyền dẫn theo một chiều trên một sợi Cũng sợi quang đó, ở hướng về cácbước sóng i+1, i+2, , N được truyền dẫn theo chiều ngược lại Phương pháp này chỉ cần

sử dụng một sợi quang cũng có thể thiết lập được một hệ thống truyền dẫn cho cả chiều

đi và chiều về Phương pháp này được biểu diễn trong Hình 2

Trong hệ thống WDM thì bộ tách ghép bước sóng quang đóng vai trò trung tâm của hệthống với chức năng MUX kết hợp các bước sóng rời rạc khác nhau thành tín hiệu tổ hợpđưa vào sợi và chức năng DEMUX tách tín hiệu tổ hợp WDM thành các kênh bước sóngriêng biệt đưa tới bộ thu Bài tiểu luận này xin được phép trình bày tổng quan về mộtthành phần cốt lõi trong hệ thống thông tin quangWDM đó là bộ tách ghép kênh quang(add/drop)

và C, ba bước sóng giữa A và C Bây giờ triển khai các hệ thống WDM điểm nối điểm đểcung cấp nhu cầu lưu lượng này Với giải pháp trong hình (a), hai hệ thống điểm nối

điểm được triển khai, một giữa A và B, một giữa B và C Mỗi liên kết điểm nối điểm sửdụng một OLT ở cuối liên kết Node B có hai OLT, mỗi OLT kết thúc bốn bước sóng, vìthế cần yêu cầu bốn bộ tiếp sóng Tuy nhiên chỉ có một trong bốn bước sóng là dành chonode B, các bộ tiếp sóng còn lại dùng để cung cấp lưu lượng giữa A và C Vì thế sáutrong tám bộ tiếp sóng ở node B được dùng để điều khiển lưu lượng Đây là việc rất tốnkém.

Với giải pháp trong hình (b), thay vì sử dụng các hệ thống WDM điểm nối điểm, tatriển khai một mạng định tuyến bước sóng Mạng sử dụng một OLT ở node A và C, mộtOADM ở node B OADM rớt một trong bốn bước sóng, sau đó kết thúc ở cáctransponder Ba bước sóng còn lại đi xuyên qua trong miền quang mà không cần kết thúctrong các transponder Điều này thấy được hiệu quả là chỉ sử dụng hai transponder thay

vì sử dụng đến tám transponder như giải pháp (a), do đó giảm được chi phí đáng kể

Câu hỏi đặt ra là tại sao các bộ tiếp sóng cần thiết ở giải pháp (a) để điều khiển lưulượng đi qua Nói cách khác là tại sao chúng ta không đơn giản loại bỏ các bộ tiếp sóng

và thực hiện kết nối trực tiếp các bộ ghép kênh và tách kênh WDM giữa hai bộ tiếp sóngở node B như trong hình (b), hơn là thiết kế một OADM riêng biệt Điều này là có thể,

Hình 3 : Vai trò của OADM trong mạng

các OLT được thiết kế để hổ trợ khả năng này Lớp vật lí được xây dựng trong các mạngnày sẽ phức tạp hơn nhiều các hệ thống điểm nối điểm đơn

2.2 Kiến trúc bộ OADM

Có nhiều kiến trúc để xây dựng nên OADM, các kiến trúc này điển hình sử dụng các bộghép/bộ lọc Phần lớn các bộ OADM thường sử dụng cách tử Bragg, bộ lọc tấm mỏngđiện môi (dielectric thin film filters), hay cách tử mảng ống dẫn sóng (arrayed waveguidegrating) mà ta sẽ xét ở chương sau Ở đây Ta xét OADM như một hộp đen có hai cổngmang một tập hợp các bước sóng và một số cổng nội bộ Các thuộc tính chính củaOADM gồm có:

 Tổng số bước sóng có thể cung cấp được là bao nhiêu

 Số bước sóng lớn nhất có thể xen/ rớt là bao nhiêu Một vài kiến trúc chỉ cho phépmột tập nhỏ các bước sóng trong toàn bộ các bước sóng được xen rẽ

