Đề cương ôn thi Mạng Truyền Tải Quang full đáp án

Bảo vệ là một phương thức hồi phục mạng sử dụng các tài nguyên bảo vệ được cấp phát trước để truyền lưu lượng tải hoạt động trên kênh bị ảnh hưởng bởi sự cố nhằm đảm bảo khả năngduy trì

Page | 1

Quang

Câu 1: Nêu các tham số của hệthống WDM

Câu 2: Cho biết các dải băng tần hoạt động của hệthống WDM Câu 3: Nêu các yêu cầu cơ bản đối với nguồn quang sửdụng trong hệthống WDM

Câu 4: Phân loại hệ thống WDM theo khoảng cách các kênh bước sóng sử dụng trong hệ thống

Câu 5: Sơ đồ khối và trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng WDM đơn hướng/ song hướng

Câu 6: Trình bày cơ chế bảo vệ đường truyền quang WDM

Câu 7: Nêu các tham số cơ bản của bộ khuếch đại quang

Câu 8: Ưu khuyết điểm của khuếch đại quang bán dẫn SOA/ EDFA/ Raman

Câu 9: Vẽ sơ đồ cấu trúc của bộ khuếch đại EDFA theo 3 chế độ bơm thu ận/ngược/2 chiều, nêu chức năng các khối và nguyên tắc hoạt động

Câu 10: Trình bày cấu tạo và giải thích nguyên lý hoạt động của bộ khuếch đại Raman/ SOA

Câu 11: Nêu các ưu khuyết điểm của kỹ thuật bù trước/ bù sau/ bù quang để bù tán sắc

Câu 12: Trình bày các phương pháp bù điện/ bù quang để bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang

Page | 2

Câu 13: Nêu các phương thức tích hợp IP trên quang

Câu 14: Trình bày các giai đoạn phát triển IP/ WDM

Câu 15: Trình bày các mô hình kết nối mạng IP/ WDM

Câu 16: Nêu khái niệm và nêu các ưu khuyết điểm của FTTx

Câu 17: Cho biết các công nghệ của mạng quang thụ động PON Câu 18: Cấu hình tham chiếu và nêu các khối chức năng cơ bản của mạng truy nhập quang FTTx

Câu 19: Trình bày phương pháp bảo vệ trong mạng vòng (ring) quang UPSR/2; /(ULSR/2); /(BLSR/2)

Câu 20: Trình bày các phương pháp điều khiển trong mạng quang Câu 21: Nêu các ưu, nhược điểm của hệthống thông tin quang

coherent so với hệthống thông tin quang IM-DD Nêu khái niệm vềASK, FSK, PSK, vẽ dạng sóng tín hiệu tại các đầu vào và đầu ra

bộ điều biến trong thông tin quang Coherent, với tín hiệu đầu vào

bộ điều biến là tín hiệu số ứng với dãy bit 110100101, sóng mang quang đơn sắc E= E 0 sin(2πf 0 t+π/2)

Câu 22: Trình bày kỹ thuật chuyển mạch burst quang và chuyển mạch gói quang

Bài toán 2:

Cho một tuyến truyền dẫn quang như hình vẽ Biết sợi quang có suy hao 0,2dB/km, công suất phát của máy phát PT=1mW, công suất thu được tại đầu ra của bộ OA1 là P1=3dBm, công suất thu được tại đầu vào của máy thu PR= -27dBm Bỏ qua suy hao do hàn nối Xác định hệ số G của hai bộ OA1và OA2

Page | 4

Bài toán 3

Cho một tuyến truyền dẫn quang như hình vẽ Biết sợi quang có suy hao trung bình 0,2 dB/km, tỷ số SNR tại đầu ra của máy phát là 26dB, 2 bộ khuếch đại quang OA1 và OA2 có hệ số G1=G2=28dB, công suất nhiễu ASE PASE=-26dBm Bỏ qua suy hao do hàn nối và nhiễu do sợi quang gây nên Xác định tỷ

số SNR tại đầu vào của máy thu

Bài toán 5:

Cho coupler (slipter 1:2) có các thông số sau:Suy hao vượt: PEX=0,06 dB, hệ số tách: CR=40:60 Công suất tại đầu ra Po1= 1mW Hãy xác định công suất đầu vào (Pi1) của slipter này?

