Nghiên cứu thiết kế tuyến thông tin quang vinh diễn châu, sử dụng công nghệ dwdm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO 1.1 Giới thiệu Trong những năm gần dây, chúng ta đã chứng kiến sự phát triển chưa từng có về nhu cầu

DANH MỤC HÌNH VẼ v

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Sự phát triển của hệ thống DWDM 1

1.3 Nguyên lý công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM 2

1.3.1 Hệ thống WDM đơn hướng 3

1.3.2 Hệ thống WDM song hướng 3

1.4 Đặc điểm của hệ thống DWDM 5

1.5 Các tham số 6

1.5.1 Suy hao xen 6

1.5.2 Xuyên âm 7

1.5.3 Độ rộng phổ của kênh 8

1.6 Ưu, nhược điểm cảu hệ thống DWDM 8

1.6.1 Ưu điểm 8

1.6.2 Nhược điểm 9

1.7 Thiết kế mạng DWDM và vấn đề cần quan tâm 9

1.7.1 Số kênh bước sóng 10

1.7.2 Độ rộng phổ của nguồn phát 12

1.7.3 Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến 16

1.8 Kết luận chương 21

CHƯƠNG 2 CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG DWDM 23

2.1 Giới thiệu 23

2.2 Bộ phát quang 24

2.2.1 Các phương thức điều chế laser 24

2.2.2 Ổn định bước sóng và điều khiển laser 26

2.2.3 Nguồn laser bán dẫn đơn mode 27

2.2.4 Bộ phát quang điều chỉnh bước sóng 29

2.4 Bộ ghép/tách tín hiệu 32

2.6 Bộ xen/rẻ quang(OADM) 42

2.7 Bộ nối chéo quang 45

2.8 Khối bù tán sắc 46

2.9 Bộ thu quang 47

2.9.1 Photodiode PIN 47

2.9.2 APD 49

2.10 Sợi quang 50

2.10.1 Cấu tạo và nguyên lý truyền dẫn trong sợi quang 50

2.10.2 Các thông số của sợi quang [9] 51

2.10.3 Các loại cáp quang được khuyến nghị sử dụng trong hệ thống DWDM 55

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ TUYẾN THÔNG TIN QUANG VINH - DIỄN CHÂU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ DWDM 59

3.1 Giới thiệu 59

3.2 Nhu cầu tăng dung lượng truyền dẫn quang WDM do VTN quản lý và tuyến Vinh - Diễn Châu 59

3.3 Lý thuyết thiết kế tuyến thông tin quang 61

3.3.1 Thiết kế dựa trên quỹ công suất 61

3.3.2 Thiết kế dựa trên OSNR 62

3.3.3 Thiết kế dựa trên mô phỏng 63

3.3.4 Giới thiệu phần mềm optisystem 67

3.4 Thiết kế tuyến thông tin quang Vinh - Diễn Châu sử dụng công nghệ DWDM sử dụng phần mềm Optiwave 70

3.4.1 Bài toán tuyến tông tin quang Vinh - Diễn Châu 70

3.4.2 Phân tích bài toán 70

3.4.3 Tiến hành mô phỏng 72

3.4.4 Kết quả 83

3.5 Kết luận chương 85

KẾT LUẬN 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

internet cũng như hàng loạt các dịch vụ mới yêu cầu băng thông rộng ra đời như truyền hình cáp, truyền hình độ phân giải cao, mạng WAN vvv Lĩnh vực viễn thông đem lại lợi nhuận cao nên nhiều doanh nghiệp đầu tư, khai thác và cung cấp các dịch vụ viễn thông tạo nên một thị trường sôi động Tuy nhiên xây dựng một mạng truyền dẫn với khoảng cách lớn và phạm vi rộng không phải nhà khai thác viễn thông nào cũng làm được Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam VNPT là nhà khai thác viễn thông lớn ở Việt Nam đã xây dựng được một mạng lưới viễn thông rộng khắp các tỉnh thành trong nước và mở rộng kết nối đi quốc tế Lưu lượng truyền dẫn qua mạng đường trục tăng nhanh từ 2.5Gbps (công nghệ SDH), đến năm 2010 là 20Gbps và hiện nay đã là 240Gbps với công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao (DWDM) DWDM đem lại truyền dẫn ở tốc độ cao bằng cách ghép nhiều kênh bước sóng ở của sổ 1550nm mà không cần thay đổi mạng quang hiện có Để tiếp cận công nghệ mới hiện đại, đang được sử dụng rộng rãi trên các tuyến truyền dẫn quang đường trục, tuyến nối quốc tế… Em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế tuyến thông tin quang Vinh - Diễn Châu, sử dụng công nghệ DWDM”

Nội dung được trình bày chương 1 Tổng quan về hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng Sau đó trình bày chương 2 nghiên cứu các thiết bị sử

dụng trong hệ thống DWDM Cuối cùng, thiết kế tuyến thông tin quang Vinh - Diễn

Châu dung lượng 80Gb/s ở chương 3

Em xin trân trọng cảm ơn TS Nguyễn Thị Quỳnh Hoa đã tận tình hướng dẫn về nội dung và phương pháp, giúp em thực hiện tốt đồ án tốt nghiệp

Em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo đã giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian học tập và hoàn thành chương trình đào tạo

Nghệ An, tháng 01 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quốc Ạnh

quang , tính bảo mật, trọng lượng nhẹ, tính linh hoạt , tính kinh tế và độ tin cậy cao, tăng số bước sóng trên một sợi quang… Sợi quang và các thiết bị trong hệ thống DWDM được trình bày Cuối cùng, đồ án này trình bày thiết kế sử dụng phần mềm OptiSystem cho việc mô phỏng, tính toán tuyến thông tin quang Vinh - Diễn Châu 80Gb/s

ABSTRACT

This thesis pesents the orerview of Desen Wavelength Division Multiplexing (DWDM) technology This technology has many advantage such as to utilize avery wide frequency range optical fiber, flexibility performance, economy and high reliability , quickly cross-over structure, increasing the number of wavelengths on optical fiber Moreover,optical firber and derices which uses in DWDM was presented.Finally,this project design presentation software used for the simulation OptiSuystem calculate routing information Vinh Dien Chau optical 80 Gb/s