 Có ràng buộc trên một bước sóng nào đó được xen/rớt Một vài kiến trúc chỉ chophép một số bước sóng xác định nào đó được xen/ rớt chứ không phải bất kì bước sóngtuỳ ý nào cũng được Phạm vi của khả năng này từ chỗ cho xen rẽ một bước sóng tới mộtnhóm bước sóng và cuối cùng là bất kì bước sóng nào

 Có dễ dàng xen/ rớt các kênh thêm vào Có cần thiết bỏ một kênh đang tồn tại đểxen/ rớt các kênh thêm vào

 Tính đến chi phí Kiến trúc cho phép thiết kế dạng modul mà nó tương ứng vớimột số cổng được xen Điều này là quan trọng vì các nhà cung cấp dịch vụ muốn trả tiềntăng dần theo lương lượng tăng thay vì trả một lượng lớn ngay từ đầu Phần lớn họ sẽ bắtđầu với một số nhỏ các kênh và thêm dần các bước sóng mới khi lưu lượng tăng

 Tính phức tạp của việc thiết kế OADM ở lớp vật lí và khi thêm vào các kênh mớithì ảnh hưởng đến việc thiết kế này như thế nào Một cách cơ bản, nếu toàn bộ các tổnhao xuyên qua (passthough) là độc lập với số lượng kênh được xen rẽ thì sau đó việcthêm vào hay xen rẽ xuống có thể thực hiện với ảnh hưởng nhỏ nhất đến các kênh đangtồn tại

 Bộ OADM có thể tái cấu hình trong trường hợp các kênh được lựa chọn xen rẽ cóthể được thực hiện dưới việc điều khiển phần mềm từ xa? Đặc tính này sẽ làm giảm tốithiểu việc thực hiện bằng tay Ví dụ nếu thực hiện xen rẽ thêm một kênh tại một nốtmạng, thì đơn giản được thực hiện bằn tay thay vì gửi một kĩ thuật viên đến tận nơi Hình dưới đây cho ta thấy các kiến trúc của OADM:

Hình 4 : Kiến trúc OADM

a Kiến trúc song song toàn bộ các bước sóng được xen rẽ

b Một phiên bản kiến trúc sóng song với một module các bước sóng được xen rẽ

c Một loạt các bước sóng được xen rẽ chỉ một lần

d Một dải (band) các bước sóng được xen rẽ với nhau

Ở hình 4 (a), một số kênh được chọn có thể được tách ra và những kênh khác được điqua Vì thế không có sự ràng buộc trên các kênh được rớt và xen Vì vậy cấu trúc này ápđặt những ràng buộc nhỏ nhất trong việc thiết lập các lightpath trong mạng Ngoài ra suyhao qua OADM cố định, độc lập với số kênh được rớt và xen là bao nhiêu Tuy nhiênkiến trúc này lại không hiệu quả về chi phí trong việc điều khiển một số nhỏ các kênhđược xen rẽ, vì bất kể bao nhiêu kênh được rớt, tất cả các kênh đều cần phải được tách vàghép lại với nhau Thêm nữa tổn hao qua OADM là cố định không phụ thuộc vào việcxen rẽ bao nhiêu kênh Không may mắn là ta phải tốn chi phí cho việc tách và ghép chotất cả những kênh đi vào Điều này cũng dẫn đến suy hao cao hơn Một vấn đề khác làdung sai bước sóng khi mà tia sáng đi qua rất nhiều bộ lọc Tuy nhiên khi một số lượnglớn số kênh được rớt và linh hoạt trong việc thêm vào hoặc lấy ra bất cứ kênh nào thì cấutrúc này cũng cho ta hiệu quả kinh tế

Hình 4 (b) là sự cải tiến của hình 4 (a) nhằm giảm chi phí thiết kế trên, việc ghép vàtách kênh được thực hiện qua hai giai đoạn Giai đoạn thứ nhất tách riêng các bước sóngthành những dải (bands), giai đoạn thứ hai tách những dải thành các bước sóng riêng lẻ