Bài toán 8:

Cho mô hình hệ thống WDM (không sử dụng khuếch đại trên đường truyền) đơn hướng điểm - điểm sử dụng 6 bước sóng ở

Page | 6

băng C Mỗi bước sóng hoạt động ở tốc độ 40 Gbit/s Khoảng cách giữa các bước sóng là 100 GHz

- Hãy tính tổng dung lượng của hệ thống theo đơn vị Gbit/s

- Tính tổng băng thông sử dụng của hệ thống theo đơn vị nm

- Nếu bước sóng λ1có giá trị 1551,72 nm, hãy tính các bước sóng λ2, λ3, λ4, λ5, λ6

Bài toán 9:

Cho mô hình hệ thống WDM (không sử dụng khuếch đại trên đường truyền) đơn hướng điểm - điểm sử dụng 6 bước sóng ở băng C Mỗi bước sóng hoạt động ở tốc độ 10 Gbit/s Khoảng cách giữa các bước sóng là 50 GHz

- Hãy tính tổng dung lượng của hệ thống theo đơn vị Gbit/s

- Tính tổng băng thông sử dụng của hệ thống theo đơn vị nm

- Nếu bước sóng λ1có giá trị 1550,92 nm, hãy tính các bước sóng λ2, λ3, λ4, λ5, λ6

Bài toán 10:

Cho mô hình hệ thống WDM (không sử dụng khuếch đại trên đường truyền) đơn hướng điểm - điểm sử dụng 4 bước sóng ở băng L Mỗi bước sóng hoạt động ở tốc độ 2,5 Gbit/s Khoảng cách giữa các bước sóng là 50 GHz

Page | 7

- Hãy tính tổng dung lượng của hệ thống theo đơn vị Gbit/s

- Tính tổng băng thông sử dụng của hệ thống theo đơn vị nm

- Tính hiệu suất sử dụng kênh bước sóng

- Nếu bước sóng λ1 bằng 1576,20 nm, hãy tính các bước sóng λ2, λ3, λ4

Bài toán 11:

Cho mô hình hệ thống WDM (không sử dụng khuếch đại trên đường truyền) đơn hướng điểm - điểm sử dụng 4 bước sóng ở băng L Mỗi bước sóng hoạt động ở tốc độ 10 Gbit/s Khoảng cách giữa các bước sóng là 100 GHz

- Hãy tính tổng dung lượng của hệ thống theo đơn vị Gbit/s

- Tính tổng băng thông sử dụng của hệ thống theo đơn vị nm

- Tính hiệu suất sử dụng kênh bước sóng

- Nếu bước sóng λ1 bằng 1586,20 nm, hãy tính các bước sóng λ

Page | 8

Hệ thống sẽ làm việc thế nào nếu độ nhạy thu nhỏ nhất là -25

dBm

Hệ thống sẽ làm việc thế nào nếu công suất vào là 10dBm(với

độ nhạy máy thu nhỏ nhất là -25dBm)

Bài toán 13:

Tính số chặng trong một tuyến WDM Biết Pin= 0dBm

OSNRfinal =20 dB Chiều dài tổng tuyến là 300km, tốc độ bít là

2,5 Gbps, NF = 5dB Giả thiết sợi quang là SMF có suy hao là

0,2 dB/km

Bài toán 14

Cho một tuyến WDM Biết OSNRfinal = 20dB , tán sắc của sợi

quang là 17ps/nm.km, suy hao chặng là 22 dB và công suất

Pin=10 dBm Tính chiều dài tổng tuyến Giả thiết bộ khuếch đại

quang có NF=4 dB, chịu được tán sắc tối đa 1600ps/nm)