Hình 1.3 Hệ thống WDM đơn hướng 3

Hình 1.4 Hệ thống WDM song hướng 4

Hình 1.5 Độ rộng phổ của kênh 8

Hình 1.6 Sơ đồ tính toán quĩ công suất 13

Hình 1.7 Tán sắc PMD 15

Hình 1.8 Hiệu ứng FWM 18

Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống WDM 23

Hình 2.2 Điều chế gián tiếp 25

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển laser 27

Hình 2.4 Tán xạ Bragg 27

Hình 2.5 Mặt cắt dọc của laser DFB 28

Hình 2.6 Mặt cắt laser DBR 29

Hình 2.7 Cấu tạo lưới phản xạ siêu chu kì 30

Hình 2.8 Bộ phát quang có điều chỉnh ngoài khoang 30

Hình 2.9 Bộ phát quang DFB hai cực điều chỉnh được bước sóng 31

Hình 2.10 Vị trí bộ điều chỉnh công suất 31

Hình 2.11 Bộ ghép kênh sử dụng chuỗi lọc MZI 34

Hình 2.12 Bộ tách kênh sử dụng bộ lọc màng mỏng điện môi 36

Hình 2.13 Cấu tạo mắt lọc màng mỏng điện môi 36

Hình 2.14 Quá trình khuếch đại tín hiệu xảy ra EDFA 38

Hình 2.15 Sơ đồ 1 EDFA đơn giản 39

Hình 2.16 Phổ khuếch đại EDFA 40

Hình 2.17 Khuếch đại EDFA với băng tần C sử dụng bộ lọc 40

Hình 2.18 Khuếch đại EDFA hai tầng 41

Hình 2.19 Bộ xen/rẽ quang OADM 42

Hình 2.20 OADM điều khiển 44

Hình 2.21 Bộ nối chéo OXC kiểu chuyển mạch không gian 46

Hình 2.22 Cấu trúc và nguyên lí hoạt động PIN 48

Hình 2.23 Cấu trúc và nguyên lí hoạt động PAD 49

Hình 2.24 Nguyên lý truyền dẫn ánh sáng trong sợi quang 51

Hình 2.25 Công suất truyền trên sợi 51

Hình 2.26 Dạng xung vào và xung ra sau hiện tƣợng tán sắc 53

Hình 2.27 Phân loại sợi quang theo tán sắc 58

Hình 3.1 Sơ đồ của tuyến truyền dẫn WDM có sử dụng khuyếch đại quang 62

Hình 3.2 Cấu hình tham chiếu của hệ thống 63

Hình 3.3 Cửa sổ làm việc Opti systerm 72

Hình 3.4 Màn hình xuất hiện cửa số Layout 73

Hình 3.5 Thiết bị ở Component Library 73

HÌnh 3.6 Lấy khối tạo chuỗi bit ngẫu nhiên 74

Hình 3.7 Lấy khối tạo xung NRZ 75

Hình 3.8 Khối điều chế quang 75

Hình 3.9 Khối Lazer phát 76

Hình 3.10 Hệ thống nguồn Laser phát 76

Hình 3.11 Khối ghép kênh quang (Mux 8x1) 77

Hình 3.12 Khối giải điều chế 78

Hình 3.13 Photoditector PIN 78

Hình 3.14 Bộ lọc thông thấp 79

Hình 3.16 Đo Ber 80

Hình 3.18 Cài đặt tham số toàn cục 82

Hình 3.19 Chạy mô phỏng 83

Hình 3.20 Kết quả mô phỏng 83

Hình 3.21 Kết quả công suất đầu ra 83

Hình 3.22 Kết quả công suất đầu ra 84

Đo phổ tín hiệu: kích đúp vào thiết bị đo phổ tín hiệu 84

Hình 3.23 Kết quả đo phổ tín hiệu 84

Hình 3.24 Kết quả đo ber kênh 1 85

Hình 3.25 Kết quả đo bờ kênh 7 85

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Chú giải tiếng Anh Chú giải tiếng Việt

3R Re-Shap, Re-Time, Re-amplify Bù tán sắc, đồng bộ, khuếch đại APD Avanlance Photodiode Đi ốt tách sóng quang thác AMP Amplifier Bộ khuếch đại

AR Anti Reflection Lớp chống phản xạ ASE Amplified Spontaneous Emision Phát xạ tự phát được khuếch đại ATM Asynchronuos Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ AWG Arrayed Waveguide Grating Ma trận ống dẫn sóng kiểu lưới

BA Booster Amplifier Khuếch đại công suất BER Bit Error Rate Tỉ số lỗi bít

B-ISDN Broadband- Intergrated Service

Digital Network

Mạng số tích hợp đa dịch vụ băng rộng

CATV Cable Television Truyền hình cáp CGS Cross Gain Saturation Bão hòa khuếch đại chéo DBR Distributed Bragg Reflection Phản hồi tán xạ Bragg phân bố DCM Dispersion Compensating Module Bộ phận bù tán sắc

DFB Distributed Feedback Phản hồi phân bố DGT Dynamic Gain Tilt Dải rộng khuếch đại HDTV High Difinition Television Truyền hình độ phân giải cao DISP-C Dispersion Compensation Bù tán sắc

DRA Distributed Raman Amplifier Bộ khuyếch đại Raman phân bố DSF Dispersion Shifted Fiber Sợi quang dịch tán sắc

DST Discrete Since Transform Biến đổi rời rạc

DWDM Desen Wavelength Division

ESCON Enterprise Systems Connection Mạng kết nối công ty

ESI Extenal Synchorous Interface Khối giao tiếp đồng bộ ngoài F-B Fabry-Perot Khoang cộng hưởng

FBG Fiber Bragg Grating Cách tử Bragg sợi FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước FWM Four-Wave Mixing Trộn bốn bước sóng GPRS Global Positioning Radio Satellite Vệ tinh định vị toàn cầu

IM- DD Intensity Modulation - Direct

Detection Điều chế cường độ - Tách trực tiếp

ITU-T International Telecommunication

Union Liên minh viễn thông quốc tế

LA Line Amplifier Khuếch đại đường quang MOD Modulation Điều chế

MPI Multi Path Interface Xuyên nhiễu đa kênh

MVOA Monitored Variable Otiacal

Attennuator

Bộ phận giám sát điều chỉnh suy hao quang

MZI Mach Zehnder Interferometer Bộ giao thoa Mach Zehnder

NF Noise Figure Hệ số nhiễu NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

NZDSF None-Zezo Dispersion Shifted

PA Pre Amplifier Tiền khuếch đại PDH Plesiochronous Digital Hierachy Phân cấp số cận đồng bộ

PIN Positive Intrinsic Negative Cấu trúc bán dẫn P-N có lớp tự

dẫn bên trong PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mốt phân cực

PRC Primary Reference Clock Tần số đồng hồ chuẩn

SASE Stand Alone Synchoronization

Equipment Thiết bị khôi phục đồng bộ chuẩn SBS Stimulated Brillouin Scatting Tán xạ Brillouin kích thích SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp đồng bộ số SMF Single Mode Fiber Sợi quang đơn mode SPM Self-phase Modulation Tự điều chế pha SRS Stimulated Raman Scatting Tán xạ Raman kích thích SSG Super Structure Grating Kết cấu lưới siêu chu kì SSU Synchronistation Supply Unit Thiết bị cung cấp đồng bộ STM Synchorous Transmision Mode Chế độ chuyển giao đồng bộ

TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời

gian TFF Thin Film Filters Bộ lọc màng mỏng điện môi VOA Variable Optiacal Attenuator Bộ suy hao điều chỉnh được WAN Wide Area Network Mạng diện rộng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG

GHÉP KÊNH THEO BƯỚC SÓNG MẬT ĐỘ CAO

1.1 Giới thiệu

Trong những năm gần dây, chúng ta đã chứng kiến sự phát triển chưa từng có về nhu cầu sử dụng băng thông truyền dẫn, chính điều này đã sản sinh ra một lượng thông tin rất lớn truyền tải trên mạng tạo ra nhiều áp lực mới cho mạng hiện tại Băng tần truyền dẫn trở thành tài nguyên quý giá hơn bao giời hết để đáp ứng nhu cầu trên, cho đến nay sợi quang vẫn được xem là môi trường lý tưởng cho việc truyền tải lưu lượng cực lớn Đối với

hệ thống dung lượng thấp, công nghệ TDM thường được sử dụng để tăng dung lượng truyền dẫn của một kênh cáp đơn lên 10Gps, thậm chí là 40Gps Tuy nhiên, việc tăng tốc cao hơn nữa là không dễ dàng vì các hệ thống tốc độ cao đòi hỏi công nghệ điện tử phức tạp và đắt tiền Khi tốc độ đạt hằng trăm Gps, thêm vòa đó chi phí cho các giải pháp trở nên tốn kém và cơ cấu hoạt động quá phức tạp đòi hỏi công nghệ rất cao Để nâng cao tốc

độ truyền dẫn, khắc phục được những hạn chế mạch điện hiện tại chưa khắc phục được, công nghệ ghép kênh quang phân chia theo bước sóng WDM ra đời Thế hệ sau của WDM là DWDM có thể ghép số lượng lớn bước sóng trong vùng bước sóng 1550nm để

nâng dung lượng hệ thống lên hàng trăm Gps

1.2 Sự phát triển của hệ thống DWDM

Công nghệ WDM bắt đầu bùng nổ vào cuối những năm 1980 bằng cách sử dụng 2 bước sóng có khoảng cách tần số lớn ở băng 1310 và 1550nm ( hoặc 8500nm và 1310nm), còn gọi là WDM băng rộng Dạng đơn giản của công nghệ WDM với 2 kênh

1 sợi truyền, 1 sợi nhận Đây là sắp xếp hiệu quả nhất và thấy nhiều nhất trong hệ thống DWDM Đầu những năm 1990s, thời kì của hệ thống WDM thế hệ 2, còn gọi

là Narrow WDM, chuyển từ sử dụng 2 lên sử dụng 8 kênh Những kênh này đực đặt cách nhau 1 khoảng 400GHz ở miền 1550nm Đến giữa những năm 1990s, hệ thống DWDM nổi lên mạnh mẽ với sử dụng 16-40 kênh và khoảng cách tần số 100 - 200 GHz Cuối những năm 1990 hệ thống DWDM đã phát triển lên tới mức 64-100 kênh song song, mật độ đóng gói lên đến khoảng cách tần số 50 hay thậm chi 25Ghz