Ví dụ như hệ thống 16 kênh, có thể thực hiện sử dụng bốn dải, mỗi dải gồm bốn kênh.Nếu chỉ có bốn kênh được rớt ở một vị trí, thì 12 kênh có thể giữ nguyên trong các dải,thay vì phải tách xuống thành từng kênh riêng lẻ Điều này cho thấy ta đã tiết kiệm đượcchi phí cho bộ MUX và DEMUX Ngoài ra, việc sử dụng các dải cho phép tín hiệu được

đi qua với suy hao quang thấp hơn Khi mạng có số kênh lớn thì cấu trúc hình 2.8(b) ghépkênh nhiều giai đoạn trở nên cần thiết Rất nhiều các bộ OADM thương mại sử dụng cấutrúc này Kiến trúc này điển hình dùng các bộ lọc thin-film filter và các cách tử mảng dẫnsóng (arrayed waveguide gratings) và có thể sử dụng bộ líc interleaver-type filter

Trong cấu trúc hình 4 (c), một kênh riêng lẻ được tách và ghép từ một tập các kênh đivào Ta gọi thiết bị này là bộ xen rớt đơn kênh (SC - OADM) Bộ OADM này có thể làmđược cách tử Bragg sợi quang hoặc bộ lọc thin-film Để tách và ghép nhiều kênh thì các

SC - OADM được nối liên tiếp nhau Kiến trúc này bổ sung cho kiến trúc của hình 4(a).Việc tách và ghép kênh ảnh huởng đến các kênh đang tồn tại, nên nhằm giảm tối thiểuảnh hưởng này thì lên kế hoạch tập bước sóng nào cần được lấy ra ở từng vị trí Tuynhiên nếu số kênh cần được tách ra là lớn thì kiến trúc này không còn phù hợp nữa, dochúng ta phải sử dụng nhiều thiết bị riêng lẻ nối lại với nhau Điều đó cho thấy nó khônghiệu quả về kinh tế Ngoài ra suy hao cũng gia tăng theo Có một ảnh hưởng gián tiếp lêngiá vì suy hao tăng khi nhiều kênh được xen rẽ nên yêu cầu nhiều bộ khuếch đại quang

Hình 5 : So sánh các kiến trúc OADM khác nhau W là tổng số kênh và D biểu diễn số tối

đa các kênh có thể được rớt xuống bởi một bộ OADM

Việc rớt xuống nhiều kênh đóng một vai trong quan trọng trong việc gia tăng độ phức tạpcủa việc triển khai serial OADM Có thể minh họa trên hình 6 Giả thiết lượng dự trữ công suất của một đường sáng giữa bộ phát và nhận là 25dB Xem xét một trường hợp nơi một đường sáng từ nốt B tới D được triển khai với suy hao gần bằng 25dB Tiếp tục xem tiếp trường hợp khi một đường sáng ở một bước sóng khác từ nốt A đến nốt C Để

hỗ trợ đường sáng này, một SC OADM phải được triển khai ở nốt C và nốt A để xem rẽ đường sáng mới Bộ OADM như vậy tạo ra thêm tổn hao giả thiết 3dB đối với các kênh

đi qua nốt C Việc đưa các kênh OADM này đột nhiên làm tăng tổn hai từ B tới D lên 28dB làm nó không thể họat đông Câu chuyện không dừng lại ở đây Giả thiết để chữa lỗi này, chúng ta quyết định tái tạo đường sáng ở nốt C Để tái tạo chúng ta rớt nó ở nốt C

và gửi qua bộ tái tạo và ghép nó trở lại Việc này làm nốt C cần thêm một bộ SC-OADM

và nó lại tạo ra 3dB tổn hao Điều này lại lần lượt làm ảnh hưởng lên các đường sáng khác qua nốt C Vì vậy thêm hay rớt các kênh thêm có thể dẫn đến hiệu ứng ảnh hưởng đến các đường sáng còn lại Việc sử dụng của các bộ khuếch đại quang với việc thiết kế cẩn thận có thể làm giảm bớt lỗi này

Hình 6 : Ảnh hưởng của thay đổi lưu lượng truy cập trên mạng bằng cách sử dụng

OADMs nối tiếp (a) Tình trạng ban đầu (b) Một lightpath mới được thêm vào giữa nút A

và nút C, gây ra lightpath BD thất bại (c) Lightpath BD được tái tạo bằng cách thêm một bộ lặp tại nút C Tuy nhiên, điều này gây ra lightpaths khác chảy qua C bị ảnh hưởng.