Page | 9

PHẨN 1: HỆ THỐNG WDM

Câu 1 : Nêu các tham số của hệ thống WDM

Các tham số hệ thống WDM

 Số lượng kênh bước sóngN

 Khoảng cách giữa các kênh bước sóng Δλ

 Băng thông sử dụng của hệ thốngN x Δλ

 Tốc độ truyềntin trên mỗi kênh bước sóngB

 Dung lượng của hệ thốngN x B

 Dung lượng truyền dẫn của hệ thốngN x B x L

 Hiệu suất sử dụng kênh bước sóngB/Δλ

Câu 2: Cho biết dải băng tần hoạt động của hệ thống WDM

Sự phân chia các băng tần bước sóng sử dụng

 Original Band (O-Band): 1260-1360 nm

 Extended Band (E-Band): 1360-1460 nm

 Short Band (S-Band): 1460-1530 nm

 Conventional Band (C-Band): 1530-1565 nm

 Long Band (L-Band): 1565-1625 nm

 Ultra-long Band (U-Band): 1625-1675 nm

Câu 4(1đ): Phân loại hệ thống WDM theo khoảng cách các kênh bước sóng sử dụng trong hệ thống

Có rất nhiều cách phân loại các hệ thống WDM Tuy nhiên, phổ biến nhất là phân loại theo khoảng cách các kênh bước sóng

 Đặc điểm của hệ thống này là chi phí hệ thống thấp, tuy

nhiên dung lượng và khoảng cách truyền dẫn bị giới hạn

- CWDM: ghép kênh theo bước sóng mật độ thấp

Page | 11

 Đây là hệ thống WDM ra đời từ đầu những năm 1990 cho phép ghép nhiều hơn 2 bước sóng trên hệ thống Khoảng cách giữa các bước sóng khá lớn (cỡ 20 nm)

 ITU-T đã đưa ra chuẩn G.694.2 quy định về khoảng cách các kênh, bước sóng trung tâm của hệ thống này như sau:

 Khoảng cách các kênh: 2500 GHz

 Bước sóng trung tâm: 1552.52 nm

 Dải bước sóng hoạt động từ 1270 nm đến 1610 nm)

- DWDM: ghép kênh theo bước sóng mật độ cao

 Đây là hệ thống WDM ra đời từ giữa những năm 1990 và cũng chính là các hệ thống WDM hiện tại đang khai thác trên thế giới Hệ thống này cho phép ghép rất nhiều các bước sóng trên hệ thống Khoảng cách giữa các bước sóng chỉ cỡ 200 GHz, 100 GHz, 50 GHz và thậm chí là 25 GHz

 ITU- T đã đưa ra chuẩn G.692 quy định về khoảng cách các kênh, bước sóng trung tâm của hệ thống DWDM như sau:

 Khoảng cách các kênh: 100 GHz

 Bước sóng trung tâm: 1552.52 nm

 Vùng bước sóng hoạt động: Băng S, C, L, U

Page | 12

Câu 5 (2đ,1 ý):

Hệ thống đơn hướng

- Vẽ được sơ đồ hệ thống WDM đơn hướng

Phương thức truyền dẫn đơn hướng: bước sóng chiều phát trên 1 sợi và bước sóng chiều thu trên 1 sợi khác

Page | 13

 Hệ thống song hướng

Phương thức truyền dẫn song hướng: 2 bước sóng chiều phát và chiều thu trên cùng một sợi

Page | 14

Câu 6: Trình bày cơ chế bảo vệ đường truyền quang WDM

Bảo vệ là một phương thức hồi phục mạng sử dụng các tài

nguyên bảo vệ được cấp phát trước để truyền lưu lượng tải hoạt động trên kênh bị ảnh hưởng bởi sự cố nhằm đảm bảo khả năngduy trì của mạng.Bảo vệ - Có nhiều tiêu chuẩn để phân loại các

kỹ thuật bảo vệ mạng nhưng thường dựa trên các tiêu chuẩn phổ biến sau,

Dựa vào số lượng hệ thống làm việc và dự phòng

 Bảo vệ 1+1: là bảo vệ mà trong đó dành riêng một hệ thống dựphòng bảo vệ cho mỗi hệ thống hoạt động