Hình 1.2 là biểu đồ tháp chỉ tiến trình công nghệ tăng về số bước sóng bàng giảm khoảng cách bước sóng

Hình 1.2 Biểu đồ tháp chỉ tiến trình công nghệ tăng về số bước sóng Cùng với mức độ phát triển về bước sóng, cách thức cấu hình cũng linh hoạt hơn thong qua các hàm add-drop và khả năng quản lý

Sự tăng cường mật độ kênh do ứng dụng công nghệ DWDM đã ảnh hưởng mạnh mẽ lên dung lượng mang tín hiệu của sợ quang Năm 1995, khi những hệ thống 10Gbps đầu tiên được triển khai, tốc dộ tăng dung lượng từ 4 lần mỗi 4 năm lên đến 4 lần mỗi năm

1.3 Nguyên lý công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM

Trong hệ thống thông tin quang điểm - điểm thông thường, mỗi sợi quang chỉ

có thể truyền tín hiệu từ các nguồn quang khác nhau đòi hỏi phỉa có nhiều sợi quang khác nhau Trong thực tế thì nguồn quang có độ rộng tương đối hẹp, vì vậy phương pháp này chỉ sử dụng một phần rất nhỏ băng tần vốn rất rộng của sợi quang Về mặt

lý thuyết có thể tăng dung lượng truyền dẫn lên nhiều lần bằng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi quang nếu các nguồn phát có phổ cách nhau một khoảng hợp lí và ở phía thu có các bộ tách bước sóng quang Đây chính là

cơ sở cho kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM

Nguyên lý cớ bản của kỹ thuật WDM là các tín hiệu quang có phổ khác nhau

và không chồng lấn lên nhau được ghép lại với nhau, sau đó truyền trên một sợi quang đền đầu thu Tại đầu thu tín hiệu có bước sóng tổ hợp đó được tách ra thành các tín hiệu có bước sóng riêng biệt và đưa tới các đầu thu tương ứng Trong kĩ thuật ghép bước sóng quang WDM có hai hệ thống: Hệ thống WDM đơn hướng và

hệ thống WDM song hướng

1.3.1 H thống WDM đơn h ng

Hệ thống WDM đơn hướng là: tất cả kênh quang cùng trên một sợi quang truyền dẫn theo cùng một chiều (như hình 1.3), ở đầu phát các tín hiệu có bước sóng quang khác nhau và đã 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

Hình 1.3 Hệ thống WDM đơn hướng

1.3.2 H thống WDM song h ng

Hệ thống WDM song hướng 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 một sợi Cũng sợi quang đó, ở hướng về các bước 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 công)

Hình 1.4 Hệ thống WDM song hướng

Hệ thống WDM song hướng được ứng dụng và phát triển tương đối rộng rãi

Hệ thống WDM song hướng thì yêu cầu phát triển và ứng dụng cao hơn, đòi hỏi yêu 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 với các 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

Hệ thống WDM được thiết kế phải giảm tối đa các hiệu ứng có thể gây ra suy hao truyền dẫn Ngoài việc đảm bảo suy hao xen của các thiết bị thấp, cần phải tối thiểu hoá thành phần công suất có thể gây ra phản xạ tại các phần tử ghép, hoặc tại các điểm ghép nối các module, các mối hàn , bởi chúng có thể làm gia tăng vấn

đề xuyên kênh giữa các bước sóng, dẫn đến làm suy giảm nghiêm trọng tỉ số S/N của hệ thống Các hiệu ứng trên đặc biệt nghiêm trọng đối với hệ thống WDM song hướng, do đó hệ thống này có khả năng ít được lựa chọn khi thiết kế tuyến

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 Như vậy hiểu đơn giản, từ “bộ ghép - multiplexer” trong trường hợp này thường được sử dụng ở dạng chung để xét cho cả bộ ghép và bộ tách; loại trừ trường hợp cần thiết phải phân biệt hai thiết bị hoặc hai chức năng 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 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

(MUX-1.4 Đặc điểm của hệ thống DWDM

+ Giảm yêu cầu siêu cao tốc với linh kiện

Tốc độ truyền dẫn tăng lên không ngừng do vậy tốc độ xử lí tương ứng của nhiều linh kiện quang điện tăng lên theo nhung không đáp ứng được đủ Sử dụng công nghệ DWDM có thể giảm yêu cầu quá cao về tốc độ đối với linh kiện mà vẫn

có thể đáp ứng dung lượng lớn

+ Nhiều ứng dụng

Căn cứ vào nhu cầu, công nghệ DDWDM có thể có rất nhiều ứng dụng như trong mạng đường trục, mạng phân phối kiểu quáng bá, mạng cục bộ nhiều đường, nhiều địa chỉ…., bới thế nó rất quan trọng trong các ứng dụng mạng

+ Tận dụng tài nguyên

Công nghệ DWDM tận dụng tài nguyên băng truyền dẫn to lớn của sợi quang, làm cho dung lượng truyền dẫn của sợi quang so với truyền dẫn bước sóng đơn tăng từ vài lần tới hàng trăm lần, từ đó tăng dung lượng của sợi quang, hja giá thành hệ thống Hiện nay, dải tần truyền dẫn có suy hao thấp của sợi quang mới chỉ được sử dụng một phần rất nhỏ Nếu ứng dụng công nghệ DWDM thì hiệu quả tận dụng băng tần sợi quang trong vấn đề truyền dẫn quả là hết sức to lớn

Dùng công nghệ DWDM có thể ghép N bước sóng truyền dẫn trong sợi quang đơn mode và có thể truyền dẫn hoàn toàn song công Do vậy, khi truyền dẫn thông tin đường dài và dung lượng lớn, có thể tiết kiệm số lượng sợi quang Thêm vào đó là khả năng mở rộng dung lượng cho hệ thống quang đã xây dựng Chỉ cần

hệ thống cũ có độ dư công suất tương đối lướn thì có thể tăng thêm dung lượng mà không cần thay đổi nhiều với hệ thống cũ

+ Đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu

Vì trong công nghệ DWDM sử dụng các bước sóng độc lập với nhau, thực hiện việc tổng hợp và phân chia các dịch vụ viễn thông, bao gồm tín hiệu số và tín

hiệu tương tự, tín hiệu PDH và tín hiệu SDH, truyền dẫn tín hiệu đa phương tiện

+ Nhiều ứng dụng

Căn cứ vào nhu cầu, công nghệ DWDM có thể có rất nhiều ứng dụng như trong mạng đường trục, mạng phân phối kiểu quáng bá, mạng cục bộ nhiều đường, nhiều địa chỉ…, bới thế nó rất quan trọng trong các ứng dụng mạng

+ Giảm yêu cầu siêu cao tốc với linh kiện

Tốc độ truyền dẫn tăng lên không ngừng do vậy tốc độ xử lí tương ứng của nhiều linh kiện quang điện tăng lên theo nhung không đáp ứng được đủ Sử dụng công nghệ DWDM có thể giảm yêu cầu quá cao về tốc độ đối với linh kiện mà vẫn

có thể đáp ứng dung lượng lớn

+ Kênh truyền dẫn IP

Ghép kênh bước sóng đối với khuôn dạng số liệu là trong suốt, tức là không hề có quan hệ gì vwosi tốc độ của tín hiệu và phương thức điều chế tín hiệu xét trên phương diện điện Ghép kênh bước sóng cũng là biện pháp mở rộng và phát triển mạng lý tưởng, là cách thuận tiện để đưa vào dịch vụ băng rộng mới Chỉ cần dùng thêm một bước sóng là có thể tăng thêm một dịch vụ mwosi hoặc dung lượng mới mong muốn

1.5 Các tham số

Các bộ ghép bước sóng thụ động được sử dụng hiện nay thường là các bộ

vi quang học (micro-optic) và bộ ghép sợi kiểu dẫn sóng (guided wave fibre coupler) Mỗi loại đều có ưu nhược điểm

Các bộ vi quang học thường đòi hỏi hệ thống ghép nối các thấu kính để ghép vào sợi quang Các khó khăn trong việc định vị và ghép nối làm hạn chế các đặc tính kỹ thuật, đặc biệt là đối với các sợi đơn mode Tuy nhiên, việc sử dụng các bộ vi quang học cho phép lựa chọn đặc tính của bộ lọc rộng rãi hơn