Chú ý rằng các kênh xuyên qua không chịu bất kì việc lọc nào Mỗi đường sáng chỉ đi qua hai bộ lọc, một ở nguồn và một ở đích Vì vậy dung sai bước sóng trên các bộ nhân kênh và laser là ít nghiêm ngặt hơn kiến trúc song song

Trong kiến trúc rớt một băng (band) (Hình 4d), một nhóm cố định của các kênh được rớtxuống và thêm vào từ bộ tổng hợp của các kênh Các kênh rớt xuống sau đó thường điqua thêm một bộ tách kênh khác nơi chúng được tách ra Các kênh bổ sung thường đượckết hợp với nhau với các coupler đơn giản và thêm vào cùng các kênh xuyên qua

(passthrough) Thực tế điển hình có thể rớt xuống 4 kênh lân cận trong số 32 kênh bằngcách sử dụng một bộ lọc băng Kiến trúc này cố gắng dung hòa giữa kiến trúc song song

và kiến trúc nối tiếp

2.3 Tái cấu hình OADM (ROADM)

Tái cấu hình là một thuộc tính rất mong muốn trong OADM Tái cấu hình đề cậpkhả năng để lựa chọn bước sóng mong muốn được rớt xuống và thêm vào linh họat, trái ngược với việc phải lập kế hoạch trước và triển khai thiết bị phù hợp Điều này chophép nhà cung cấp dịch vụ được linh hoạt khi lập kế hoạch mạng của họ và cho phép cácđường sáng được thiết lập và đưa xuống động là cần thiết trong mạng Các kiến trúc màchúng ta xem xét trong Hình 4 là không được tái cấu hình lại theo nghĩa này

Hình 7 Kiến trúc tái cấu hình OADM (a) Một bộ OADM có thể điều chỉnh (tunable) một phần sử dụng một kiến trúc song song với chuyển mạch xen rẽ quang học và bộ

transponder bước sóng cố định T chỉ ra là máy phát và R là máy thu (b) Một bộ OADM

có thể điều chỉnh (tunable) một phần sử dụng một kiến trúc nối tiếp với bộ transponder

có bước sóng cố định (c) Một OADM có thể điều chỉnh (tunable) đầy đủ bằng cách sử dụng một kiến trúc nối tiếp với transponders thể điều chỉnh Transponder này sử dụng một tia laser có thể điều chỉnh (tunable) (đánh dấu T trong hộp bóng ) và một máy thu băng rộng (d) Một OADM có thể điều chỉnh đầy đủ bằng cách sử dụng một kiến trúc song song với transponders có thể điều chỉnh (tunable)

Hình 7 cho thấy một kiến trúc OADM khác nhau có thể tái cấu hình lại Hình 7 (a) chothấy một biến thể của kiến trúc song song Nó sử dụng các thiết bị chuyển mạch quang đểthêm / rớt bước sóng nhất định khi cần thiết Hình 7.7 (b) cho thấy một biến thể của kiến trúc nối tiếp Mỗi SC-OADM bây giờ là một thiết bị tunable mà nó có khả năng thêmhoặc rớt một bước sóng cụ thể, hoặc cho nó đi qua

Cả hai kiến trúc này chỉ có thể giải quyết vấn đề tái cấu hình một phần bởi vì bộtransponder vẫn được cần thiết để cung cấp một sự tương thích đối với tầng vật lí Chúng

ta phân biệt hai loại transponder : loại transponder cố định và transponder có thể thay đổibước sóng Một transponder cố định bước sóng có khả năng phát và nhận ở một bướcsóng là loại phổ biến ngày nay Loại transponder thay đổi mặt khác có thể được thiết lập

để phát và nhận ở bất kì bước sóng mong muốn Một bộ loại này sử dụng laser WDM cóthể thay đổi và một bộ nhận băng rộng có thể nhận bất kì bước sóng nào