 Bảo vệ M:N: là bảo vệ mà ta chia sẻ M hệ thống dự phòng để bảo vệ cho N hệ thống hoạt động cùng chủng loại

Dựa vào cấu trúc hệ thống bảo vệ ta có:

 Chuyển mạch bảo vệ đơn hướng: chỉ lưu lượng trên hướng truyền dẫn nào có sự cố thì mới chuyển mạch bảo vệ sang kênh dự phòng, còn các tuyến khác không có sự cố thì giữ nguyên

 Chuyển mạch bảo vệ hai hướng: nếu có bất kỳ một hướng hoạt động nào bị sự cố thì cả hai hướng cùng chuyển mạc

h bảo vệ sang kênh dự phòng (kênh bảo vệ)

 Bảo vệ có trở về: sau khi chuyển mạch bảo vệ sang kênh dựphòng mà khôi phục lại đường truyền sự cố thì lưu

lượng tựđộng chuyển từ kênh bảo vệ về kênh hoạt động đã

Page | 15

được khôiphục Phương pháp bảo vệ này thường áp dụng cho bảo vệ chia sẻ N:M Đặc biệt là 1:N

 Bảo vệ kiểu không trở về: sau khi chuyển mạch bảo vệ

sang kênh dự phòng mà khôi phục lại được đường truyền

sự cố thìvẫn truyền lưu lượng trên kênh dự phòng Phương pháp bảo vệ này thường áp dụng cho bảo vệ riêng 1+1

 Bảo vệ tuyến: chỉthực hiển chuyển mạch bảo vệ tại điểm kết cuối của tuyến có sự cố

 Bảo vệ đoạn: thực hiện chuyển mạch bảo vệ tại hai nút kế cận với đoạn bị sự cố, trường hợp sự cố nút thì đoạn bị sự

cố là hai đoạn liền nhau chứa nút đó

PHẦN 2: KHUẾCH ĐẠI QUANG OA Câu 7(2đ):Nêu các tham số cơ bản của bộ khuếch đại quang

a Hệ số khuếch đại: G = Pout / Pin

Page | 16

- Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại quang là một hàm số của

tần số quang [G(f)] Tức là, khi đo hệ số khuếch đại G của các

tín hiệu quang ở các tần số khác nhau sẽ khác nhau

- Độ rộng băng tần khuếch đại của bộ khuếch đại quang Bo

được xác định bởi điểm -3dB so với hệ số khuếch đại đỉnh của

bộ khuếch đại

- Giá trị Bo xác định băng thông của các tín hiệu có thể được truyền bởi một bộ khuếch đại quang Do đó, nó ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống thông tin quang khi sử dụng chúng

c Công suất ra bão hòa

- Khi hoạt động ở chế độ tín hiệu nhỏ, công suất quang ở đầu ra

sẽ tăng tuyến tính với công suất quang ở đầu vào theo hệ số khuếch đại G: Pout = G.Pin

Page | 17

- Tuy nhiên, khi công suất đầu vào Pin tăng đến một mức nào

đó, hệ số khuếch đại G không tăng tuyến tính với tính hiệu đầu vào nữa mà có thể không đổi thậm chí bắt đầu giảm khi tiếp tục tăng công suất đầu vào Khi đó, bộ khuếch đại quang đạt trạng thái bão hòa

- Công suất ở đầu ra tại điểm G giảm 3 dB được gọi là công suất ra bão hòa Psat, out

- Công suất ra bão hòa Psat, out của một bộ khuếch đại quang cho biết công suất đầu ra lớn nhất mà bộ khuếch đại quang có thể hoạt động được