Các bộ ghép sợi ít chịu ảnh hưởng của các khó khăn nêu trên nhưng lại bị hạn chế trong việc lựa chọn các đặc tính cần có của bộ lọc, chẳng hạn như mức độ bằng phẳng của băng thông

Có 3 tiêu chuẩn cơ bản để xác định đặc tính của bộ ghép bước sóng:

 Suy hao xen

 Xuyên âm

 Độ rộng phổ của kênh

1.5.1 Suy hao xen

Suy hao xen ở đây được xác định như lượng tổn hao công suất trên tuyến

truyền dẫn quang do việc thêm vào các bộ ghép bước sóng Khác với các coupler thông thường, ở đây suy hao xen được xem xét đối với từng bước sóng:

MUX (1-1) DEMUX (1-2)

Trong đó: , là công suất tín hiệu được ghép ở trên đường chung Ik(λk) là công suất tín hiệu bước sóng λk đi vào cửa thứ k của bộ ghép, tín hiệu này được phát từ nguồn phát quang thứ k

là công suất tín hiệu bước sóng λk đi khỏi cổng thứ i của bộ tách

Suy hao này bao gồm suy hao sinh ra tại các điểm ghép nối của bộ ghép bước sóng mà nguyên nhân chủ yếu là do hấp thụ hoặc do phản xạ Mức độ ảnh hưởng tương đối của hai nguồn suy hao trên hệ thống còn tùy thuộc vào loại công nghệ được lựa chọn để chế tạo bộ ghép bước sóng

1.5.2 Xuyên âm

Xuyên âm là sự dò tín hiệu từ kênh này sang kênh kia Nó làm tăng nền nhiễu, do vậy làm giảm tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR Hiện tượng này được sinh

ra do các yếu tố sau:

 Do các đặc tính của bộ lọc không hoàn thiện

 Do phản xạ hay hội tụ không hoàn toàn làm các tia sáng bị tản mát

 Do phổ của các nguồn phát chồng lấn lên nhau

 Do hiệu ứng phi tuyến xảy ra khi đưa công suất cao vào sợi quang Trong một bộ giải ghép kênh lý tưởng, sẽ không có sự dò công suất tín hiệu

từ kênh thứ i có bước sóng λi sang kênh khác có bước sóng khác với λi Nhưng trong thực tế luôn tồn tại một mức xuyên âm nào đó và làm giảm chất lượng truyền dẫn của thiết bị Khả năng để tách các kênh khác nhau được diễn giải bằng suy hao xen và được tính bằng dB như sau:

(1-3) Trong đó: Ui(λk) là lượng tín hiệu không mong muốn ở bước sóng do có

sự dò tín hiệu ở cửa thứ i sang, mà đúng ra thì chỉ có tín hiệu ở bước sóng

Trong thiết bị ghép - giải hỗn hợp, việc xác định suy hao xen kênh cũng được áp dụng như bộ giải ghép Ở trường hợp này phải xem xét cả hai loại xuyên kênh Xuyên kênh đầu xa là do các kênh khác được ghép đi vào đường truyền gây

ra, ví dụ như sinh ra Xuyên kênh đầu gần là do các kênh khác ở đầu vào sinh ra, nó được ghép ở bên trong thiết bị như Ui(λi) Khi cho các sản phẩm, các nhà chế tạo cũng phải cho biết suy hao kênh đối với từng thiết bị

1.5.3 Độ rộng phổ của k nh

Độ rộng phổ của kênh là dải bước sóng dành cho mỗi kênh Độ rộng này phải đảm bảo để tránh nhiễu giữa các kênh Độ rộng phổ giữa các kênh tùy thuộc vào từng nguồn phát Ứng với các tốc độ truyền dẫn khác nhau sẽ có độ rộng phổ mỗi kênh là khác nhau và độ chính xác khác nhau

Sợi quang có băng thông rộng cho phép thiết lập hệ thống truyền dẫn số tốc

độ cao Hiện nay, băng tần của sợi quang có thể lên đến hàng THz

+ Trọng lượng nhẹ Trọng lượng của cáp quang nhỏ hơn so với cáp đồng Một cáp quang có 2 sợi quang nhẹ hơn 20% đến 50% cáp Category 5 có 4 đôi Cáp quang nhẹ hơn nên cho phép lắp đặt dễ dàng hơn

+ Tính bảo mật

Sợi quang rất khó trích tín hiệu Vì nó không bức xạ năng lượng diện tử nên không thể bị trích để lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông thường như sự dẫn điện bề mặt hay cảm ứng điện từ, và rất khó trích lấy thông tin ở dạng tín hiệu quang

Tốc độ truyền cao, DWDM cho phép dung lượng sợi tín hiệu quang lên đến 400Gb/s, suy hao thấp khoảng cách truyền xa, thường được sử dụng làm mạng backbone

Đa giao thức: giao thức DWDM không phụ thuộc đến tốc độ truyền dữ liệu,

vì thế các giao thức IP, ATM, SONET/SDH có thể truyền với tốc độ từ 100Mbps đến 2.5Gbps

DWDM có thể truyền nhiều dạng tín hiệu khác nhau trên cùng một kênh + Sử dụng công nghệ DWDM có thể tận dụng cơ sở hạ tầng của các mạng quang trước đó, giảm được chi phí đầu tư mới Do vậy tiết kiệm và kinh tế hơn

+ Vấn đề an toàn lao động Khi hàn nối sợi quang cần để các mảnh cắt vào lọ kín để tránh đâm vào tay, vì không có phương tiện nào có thể phát hiện mảnh thủy tinh trong cwos thể Ngoài ra, không được nhìn trực diện đầu sợi quang hay các khớp nối để hở phòng ngừa có ánh sáng truyền trong sợi quang trực tiếp vào mắt Ánh sáng sử dụng trong hệ thống thông tin quang là ánh sáng hồng ngoại, mắt người không cảm nhận được nên không thể điều tiết khi có nguồn năng lượng này,

và gây hại cho mắt

Giá thành đắt, chi phí lắp đặt triển khai đắt hơn so với mạng WDM cũ

1.7 Thiết kế mạng DWDM và vấn đề cần quan tâm

Để thấy được vai trò quan trọng của công nghệ này đối với viêc phát triển hệ thống mạng, trong chương này chúng ta sẽ xem xét những nét chung nhất về công nghệ DWDM so với các công nghệ truyền dẫn khác

Để giải quyết vấn đề băng thông và phát triển hệ thống đa dịch vụ trên cùng một mạng, công nghệ DWDM đã thực hiện ghép nhiều bước sóng trên cùng một sợi quang Với việc tăng số bước sóng ghép trên một sợi quang một cách đáng kể so với công nghệ WDM trước đây, điểm nổi bật của DWDM chính là khả năng cho phép truyền trên sợi quang một lưu lượng khổng lồ lên tới hàng Terabits/s Tuy nhiên, để đạt được điều này một cách có hiệu quả thì hệ thống DWDM có những yêu cầu rất đặc biệt đối với các chức năng quang như: độ linh hoạt cao, kết cấu đấu chéo nhanh, các bộ lọc và nguồn laser phải có khả năng điều hưởng, các bộ thu phải có tạp âm thấp và độ nhạy cao

Các hệ thống DWDM hiện nay làm việc trên các kênh bước sóng theo khuyến nghị của ITU-T dành cho DWDM Nhiều bước sóng ghép trên một sợi quang đã mang lại sự linh hoạt và mềm dẻo cho cả các dịch vụ và băng thông Mỗi kênh bước sóng có thể truyền tải một loại lưu lượng khác nhau như SONET/SDH trên một kênh, ATM trên một kênh khác, tín hiệu thoại TDM hay Internet trên một kênh khác nữa

 Một số vấn đề cần quan tâm:

DWDM thực hiện ghép một số lượng lớn các bước sóng quang đã được điều chế trên một sợi quang Những kênh quang trong hệ thống DWDM thường nằm trong một cửa sổ bước sóng, chủ yếu là 1550 nm vì môi trường ứng dụng hệ thống này thường là mạng đường trục, cự ly truyền dẫn dài và có dung lượng truyền dẫn lớn Giống như bất cứ một công nghệ nào, DWDM cũng tồn tại những giới hạn và những vấn đề kỹ thuật Trong chương này, chúng ta sẽ xem xét một số tham số như: số kênh bước sóng, độ rộng phổ nguồn phát, quỹ công suất, tán sắc và ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến

1.7.1 Số k nh b c sóng [2]

Một trong những vấn đề quan trọng là hệ thống sử dụng bao nhiêu kênh bước sóng và số kênh cực đại hệ thống có thể sử dụng được Số kênh bước sóng sử dụng phụ thuộc vào:

- Khả năng của công nghệ đối với các thành phần quang như:

Khả năng băng tần của sợi quang

 Khả năng tách / ghép các kênh bước sóng

- Khoảng cách giữa các kênh bước sóng gồm các yếu tố sau:

 Tốc độ truyền dẫn của từng kênh

 Quĩ công suất quang

 Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến

 Độ rộng phổ của nguồn phát

 Khả năng tách ghép của hệ thống WDM

Mặc dù hệ thống DWDM hoạt động tại vùng cửa sổ truyền dẫn 1550 nm có khoảng cách giữa các kênh khoảng 100 nm, nhưng do dải khuếch đại của các thiết bị khuếch đại quang chỉ có độ rộng khoảng 35 nm (Theo qui định của ITU- T thì dải khuếch đại này nằm từ bước sóng 1530 nm - 1565 nm) nên trong thực tế các hệ thống DWDM không tận dụng được hết băng tần của sợi quang Gọi ∆λ là khoảng cách giữa các kênh bước sóng thì tương ứng ta sẽ có:

(1-4) Như vậy tại bước sóng λ = 1550 nm, với ∆λ = 35 nm thì f = 4,37.1012Hz Giả sử tốc độ truyền dẫn của mỗi kênh bước sóng là 2.5 Gbps thì theo tiêu chuẩn Nyquisst với phổ cơ sở của tín hiệu là 2x2.5 = 5GHz, thì số kênh bước sóng cực đại có thể đạt được N = 847 kênh trong dải băng tần khuếch đại quang Đây là số kênh tính theo lí thuyết tuy nhiên với mật độ kênh càng lớn thì đòi hỏi các thành phần quang trên tuyến phải có chất lượng càng cao Để tránh xuyên âm giữa các kênh này cần

có bộ phát rất ổn định và một bộ lọc quang có khả năng chọn lọc bước sóng cao Dựa vào khả năng công nghệ hiện nay, ITU- T đưa ra qui định về khoảng cách giữa các kênh bước sóng là 100 GHz (0.8 nm) hoặc 50 Ghz (0.4 nm) với chuẩn tần số là 193.1 THz như được chỉ ở phần phụ lục

Với công nghệ hiện nay DWDM chủ yếu sử dụng dải băng tần 1530 -1560

nm còn gọi là băng C:

- 80 ~ 100 kênh ứng với tốc độ mỗi kênh là 2,5 Gbps

- 32 ~ 40 kênh ứng với tốc độ mỗi kênh là 10 Gbps

Dải băng tần từ 1560 - 1600 nm hay còn gọi băng L đã bắt đầu đem vào sử dụng với:

- 100 ~ 200 kênh ứng với tốc độ mỗi kênh là 2,5 Gbps

- 64 ~ 100 kênh ứng với tốc độ mỗi kênh là 10 Gbps

Trong tương lai sẽ mở rộng băng tần DWDM sang dải tần từ 1480 nm - 1520

nm còn gọi là băng tần S với:

- 80 ~ 100 kênh tương ứng với tốc độ mỗi kênh là 2,5 Gbps

- 32 ~ 40 kênh tương ứng với tốc độ mỗi kênh là 10 Gbps

1.7.2 Độ rộng phổ của nguồn phát

Việc chọn độ rộng phổ của nguồn phát đảm bảo cho các kênh bước sóng không chồng lấn lên nhau hay nói cách tránh hiện tượng chồng phổ ở phía thu các kênh lân cận nhau Khoảng cách này phụ thuộc vào các thiết bị DWDM như bộ tách ghép kênh, bộ lọc… và dung sai của các thiết bị DWDM

Một cách lí tưởng có thể xem hệ thống DWDM như là sự xếp chồng của các

hệ thống truyền dẫn đơn kênh khi mà khoảng cách các kênh bước sóng là đủ lớn và công suất phát hợp lí Mối liên hệ giữa các hệ thống phổ nguồn phát được thể hiện bởi tham số đặc trưng cho sự giãn phổ, kí hiệu là Δ, băng tần tín hiệu và tán sắc Nếu gọi ε là hệ số đặc trưng cho sự tương tác giữa nguồn phát và sợi quang thì sẽ có biểu thức:

(1-5) Trong đó:

B là độ rộng băng tần tín hiệu truyền dẫn

D là độ tán sắc tương ứng với khoảng cách truyền dẫn

ΔRMS là độ giãn phổ

Từ công thức 1-5 có thể tính được độ rộng phổ của nguồn phát ΔRMS tương ứng với tán D:

(1-6) Nếu tính độ rộng phổ tại -20 dB thì độ rộng phổ của nguồn phát là:

 -20dB= 6,07 RMS (1-7) Như vậy từ độ rộng phổ này và chọn theo kênh bước sóng ở phụ lục 1, sẽ tìm ra được độ rộng phổ yêu cầu của ngưỡng phát

- Quỹ công suất

Trong DWDM khoảng cách truyền dẫn là rất lớn, khoảng cách giữa các trạm khuếch đại đường quang cũng lớn Do vậy công suất quang phải đủ lớn để bù đắp phần công suất bị suy hao trên đường truyền, để máy thu đảm bảo tỉ số tín hiệu trên tạp âm Thông thường suy hao của sợi quang G.652 tại cửa sổ truyền dẫn 1500nm

là 0.25dB/km Tín hiệu quang bị suy hao do nhiều nguyên nhân như suy hao do sợi quang, do mối hàn nối, do các connector quang, do các thành phần quang thụ động… Như vậy, suy hao tổng cộng khoảng 0.275dB/km

Pout là công suất quang phát

Pin là công suất quang thu

a là hệ số suy hao (dB/km) (Theo ITU- T thì a = 0.275dB/km)

- Tán sắc

Bản chất của tán sắc là do phổ của xung quang chứa nhiều bước sóng, mà tốc

độ lan truyền các bước sóng quang là khác nhau trong sợi quang và đến cuối sợi quang là khác nhau Nó làm cho xung quang ở cuối sợi quang bị giãn ra so với ở đầu vào sợi quang Các xung quang giãn ra sẽ gây ra sự giao thoa giữa các xung quang lân cận và sẽ gây ra BER càng lớn

Tán sắc tỉ lệ thuận với chiều dài sợi quang và độ rộng phổ của ánh sáng truyền trong sợi quang càng rộng Xung quang ở cuối sợi quang sẽ bị dãn ra một lượng:

(1-9) Trong đó: KCD là hệ số tán sắc của sợi có đơn vị là ps/(nm.km)

Δλ là độ rộng phổ ánh sáng quang

L là chiều dài sợi quang

Tán sắc tổng cộng bao gồm tổng tán sắc thành phần như tán sắc mode, tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng

Tán sắc mode tồn tại trong các sợi quang đa mode (MI) khi mà các tia sóng truyền lan trong sợi theo các đường khác nhau do đó dẫn đến thời gian lan truyền các mode là khác nhau Tuy nhiên trong thông tin quang chỉ sử dụng sợi quang đơn mode (SI) nên không tồn tại tán sắc mode

Tán sắc vật liệu là một hàm của bước sóng do sự thay đổi chiết suất của vật liệu làm nên lõi sợi, nên nó tạo ra sự phụ thuộc vận tốc nhóm vào bước sóng ánh sáng

Tán sác ống dẫn sóng do sợi đơn mode chỉ giữ được 80% năng lượng ánh sáng truyền trong lõi sợi vì vậy còn 20% năng lượng truyền ngoài bề mặt sợi

Các phương pháp để làm giảm thiểu sự ảnh hưởng của tán sắc đến hệ thống DWDM tốc độ cao có dùng khuếch đại EDFA là:

- Bù tán sắc bằng sợi DCM sử dụng cách tử sợi Bragg

- Dùng FEC để sửa lỗi

Đối với hệ thống DWDM hiện nay cần phải quan tâm đến ảnh hưởng của tán sắc mode phân cực (PMD)