Với loại transponder cố định, để thực hiện việc tái cấu hình trong hình 7a và 7b, chúng tacần triển khai các transponder trước để chúng sẵn sàng khi cần Điều này dẫn đến hai vấnđề: Đầu tiên nó chi phí đắt để có một bộ triển khai trước và không sử dụng trong khi bộOADM liên quan gửi bước sóng này đi qua Giả thiết chi phí là có thể chấp nhận nhưngvấn đề tiếp theo là mặc dù bộ OADM có thể tái cấu hình nhưng transponder thì vẫnkhông Do đó vẫn cần lập kế họach xem tập bước sóng nào chúng ta cần để triển khaitransponder và làm mạng sẽ bị hạn chế

Việc tránh những lỗi này yêu cầu cần sử dụng các bộ transponder có thể điều chỉnh Ví

dụ Hình 7c chỉ ra kiến trúc nối tiếp có thể sử dụng tái cấu hình đầy đủ Mỗi bộ SCOADM có thể điều chỉnh có thể xen rẽ bất kì bước sóng và gửi các bước sóng khác điqua ngược với việc cố định bước sóng Có thể sử dụng bộ transponder có khả năng điềuchỉnh để thực hiện và điều này cung cấp một bộ OADM có thê hoàn toàn điều chỉnh.Tưong tự kiến trúc 7d cung cấp một kiến trúc song song có thể thực hiện điều chỉnh đầy

đủ Chú ý là kiến trúc này yêu cầu sử dụng một chuyển mạch quang lớn

Vậy cái gì một bộ OADM lí tưởng Một bộ OADM có thể cấu hình để rớt một lượng tối

đa các kênh Cho phép ngừoi sử dụng sử dụng một số kênh xác định để được xen rẽ và điqua dưới sự kiều khiển phần mềm phía xa bao gồm cả transponder mà không ảnh hưởngđến các kênh khác Bộ OADM cũng không yêu cầu ngừoi sử dụng hoạch định xem kênh

nào có thể được xen rẽ ở một nốt đặc biệt Bộ OADM cũng có thể duy trì suy hao thấp cốđịnh mà không quan tâm có bao nhiêu kênh được xen rẽ Kiến trúc 7d có thể đáp ứng cáctiêu chuẩn trên nhưng không phù hợp tại các node nhỏ chỉ một vài bước sóng được thêm/rớt vì giá thành cao Các kiến trúc khác sẽ nổi lên như các công nghệ mới như có thể xen

rẽ biến đổi và biến đổi laser trở nên chín muồi

3 CÁC KĨ THUẬT SỬ DỤNG TRONG GHÉP/TÁCH KÊNH

Trong phần này sẽ trình bày các nguyên tắc cho việc họat động của các kĩ thuật lựa chọnbước sóng Các bộ lọc quang là cần thiết trong hệ thống truyền dẫn cho tối thiểu hai ứngdụng, ghép/tách bước sóng và để cung cấp sự cân bằng của việc độ tăng ích và lọc nhiễutrong bộ khuếch đại quang

3.1 Cách tử Bragg

Cách tử Bragg được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin sợi quang Nhìn chung bất

cứ nhiễu xạ tuần hoàn nào trong môi trường lan truyền làm việc như cách tử Bragg.Nhiễu xạ này thường có tính biến thiên tuần hoàn theo hệ số khúc xạ của môi trường lantruyền Cách tử Bragg đặt trong sợi quang được sử dụng trong các thiết bị như bộ lọc, bộghép và phân kênh, bộ bù tán sắc Chúng ta sẽ xem nguyên lý của cách tử Bragg tronghoạt động của các bộ lọc acousto-optic có thể điều chỉnh, trong trường hợp này cách tửBragg được hình thành bởi lan truyền sóng âm trong môi trường truyền

|β0−(−β0) |=2 β0=2 π

∧

Để β0=2 π neff/λ0, với λ0 là bước sóng của sóng tới và n eff là chỉ số khúc xạ có ích của ốngdẫn sóng hoặc sợi quang, sóng phản xạ cung cấp