- Một bộ khuếch đại quang có hệ số khuếch đại cao sẽ có công suất ra bão hòa cao

d Nhiễu bộ KĐ - Hệ số nhiễu NF

- Các bộ khuếch đại quang đều tạo ra nhiễu, gây ra do phát xạ

tự phát, pha của các photon phát xạ tự phát là ngẫu nhiên

- Năng lượng do phát xạ tự phát tạo ra cũng sẽ được khuếch đại khi chúng truyền qua bộ khuếch đại về phía đầu ra

- Tại đầu ra của bộ khuếch đại công suất quang thu được Poutbao gồm cả công suất tín hiệu được khuếch đại - G.Pin và công suất nhiễu phát xạ tự phát được khuếch đại (ASE) -

PASE

P out = G.P in + P ASE

- Ảnh hưởng của nhiễu đối với bộ khuếch quang được biểu diễn bởi hệ số nhiễu (NF)

Page | 18

- SNRin, SNRout là tỷ số tín hiệu trên nhiễu tại đầu vào và đầu

ra của bộ khuếch đại [mW]

- NF của bộ khuếch đại càng nhỏ thì càng tốt

Câu 8(1đ): Ưu khuyết điểm của khuếch đại quang bán dẫn EDFA/ Raman

Ưu:

+Nguồn laser bơm bán dẫn có

độ tin cậy cao, gọn và công

+ Công suất nguồn nuôi nhỏ:

thuận lợi cho áp dụng các

tuyến thông tin quang vượt

biển

+Ko có nhiễu xuyên kênh khi

KĐ các tín hiệu WDM như bộ

KĐ quang bán dẫn

+ Hầu như ko phụ thuộc vào

phân cực của tín hiệu

+Hệ số KĐ thấp

+ Hiệu suất KĐ thấp hơn so với EDFA: KĐ Raman cần 1 công suất bơm lớn hơn để đạt cùng 1 giá trị hệ số KĐ

Câu 9 (3đ): Vẽ sơ đồ cấu trúc của bộ khuếch đại EDFA theo

3 chế độ bơm thuận/ngược/2 chiều, nêu chức năng các khối

và nguyên tắc hoạt động

a Chế độ bơm thuận:

- Bơm thuận với bước sóng bơm 980nm

- Ion erbium trong sợi quang EDFA liên tục được chuyển tiếp

từ vùng năng lượng 4I15/2 thấp lên vùng năng lượng cao 4I11/2, sau đó các ion sẽ phân rã xuống vùng 4

I13/2 nhưng không phát xạ

- Từ vùng này, khi có tín hiệu ánh sáng kích thích thì các ion sẽ phát xạ bước sóng mong muốn (từ 1550 đến 1600 nm) khi

Page | 20

chuyển từ vùng năng lượng 4I13/2 xuống vùng 4I15/2 Đây chính

là hệ thống ba mức Thời gian sống của ion erbium ở mức 4

I11/2 khoảng 1s trong khi ở 4I13/2 thì tới 10ms Với thời gian sống dài, vùng 4I15/2 được gọi là vùng ổn định

- Các ion được bơm lên mức cao, sau đó nhanh chóng xuống vùng 4I13/2 và tồn tại ở đó trong một khoảng thời gian tương đối dài tạo nên sự nghịch đảo về nồng độ

- Vì thời gian tồn tại ở mức này dài nên chúng tích lũy tại đây tạo ra sự nghịch đảo nồng độ

c Chế độ bơm 2 hướng

Page | 21

- Sử dụng cả 2 nguồn bơm (980nm và 1480nm ngược chiều

nhau)

Chức năng các khối:

- Sợi quang pha ion đất hiếm Erbium (EDF): nồng độ pha tạp

100 – 2000 ppm, là môi trường KĐ, tạo ra trạng thái nghịch đảo nồng độ

 Vùng lõi trung tâm có đường kính từ 3 -6 m được pha trộn ion Er3+ là nơi có cường độ sóng bơm Là nơi xảy ra quá trình khuếch đại (vùng tích cực) của EDFA