Tán sắc mode phân cực PMD là thuộc tính cơ bản của sợi quang đơn mode

và các thành phần hợp thành Trong đó năng lượng của bất kì bước sóng nào cũng được phân tích thành hai mode phân cực trực giao có vận tốc truyền khác nhau như trên hình 1.7 Do vận tốc truyền của hai mode chênh nhau đôi chút nên thời gian truyền cùng khoảng cách là khác nhau gây ra trễ nhóm (GVD) Vì vậy PMD gây nên hiện tượng giãn rộng xung tín hiệu làm giảm chất lượng truyền dẫn Về phương diện này ảnh hưởng của PMD cũng giống như ảnh hưởng của tán sắc ống dẫn sóng Tuy nhiên vẫn có sự khác nhau, tán sắc ống dẫn sóng tương đối ổn định còn PMD trong sợi đơn mode ở bất kì bước sóng nào cũng không ổn định

Hình 1.7 Tán sắc PMD Tán sắc mode phân cực tỉ lệ với căn bậc hai chiều dài sợi quang, được tính theo công thức:

PMD total K L (1-10)

Trong đó: PMDtotal là tán phân cực của sợi quang, đơn vị ps

K là hệ số tán phân cực của sợi quang, có đơn vị là ps/ km1/2

L là chiều dài của sợi, đơn vị km

Nguyên nhân của tán sắc mode phân cực là:

Do cấu trúc không hoàn hảo của sợi quang nên có sự khác biệt về chiết suất đối với trạng thái phân cực trực giao, được gọi là sự chiết quang Sự khác biệt chiết suất sẽ sinh ra vận tốc mode khác nhau Trong sợi đơn mode hiện tượng này bắt nguồn từ sự không tròn hoặc ovan của lõi sợi theo hai cách: Ống dẫn sóng ovan (vốn có tính chiết quang) và trường lực căng cơ học tạo nên bởi lõi ôvan gồm cả chiết quang phụ

Sự chiết quang của các vật liệu trong suốt như thuỷ tinh được tạo ra từ cấu trúc tinh thể đối xứng Và vì vậy PDM trong các thành phần quang có thể sinh ra từ

sự chiết quang của các thành phần con trong các thành phần hợp thành Tín hiệu truyền trên các đường song song nhau có độ dài quang khác nhau cũng gây ra hiện tượng trễ nhóm

Sự phân cực trong sợi đặc trưng cho sự chiết quang lực cơ học Nhiều phần tử không phải là thủy tinh được đưa vào trong lớp vỏ sợi nên ở lõi xuất hiện trường lực không đối xứng giống nhau dọc theo chiều dài của sợi Khi ánh sáng phân cực bị ghép trong một đoạn sợi thì trường điện ở đầu ra của ánh sáng đầu vào được phân tích thành hai mode phân cực được duy trì dọc theo sợi và năng lượng của chúng sẽ không bị ghép

Ngoài những nguyên nhân trên, chiết quang sinh ra bởi uốn cong của sợi Sự uốn cong đã làm thay đổi mật độ phân tử cấu trúc sợi, làm cho hệ thống khúc xạ mất đối xứng Tuy nhiên chiết quang do uốn cong không phải là nguyên nhân chủ yếu sinh ra PMD

1.7.3 Ảnh h ởng của hi u ứng phi tuyến [1]

Khi công suất trong sợi quang nhỏ thì sợi quang được xem như môi trường tuyến tính, tính phi tuyến của sợi quang (chủ yếu do chiết suất) có thể bỏ qua Tuy nhiên khi công suất ánh sáng trong sợi quang vượt quá một ngưỡng nào đó thì tính phi tuyến sẽ ảnh hưởng đến quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang Khi đó xuất hiện hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang, nghĩa là suy hao và chiết suất phụ thuộc vào công suất tín hiệu quang trong sợi Hiệu ứng phi tuyến sẽ gây một số hiện tượng như: Xuyên âm giữa các kênh quang, suy giảm mức tín hiệu từng kênh dẫn Nhìn chung có thể chia hiệu ứng phi tuyến thành hai loại:

Hiệu ứng tán xạ: Bao gồm tán xạ Raman (SRS) và hiệu ứng tán xạ Brillouin (SRB)

Hiệu ứng liên quan đến chiết xuất phụ thuộc vào công suất quang: Bao gồm hiệu ứng tự điều chế pha (SPM), điều chế pha chéo (XPM) và trộn bốn bước sóng (FWM)

- Hiệu ứng tự điều chế pha (SPM)

Hiệu ứng tự điều chế pha SPM là hiệu ứng mà chiết suất của môi trường truyền dẫn mà chiết suất của môi trường thay đổi theo cường độ ánh sáng truyền trong đó:

nn0  n NL n0 n2E2 (1-11) Với:

n0 là chiết suất tuyến tính

n2 là hệ số chiết suất phi tuyến (n2 = 1.22x10-22 (V/m2) đối với sợi SI)

E là trường quang

Hiện tượng này tạo nên sự dịch pha phi tuyến ФNL của trường quang lan truyền trong sợi quang Giả sử bỏ qua sự suy hao quang thì sau khoảng cách L thì pha của trường quang sẽ là:

 

NL

const L

E n n nL

22

(1-12) Đối với các trường quang có cường độ không đổi thì hiệu ứng SPM chỉ làm quay pha trường quang, do đó ít làm ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống Tuy nhiên đối với các trường quang có cường độ thay đổi thì pha phi tuyến ФNL sẽ thay đổi theo thời gian Sự thay đổi theo thời gian có nghĩa là trong xung tín hiệu sẽ tồn tại nhiều tần số quang khác với tần số trung tâm ν0 với một giá trị бνNL, với:

ra hiện tượng xuyên nhiễu các kênh với nhau

- Hiệu ứng điều chế pha chéo SPM

Đối với hệ thống DWDM, hệ số tán sắc tại một bước sóng nào đó không chỉ phụ thuộc vào công suất ánh sáng của sóng đó mà còn phụ thuộc vào công suất của các bước sóng khác lan truyền trong sợi Trong trường hợp này, chiết suất phi tuyến ứng với bước sóng thứ i là:

n

#

2 2

2 2 (1-14) Với:

N là tổng số kênh quang

Ei là cường độ quang tại bước sóng thứ i

Từ công thức (1.14) số hạng thứ nhất ứng với hiệu ứng SPM, số hạng thứ 2 ứng với hiệu ứng XPM Nếu giả thiết công suất của các kênh là như nhau thì ảnh hưởng của hiệu ứng XPM gấp 2N lần hiệu ứng SPM

XPM có quan hệ đến phương thức điều chế, khi điều chế ASK thì ảnh hưởng đến tính năng của hệ thống là lớn nhất Có thể thông qua việc giảm công suất của các kênh tín hiệu để giảm XPM Ngoài ra, XPM không chỉ phụ thuộc vào công suất của kênh tín hiệu mà còn phụ thuộc vào số kênh tín hiệu Số kênh tín hiệu càng nhiều, ảnh hưởng của XPM càng lớn

- Hiệu ứng trộn bốn bước sóng (FWM)

Hiện tượng chiết suất phi tuyến còn gây ra hiệu ứng FWM trong sợi đơn mode Hiện tượng xảy ra khi 2 hoặc 3 sóng quang có tần số khác nhau sẽ tương tác với nhau tạo ra các thành phần tần số mới như hình 1.8 Tương tác này có thể xuất hiện giữa các bước sóng WDM hoặc giữa các bước sóng tạp âm ASE của các bộ khuếch đại quang Hiệu suất của quá trình FWM phụ thuộc vào điều kiện phù hợp

về pha Mặt khác trong sợi quang luôn tồn tại tán sắc nên điều kiện phù hợp về pha rất khó xảy ra Tuy nhiên với môi trường truyền dẫn là các sợi có tán sắc thấp, và khoảng cách truyền dẫn là tương đối lớn và các kênh là gần nhau thì điều kiện này coi như là sấp xỉ đạt được

Giả sử có ba bước sóng ứng với các tần số là ωi, ωj và ωk thì tổ hợp tần số mới tạo ra là ωijk được tính theo công thức:

ijk i j k (1-15) Với hệ thống WDM có N kênh thì tổng số tín hiệu FWM tạo ra là (N3 - N2)/2