λ0=2 neff Λ

Bước sóng λ0 gọi là bước sóng Bragg Trong thực tế hiệu ứng phản xạ giảm vì bước sóngcủa tia tới lệnh khỏi bước sóng Bragg như trong đồ thị hình 3.11(a) Vì vậy nếu khi vàisóng truyền vào cách tử sợi quang Bragg thì bước sóng Bragg bị phản xạ còn các bướcsóng khác được truyền qua

Hoạt động của cách tử Bragg có thể được hiểu và tham chiều ở hình 3.13 Ở đó cho thấy

sự thay đổi tuần hoàn trong chỉ số khúc xạ Sóng tới được phản xạ từ một chu kỳ củacách tử Phản xạ là thêm pha khi độ dài bước sóng λ0 của mỗi chu kỳ bằng một nửa bướcsóng λ0của sóng tới Điều này tương đương n eff Λ=λ0/2 , đó là điều kiện Bragg

Phổ phản xạ được trình bày trong hình 8(a) là cách tử sự thay đổi chỉ số khúc xạ đồngnhất theo suốt chiều dài của nó Để loại bỏ các bước sóng không mong muốn ở hai bênsườn, nó có thể đạt được cách tử apodized, ở đó sự thay đổi chỉ số khúc xạ nhỏ hơn đốivới cạnh của cách tử (điều kiện apodizedcó nghĩa là cắt bớt hai bên ) Phổ khúc xạ củacách tử apodized được trình bày ở hình 8(b) Chú ý ở đó với cách tử apodized các bướcsóng phụ đã giảm đáng kể nhưng bề rộng phỏ của bước sóng chính lại tăng

Sự phân bố chỉ số trên suốt độ dài của cách tử Bragg là tương tự với cách tử aperture vàphổ khúc xạ thu được nhờ biến đổi của chỉ số phân bố

Hình 8: Phổ khúc xạ của cách tử Bragg với (a) chỉ số đồng đều và (b) chỉ số apodized

∆là o băng thông cđo băng thông c ủa cách tử và tách bước sóng giữa bước sóng đỉnh và khúc xạ đầu tiên nhở nhất trong trường hợp chỉ số đều ∆ tỉ lệ nghich với chiều dài của cách tử ∆ λ là

độ lệch từ bước sóng phối hợp phase.

Hình 9: Nguyên lý hoạt động của cách tử Bragg.

tạo ra kết quả trong sinc(.) biểu diễn hai bên của bươc sóng chính Apodization có thể đạtđược bằng cách thực hiện dần dần từ đầu tới cuối của cách tử Kỹ thuật này giống với tạo

dạng xung sử dụng trong hệ thống truyền thông số làm giảm các bước sóng phụ hai bênthùy khi truyền tín hiệu.

Băng thông của cách tử có thể được đo với các ví dụ, độ rộng của thùy chính tỉ lệ nghịchvới chiều dài cách tử Thông thường cách tử dài vài mm để đạt được băng thông là 1 nm

3.2 Cách tử sợi quang

Cách tử sợi quang là thiết bị hấp dẫn được sử dụng trong một loạt các ứng dụng, baogồm: bộ lọc, bộ ghép và chia chức năng và bộ bù tán sắc Lợi thế của tất cả các thiết bịsợi quang là mất mát thấp, dễ ghép nối(với các sợi quang khác), hệ số nhiệt độ thấp vàkích thước nhỏ Kết quả là chi phí thiết bị rất thấp

Cách tử được thêm vào sợi quang bằng cách sử dụng độ nhạy ánh sáng và một số sợiquang học Sợi silica truyền thống được kết hợp với germani để trở thành cực kì nhạyquang Sợi quang được tia UV tạo ra chỉ số khúc xạ khác nhau trong lõi sợi quang Mộtcách tử cũng có thể được chiếu bởi hai tia UV kết hợp, điều này làm cho cường độ bức xạthay đổi tuần tự suốt chiều dài sợi quang , ở đó khi cường độ cao thì chỉ số khúc xạ tăng

và khi cường độ giảm thì chỉ số khúc xạ không thay đổi thay đổi chỉ số khúc xạ là cầnthiết để tạo ra cách tử nhỏ cỡ 10−4 Các kỹ thuật khác , như phase mask cũng dùng tạo racách tử Phase masks là một phần quang nhiễu xạ, khi nó được chiếu bởi một chùm ánhsáng, nó chia tách các chùm tia đơn vào vùng nhiễu xạ khác nhau, sau đó giao thoa vớimột nguồn khác để tạo thành cách tử trong sợi quang