 Lớp bọc có chiết suất thấp hơn bao quanh vùng lõi, Lớp vỏ

bảo vệ bao quanh sợi quang tạo bán kính sợi quang tổng là

250 m

 Trong giản đồ phân bố năng lượng, các ion Er3+

có thể tồn tại ở nhiều vùng năng lượng khác nhau được ký hiệu: 4I15/2 , 4

I13/2 , 4I11/2, 4I9/2, 4F9/2, 4S9/2, 2H11/2

- Laser bơm: Cung cấp năng lượng ánh sáng để tạo ra trạng thái nghịch đạo nồng độ trong vùng tích cực Laser bơm phát ra ánh sáng có bước sóng 980nm hoặc 1480nm

Page | 22

- WDM Coupler: Ghép tín hiệu quang cần khuếch đại và ánh sáng từ laser bơm vào trong sợi quang Loại coupler được sử dụng là WDM coupler cho phép ghép các tín hiệu có bước sóng 980/1550nm hoặc 1480/1550nm

- Bộ cách ly quang: Ngăn không cho tín hiệu quang phản xạ ngược về phía đầu phát hoặc các tín hiệu quang trên đường

truyền phản xạ ngược về EDFA

Nguyên tắc hoạt động:

- Khi bơm ánh sáng cho laser:

Khi sử dụng nguồn bơm laser 980nm, các ion Er3+ ở vùng nền

sẽ hấp thụ năng lượng từ các photon (có năng lượng Ephoton

=1.27eV) và chuyển lên trạng thái năng lượng cao hơn ở vùng bơm (1) Tại vùng bơm, các ion Er3+

phân rã không bức xạ rất nhanh (khoảng 1s) và chuyển xuống vùng giả bền (2)

Khi sử dụng nguồn bơm laser 1480nm, các ion Er3+ ở vùng nền

sẽ hấp thụ năng lượng từ các photon (có năng lượng Ephoton

=0.841eV) và chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn ở đỉnh của vùng giả bền (3) Các ion Er3+ trong vùng giả bền luôn có khuynh hướng chuyển xuống vùng năng lượng thấp (4) Sau khoảng thời gian sống (khoảng 10ms), nếu không được kích thích bởi các photon có năng lượng thích hợp các ion Er3+ sẽ chuyển sang trạng thái năng lượng thấp hơn ở vùng nền và phát

xạ ra photon (phát xạ tự phát) (5)

Page | 23

Page | 24

- Khi cho tín hiệu ánh sáng đi vào EDFA, có 2 quá trình:

+ Các photon tín hiệu bị hấp thụ bởi các ion Er3+ ở vùng nền (6) Tín hiệu ánh sáng bị suy hao

+ Các photon tín hiệu kích thích các ion Er3+ ở vùng giả bền (7) Hiện tượng phát xạ kích thích xảy ra => EDFA khuếch đại tín hiệu ánh sáng tới

- KĐ tín hiệu ánh sáng tới: Các ion Er3+ ở vùng giả bền đang ở trạng thái kích thích nhờ nguồn bơm (7) nhận được kích thích

từ tín hiệu ánh sáng tới sẽ chuyển trạng thái năng lượng từ mức năng lượng cao ở vùng giả bền xuống mức năng lượng thấp ở vùng nền và phát xạ ra photon mới có cùng hướng truyền, cùng phân cực, cùng pha và cùng bước sóng

=> Tín hiệu ánh sáng được khuếch đại

Câu 10(3đ): Trình bày cấu tạo và giải thích nguyên lý hoạt động của bộ khuếch đại Raman/ SOA

a Bộ KĐ Raman

- Cấu tạo:

 Sợi quang: nơi xảy ra quá trình khuếch đại, là sợi quang thường truyền tín hiệu như sợi SMF, DSF Trong khuếch đại Raman, không cần sử dụng sợi quang đặc biệt như EDFA