Hình 1.8 Hiệu ứng FWM Theo quan điểm lượng tử ánh sáng thì hiệu ứng FWM là hiệu ứng mà trong

đó có sự phá hủy một số phonton bước sóng mà tạo ra một số phonton ở bước sóng mới sao cho vẫn bảo toàn về năng lượng và động lượng Nếu gọi Pilk(L) là công suất ứng với tần số ωijk thì :

( ) 1024 ( 6 ) 2 exp( )

2 2 ) 3 ( 2 2 0

6

L P

P P S

L c

n L

eff ijk

η là hiệu suất quá trình WDM

c là vận tốc ánh sáng trong chân không

Seff là diện tích vùng lõi hiệu dụng

Pi, Pj, Pk công suất tương ứng tới các bước sóng λi, λj, và λk

α là độ cảm phi tuyến bậc 3

Hiệu suất η của quá trình WDM phụ thuộc vào diều kiện phù hợp về pha Hiệu ứng FWM xảy ra mạnh khi điều kiện này được thỏa mãn (tức là động lượng của phonton được bảo toàn) Về mặt toán học thì điều kiện này có thể được biểu thị như sau:

(1-17)

Do việc tạo ra một số tần số mới là tổ hợp của các tần số tín hiệu nên hiệu ứng FWM sẽ làm giảm công suất của các kênh tín hiệu trong hệ thống WDM Hơn nữa, nếu khoảng cách các kênh bằng nhau thì tần số mới tạo ra có thể rơi vào tần số các kênh tín hiệu, gây ra xuyên âm các kênh làm giảm chất lượng hệ thống

Hệ thống WDM chỉ làm việc ở vùng cửa sổ 1550 nm và do tán sắc của sợi quang đơn mode thông thường (sợi G.652) tại cửa sổ này là khoảng 18 ps/ nm.km, còn tán sắc của sợi tán sắc dịch chuyển (G.653) xấp xỉ từ 0 đến 3 ps/ nm.km nên hệ thống WDM làm việc trên sợi đơn mode bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng FWM ít hơn hệ thống WDM làm việc trên sợi tán sắc dịch chuyển

Ảnh hưởng của FWM càng lớn nếu khoảng giữa cách các kênh càng nhỏ cũng như khoảng cách truyền dẫn và mức công suất của mỗi kênh lớn Vì vậy hiệu ứng FWM sẽ hạn chế dung lượng và cự li truyền dẫn hệ thống WDM

- Hiệu ứng SRS

Hiệu ứng tán xạ Raman là quá trình tán xạ không đàn hồi mà trong đó phonton của ánh sáng tới chuyển một phần năng lượng của mình cho dao động cơ học của các phần tử cấu thành môi trường truyền dẫn và phần năng lượng còn lại được phát xạ thành ánh sáng có bước sóng lớn hơn bước sóng ánh sáng tới (ánh sáng ứng với mới này được gọi là ánh sáng Stoke) Khi ánh sáng tín hiệu truyền trong sợi quang có cường độ lớn, quá trình này trở thành một quá trình kích thích (được gọi là SRS) mà trong đó tín hiệu quang đóng vai trò sóng bơm (gọi là bơm Raman) làm cho phần năng lượng của tín hiệu chuyển tới bước sóng Stoke

Nếu gọi Pu(L) là công suất của bước sóng Stoke trong sợi quang thì:

Ps(L) = P0exp (grP0L/K.Seff) (1-18)

Trong đó:

P0 là công suất bước sóng tín hiệu đầu vào

gx là hệ số khuếch đại Raman

K là hệ số đặc trưng cho mối quan hệ phân cực giữa tín hiệu, bước sóng stoke và phân cực của sợi Đối với sợi thông thường thì K 2 Công thức (1-19) có thể dùng tính toán mức công suất P0 mà hiệu ứng RSR ảnh hưởng lớn đến hệ thống, được gọi là ngưỡng Raman (P0th) ( P0th là công suất của tín hiệu đầu vào ứng với nó, công suất của bước sóng Stoke và của bước sóng tín hiệu đầu ra bằng nhau)

P0th ≈ 32 Seff (L.gx) (1-19)

Từ công thức (1-20) sẽ tính toán được: đối với hệ thống đơn kênh để hiệu ứng SRS có thể ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống thì mức công suất P0 phải lớn hơn 1W (Nếu trong hệ thống không sử dụng khuyếch đại quang trên đường truyền) Tuy nhiên trong hệ thống WDM thì mức công suất này sẽ thấp hơn nhiều vì có hiện tượng khuếch đại đối với các bước sóng lớn, trong khi đo công suất của các kênh có bước sóng ngắn lại bị giảm đi (do đã chuyển một phần năng lượng cho các bước sóng lớn) làm giảm hệ số S/N, ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống Để đảm bảo suy giảm S/N không nhỏ hơn 0,5 dB thì mức công suất của từng kênh phải thỏa mãn điều kiện sau (theo nguyên lí của Chraplyvy):

f L N N

10 28 10 21

12

(1-20)

Với N:

N là số kênh bước sóng

∆f là khoảng cách giữa các kênh bước sóng

Như vậy trong hệ thống DWDM thì hiệu ứng này cũng hạn chế số kênh bước sóng, khoảng cách giữa các kênh, công suất của từng kênh và tổng chiều dài của hệ thống Hơn nữa, nếu như bước sóng mới tạo ra lại trùng với kênh tín hiệu thì hiệu ứng này cũng gây ra xuyên kênh

- Hiệu ứng SBS

Hiệu ứng SBS là hiệu ứng tương tự như hiệu ứng SRS, tức là có sự tạo thành các bước sóng Stoke với các bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng tới Điểm

khác nhau chính của hai hiệu ứng này là: Hiệu ứng SBS liên quan đến các phonon

âm học còn hiệu ứng SRS liên quan đến các phonon quang Chính sự khác biệt này

mà hai hiệu ứng có những ảnh hưởng khác nhau đến hệ thống WDM Trong hiệu ứng này, một phần ánh sáng bị tán xạ do các phonon âm học và làm cho phần ánh sáng bị tán xạ và dịch tới bước sóng dài hơn (tương đương với độ dịch tần là khoảng cách 11Ghz tại bước sóng 1550 nm) Tuy nhiên chỉ có phần ánh sáng bị tán

xạ là theo chiều ngược lại (tức là ngược chiều với chiều truyền tín hiệu) mới có thể truyền đi trong sợi quang, vì vậy trong hệ thống DWDM khi tất cả các kênh đều cùng truyền theo một hướng thì hiệu ứng SBS không gây ra xuyên âm kênh

Trong tất các các hiệu ứng phi tuyến thì ngưỡng công suất để xẩy ra hiệu ứng SBS là thấp nhất, chỉ khoảng vài mW Nhưng do hiệu ứng SBS giảm tỉ lệ với

ΔVB/∆Vlazer (∆VB là băng tần khuyếch đại Brillouin, ∆Vlazer là độ rộng phổ của lazer) và băng tần khuyếch đại Brillouin là rất hẹp (chỉ khoảng 10-100 MHz) nên hiệu ứng này cũng khó xảy ra Chỉ với hệ thống với nguồn phát có độ rộng phổ rất hẹp thì mới có thể ảnh hưởng bởi hiệu ứng SBS Người ta tính toán được mức công suất ngưỡng đối với tín hiệu SBS như sau:

B eff

p u eff

V gL

V V KA P

21 (1-21) Trong đó:

G là hệ số khuếch đại Brillouin Aeff là diện tích hiệu dụng của sợi quang

K đặc trưng cho mối quan hệ về phân cực giữa tín hiệu, bước sóng Stoke và phân cực của sợi Đối với sợi thông thường K≈ 2

∆VB là băng tần khuếch đại Brillouin

ΔVp là độ rộng phổ của tín hiệu

Như vậy hiệu ứng SBS sẽ ảnh hưởng đến mức công suất của từng kênh và khoảng cách giữa từng kênh trong hệ thống DWDM Hiệu ứng này không phụ thuộc vào số kênh của hệ thống