Cách tử sợi quang được phân loại thành cách tử chu kỳ ngắn (short-period ) và cách tửchu kỳ dài ( long period) dựa trên chu kỳ cách tử Cách tử chù kỳ ngắn cũng được gọi làcách tử Bragg và có chu kỳ so sánh với bước sóng, thường khoảng 0.5 μm Chúng ta đãthảo luận về cách tử quang trong phần 3.3.3 Còn cách tử chu kỳ dài có chu kỳ cách tửlớn hơn nhiều bước sóng và có dải tử vài trăm μm đến vài

Cách tử sợi quang Bragg

Cách tử sợi quang Bragg có thể được chế tạo với sợi mất mát thấp (0.1 dB), chiều dàisóng có độ chính xác cao (dễ dàng đạt được ± 0.05 nm¿ Nhiễu xuyên âm cao liền kề bịtriệt tiêu là (40 dB) , cũng như đỉnh phẳng

Hệ số nhiệt độ của cách tử sợi quang Bragg thường là 1.25x10− 2

nm¿0C do sự biến đổinhiệt độ và chiều dài sợi Tuy nhiên có thể bù đắp sự thay đổi này bằng cách đóng góicách tử bằng vật liệu có hệ số nhiệt âm Ở đó cách tử bù nhiệt và đạt được hệ số nhiệtkhoảng 0.07x10−2nm¿0C điều này có nghĩa là 0.07 nm rất nhỏ với trung tâm bước sóngdịch chuyển trong suốt dải 1000C ,điều đó có nghĩ là chúng có thể hoạt động mà không cóbất kỳ nhiệt độ kiểm soát nào

Những đặc tính của cách tử sợi quang Bragg là cho các thiêt bị này rất hữu ích ứng dụngtrong hệ thống như các hệ thống ghép và phân kênh theo bước sóng WDM, bộ lọc thôngdải và bộ bù tán sắc, ví dụ về bộ loại bỏ dựa trên cách tử sợi quang Bragg đơn giản đượctrình bày trong hình 9(a) Nó gồm 3 cổng xoay vòng với cách tử sợi quang Bragg Xoayvòng truyền vào từ cổng 1 và ra trên cổng 2 và truyền ánh sáng vào từ cổng 2 và ra từcổng 3 Trong trường hợp này cách tử phản xạ bước sóng mong muốn là λ2, chúng sau đóđược làm giảm trên cổng 3 Ba bức sóng còn lại lại được chuyển qua, nó thực hiện chứcnăng thêm vào hoặc bỏ bớt theo chiều dọc và cũng giới thiệu một bộ ghép để thêm bướcsóng đã được loại bỏ như trong hình 4.14(b) Nhiều biến thể của bộ ghép/lọc bỏ bướcsóng được thực hiện trong hệ thống ghép và truyền tin Mối quan tâm lớn nhất trong thiết

kế này là sự phản xạ của cách tử không phải là hoàn hảo và kết quả là một vài nguồn lựachọn bước sóng bị sai lệch qua cách tử, điều này gây ra nhiễu xuyên âm không mongmuốn và chúng ta sẽ nghiên cứu tác động của nó trong phần sau Cách tử sợi quangBragg có thể được dùng cho bộ bù tán sắc tích lũy

Cách tử sợi quang có chu kỳ dài

Cách tử sợi quang có chu kỳ dài được chế tạo tương tự như cách tử Bragg và sử dụng chủyếu là bộ lọc trong bộ khuếch đại sợi quang Như chúng ta đã thấy các thiết bị nâng hiệusuất băng thông bị loại bỏ