 Coupler: dùng để ghép bước sóng tín hiệu vào với bước sóng bơm

 Laser bơm có tần số ωp: dùng để cung cấp năng lượng cho các nguyên tử của sợi quang chuyển lên trạng thái kích thích,

Page | 25

giúp tạo ra sự nghịch đảo nồng độ Laser phát ra ánh sáng có bước sóng thích hợp tùy thuộc vào vùng bước sóng cần khuếch đại Đây là một ưu điểm quan trọng của khuếch đại Raman so với EDFA (chỉ khuếch đại được các bước sóng ở băng C)

 Bộ lọc (hoặc bộ cách ly): đặt ở hai đầu của bộ khuếch đại quang để ngăn chặn tín hiệu phản xạ ở hai đầu bộ khuếch đại Đồng thời nó cũng giúp loại trừ nhiễu ASE theo hướng ngược về phía đầu vào có thể gây ảnh hưởng đến tín hiệu đầu vào

Nguyên lý hoạt động:

- Luồng ánh sáng bơm có tần số p và ánh sáng tín hiệu ở tần

số s cùng được đưa vào sợi quang thông qua một coupler

quang Năng lượng sẽ được truyền từ ánh sáng bơm sang ánh sáng tín hiệu thông quang hiệu ứng SRS trong sợi quang Cụ thể:

Page | 26

Page | 27

- Ánh sáng bơm từ một laser bơm có bước sóng thấp hơn bước

sóng của tín hiệu cung cấp năng lượng cho các nguyên tử của

sợi quang Khi đó, các nguyên tử của sợi quang sẽ hấp thụ năng lượng ánh sáng bơm và chuyển lên mức cao hơn (mức khích thích) tạo ra sự đảo lộn nồng độ

- Khi có tín hiệu ánh sáng tới, nó sẽ kích thích các nguyên tử đang ở mức năng lượng cao chuyển sang trạng thái năng lượng thấp hơn và giải phóng ra một năng lượng dưới dạng photon ánh sáng có cùng bước sóng (dài hơn bước sóng bơm)

và cùng pha với tín hiệu đến Do đó, tín hiệu đã được khuếch đại

Các cấu hình bơm KĐ Raman

- Bơm xuôi:

SOA được điều khiển bởi dòng điện,

- Vùng tích cực trong SOA khuếch đại ánh sáng đầu vào nhờ quá trình phát xạ kích thích

Page | 29

- Tín hiệu đầu ra bao gồm cả tín hiệu truyền dẫn và nhiễu phát

xạ tự phát được khuếch đại (ASE) do quá trình khuếch đại

gây ra

- Nguyên lý hoạt động:

Page | 30

Dựa trên cơ chế phát xạ kích thích của lớp tiếp giáp PN

Khi có dòng điện điều khiển, các điện tử ở trạng thái năng lượng E1 được kích thích bởi dòng điều khiển sẽ nhảy lên mức NL cao hơn E2 và tạo nên sự nghịch đảo nồng độ

Khi có ánh sáng tới kích thích các điện tử đang ở trạng thái kích thích E2 Các điện tử này hấp thụ năng lượng ánh sáng trở về trạng thái E1 nó sẽ giải phóng ra một năng lượng Sóng điện từ mới dưới dạng ánh sáng có năng lượng lớn hơn E2 – E1

Quá trình kích thích các điện tử ở trạng thái E2 tiếp tục diễn ra, khi đó tín hiệu ánh sáng được KĐ

Cũng có 1 số điện tử ở trạng thái E2 không nhận được năng lượng của ánh sáng tới cũng trở về trạng thái E1 và phát xạ ra các photon Quá trình phát xạ này gọi là phát xạ tự phát

Page | 31

Page | 32

PHẦN 3: BÙ TÁN SẮC Câu 11: Nêu các ưu khuyết điểm của kỹ thuật bù trước/ bù sau/ bù quang để bù tán sắc

lý ở phía phát phải cao

để tránh các hiện tượng hiệu ứng

Câu 12: Trình bày các phương pháp bù quang để bù tán sắc trong hệ thống thông tin quang

Giải pháp này thường được sử dụng để bù tán sắc trên các đường truyền dẫn quang Hiện nay, có rất nhiều kỹ thuật được

sử dụng như:

- Sử dụng sợi quang bù tán sắc (DCF)

Trong kỹ thuật bù tán sắc bằng bộ lọc quang, thường một

bộ lọc quang được đặt sau một chặng sợi dài L km Giả sử bộ lọc quang có hàm truyền đạt H():

Page | 34

Tín hiệu truyền qua bộ lọc được biểu diễn như biểu thức:

Bằng cách khai triển pha của H() theo chuỗi Taylor và giữ ở số hạng bậc hai sẽ được biểu thức:

Pha không đổi 0 và trễ thời gian 1 sẽ không ảnh hưởng tới dạng xung và có thể bỏ qua

Pha do sợi sinh ra có thể được bù bằng cách chọn bộ lọc quang sao cho có

2 = - 2L (4-23) Xung có thể được phục hồi hoàn toàn chỉ khi H() thỏa mãn điều kiện (4-23) và các số hạng bậc ba và bậc cao hơn trong khai triển Taylor là không đáng kể

Sử dụng sợi quang cách tử Bragg

- Nguyên lý bù tán sắc của quang sợi cách tử Bagg chu kỳ biến đổi

Để bù tán sắc trong các hệ thống TTQ, người ta thường sử dụng sợi quang cách tử Bragg chu kỳ biến đổi tuyến tính

Sợi quang cách tử Bragg chu kỳ biến đổi tuyến tính là một sợi quang đơn mode có một đoạn lõi được khắc các cách tử có chu

kỳ thay đổi một cách tuyến tính dọc theo chiều dài của quang sợi:

A t

(2

1)

,(

0

2

1 exp

) ( )

( exp ) ( )

H

Page | 35

Trong đó, Λ0 là chu kỳ ở điểm bắt đầu của đoạn cách tử, Λ1 là

sự thay đổi tuyến tính dọc theo chiều dài của đoạn cách tử

Tại vị trí z trên đoạn cách tử Bragg, một sóng ánh sáng sẽ bị phản xạ ngược lại nếu bước sóng của nó thỏa mãn công thức:

có những bước sóng ngắn hơn sẽ phải đi một quãng đường xa hơn của đoạn cách tử sau đó mới phản xạ ngược lại Kết quả là một khoảng thời gian trễ d sẽ được tạo ra giữa thành phần bước sóng ngắn so với thành phần bước sóng dài Khoảng cách d được xác định theo công thức:

Page | 36

Trong công thức trên d là khoảng thời gian trễ, neff là chiết xuất hiệu dụng, L là độ dài đoạn cách tử Bragg, c là vận tốc ánh sáng trong chân không, Δλc là hiệu số giữa bước sóng bị phản xạ ở đầu đoạn cách tử (thành phần bước sóng dài nhất) so với bước sóng bị phản xạ ở cuối đoạn cách tử (thành phần ngắn nhất)

- Sơ đồ thiết bị bù tán sắc dùng cách tử Bragg

Mô hình cơ bản của thiết bị bù tán sắc dùng cách tử Bragg chu

kỳ thay đổi tuyến tính

Circulator là thiết bị ghép nối quang chỉ cho ánh sáng đi lần lượt các cổng 1, 2, 3 theo chiều kim đồng hồ

Một xung bị giãn rộng sau khi được khuếch đại sẽ đi qua một circulator để tới đoạn cách tử Bragg có chu kỳ biến đổi như hình

Trong khi đó, thành phần bước sóng dài hơn, đến chậm hơn do

bị tán sắc, sẽ được phản xạ ngay khi tới cách tử Bragg Kết quả

là xung tín hiệu sau khi đi qua thiết bị bù đã được co lại