1.8 Kết luận chương

Nhìn chung, các hiệu ứng này đều gây ra xuyên âm giữa các kênh, làm suy giảm đến mức công suất của từng kênh dẫn đến suy giảm hệ số SNR, ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống Hơn nữa do mức độ ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến đều

phụ thuộc vào mức công suất của từng kênh, số kênh và khoảng cách giữa các kênh bước sóng cũng như khoảng cách truyền dẫn Vì vậy, để giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng này cần phải lựa chọn các tham số trên sao cho phù hợp Đối với các hệ thống làm việc trên sợi G.652, tại vùng bước sóng 1550 nm sẽ không bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng FWM

Với ưu thế về công nghệ đặc biệt, ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM đã trở thành một phương tiện tối ưu về kỹ thuật và kinh tế để mở rộng dung lượng sợi quang một cách nhanh chóng và quản lý hiệu quả hệ thống DWDM đã đáp wusg được hoàn toàn yêu cầu phát triển các dịch vụ băng rộng trên mạng, là tiền đề xây dựng và phát triển mạng toàn quang trong tương lai

CHƯƠNG 2 CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG DWDM

2.1 Giới thiệu

Với việc tăng bước sóng ghép trên một sợi quang một cách đáng kể so với công nghệ WDM trước đây, điểm nổi bật của DWDM chính là khả năng cho phép truyền trên sợi quang một lưu lượng khổng lồ lên twois hàng Terabits/s Tuy nhiên,

để đạt điều này một cách có hiệu quả thì hệ thống DWDM có những yêu cầu rất đặc biệt đối với các chức năng quang như : độ linh hoạt cao, kết cấu đấu chéo nhanh, các bộ lọc và nguồn laser phải có khả năng điều hưởng, các bộ thu phải có tạp âm thấp và độ nhạy cao Chương 2 sẽ tập trung tìm hiểu các thành phần cơ bản và yêu cầu đối với từng thành phần thiết bị trong hệ thống mạng DWDM

Hình 2.1 là cấu trúc chung của một hệ thống DWDM và các phần tử cấu thành nên hệ thống gồm:

- LD là laser phát tạo ra sóng quang

2.2 Bộ phát quang

Laser có chức năng chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu quang, có vai trò quan trọng trong hệ thống WDM Hiện tại laser được sử dụng trong hệ thống DWDM là laser đơn mode

Trong hệ thống DWDM, các kênh bước sóng có mật độ rất cao Thực vậy, mỗi kênh có độ rộng vài nm thậm chí dưới một nm Đó là lí do tại sao các LD sử dụng trong hệ thống WDM phải có sự ổn định bước sóng phát xạ Mặt khác, khoảng cách giữa hai trạm lặp trong hệ thống truyền dẫn DWDM lớn hơn so với hệ thống truyền dẫn đơn kênh SDH Vì vậy laser trong hệ thống DWDM là loại laser đặc biệt hơn các laser thông thường về công nghệ và khả năng hạn chế các hiệu ứng phi tuyến (các hiệu ứng phi tuyến như SBS, SRS, SPM, XPM, FWM) trong hệ thống truyền dẫn

2.2.1 Các ph ơng thức điều chế laser

Có hai phương thức điều chế laser ứng dụng trong hệ thống DWDM là điều chế trực tiếp và gián tiếp

2.2.1.1 Điều chế trong

Dòng điện tín hiệu đi vào laser phát được biến đổi thành nguồn sáng laser đầu ra Một đặc điểm của điều biến trực tiếp là công suất đầu ra phụ thuộc vào dòng điện điều chế Nó đặc biệt hiệu quả đối với hệ thống DWDM đơn hướng (giá thành

rẻ và đơn giản) Chỉ cần thay đổi độ dài hốc cộng hưởng của laser, sự biến đổi dòng điều chế sẽ gây ra sự biến đổi tuyến phát ra bước sóng laser tương ứng Sự biến đổi này sinh ra hiện tượng chirp Chirp tần sẽ mở rộng băng tần của phổ laser phát xạ sẽ gây ra ảnh hưởng tới tốc độ và khoảng cách truyền dẫn của hệ thống Ví dụ như đối với sợi quang G.652, khoảng cách truyền dẫn giảm xuống ≤100km và tốc độ truyền dẫn ≤ 2,5Gbps

Đối với hệ thống DWDM mà không cần khuếch đại quang (khoảng cách truyền dẫn nhỏ) hoặc tốc độ thấp, điều biến trực tiếp có thể áp dụng được vì giá

thành rẻ

2.2.1.2 Điều chế ngoài [3]

Trong điều chế ngoài modul điều chế nằm ở đầu ra của bộ tạo bước sóng quang như chỉ ở hình vẽ 2.2

PD LD Điều chế ngoài

Điều khiển tín hiệu

CW

Hình 2.2 Điều chế gián tiếp

Điều chế tín hiệu quang không thực hiện bên trong laser mà được thực hiện

bởi một linh điện quang bên ngoài gọi là bọ điều chế ngoài Ánh sáng do laser phát

ra dưới dạng sóng liên tục CW Kỹ thuật điều chế ngoài đã khắc phục được các nhược điểm của kỹ thuật điều chế trực tiếp

Điều chế gián tiếp có tổn hao lớn về công suất và giá thành cao nhưng đổi lại

có độ dịch tần lại nhỏ Nó được ứng dụng cho các hệ thống có tốc độ truyền dẫn ≥ 2,5Gbps và có khoảng cách truyền dẫn dài hơn 300Km Đó là lí do mà hệ thống DWDM tốc độ cao thường sử dụng khuếch đại đường quang và laser trong truyền dẫn thường sử dụng phương thức điều chế trong

Không xảy ra hiện tượng chip đối với tín hiệu quang vì laser được kích thích bởi dòng điện ổn định nên ánh sáng phát là sóng liên tục có tần số và độ rộng phổ

ổn định Đặc điểm này rất quan trọng đối với hệ thống ghép kênh theo bước sóng DWDM vì yêu cầu về độ ổn định của bước sóng ánh sáng rất cần thiết

Băng thông điều chế : do bộ điều chế ngoài quyết định, không bijgiwois hạn bởi tần số dao động tắt daanfcuar laser diode

Thông thường các phương thức điều chế ngoài sử dụng các phương thức như biến đổi quang điện, dẫn sóng ở modul điều chế quang

Nguyên lí cơ bản của điều chế quang điện là hiệu ứng quang điện tuyến tính của tinh thể Hiệu ứng quang điện đề cập đến là hiện tượng trường điện từ là nguyên nhân gây ra sự thay đổi góc khúc xạ của tinh thể Tinh thể cho ánh sáng đi qua hoặc không khi thay đổi góc khúc xạ Hiệu ứng trên còn được gọi là hiệu ứng tinh thể quang điện

Điều khiển tín hiệu điện

Điều chế ngoài

Điều chế quang học thực chất là sử dụng hiệu ứng quang học của bán dẫn Hiệu ứng quang học là hiện tượng chất bán dẫn thay đổi chiết suất khi sóng quang truyền qua chất bán dẫn đó Sự thay đổi chiết suất làm thay đổi góc khúc xạ chất và cũng là nét đặc trưng khi truyền sóng quang qua môi trường bán dẫn

Điều chế ống dẫn sóng được chế tạo từ vật liệu là Titan (Ti) pha trộn LiNbO2 Ống dẫn sóng có những ưu điểm sau như kích thước nhỏ, gọn, nhẹ, và đạt được độ chính xác cao nhất

2.2.2 Ổn định b c sóng và điều khiển laser

Trong hệ thống DWDM, ổn định dải sóng của laser là một vấn đề then chốt Theo qui định của ITU-T.692, độ lệch bước sóng so với bước sóng trung tâm không thể lớn hơn 1/5 độ rộng kênh quang

Trong hệ thống DWDM, ổn định tần số laser là vấn đề quan trọng nhất Hiện nay laser thường sử dụng trong các vi mạch tích hợp thì việc ổn định nhiệt độ là chủ yếu Nếu nhiệt độ tăng thì độ rộng dải sóng LD phát xạ cũng tăng, cụ thể là 0.08nm/0C Trong khai thác vận hành, nhiệt độ thông thường là 250C Khoảng điều chỉnh nhiệt độ từ 150C đến 350C Phương thức điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp hồi tiếp Nếu nhiệt độ hệ thống tăng thì phải giảm nhiệt độ hệ thống đi bằng phương pháp làm mát

Như vậy sự ổn định bước sóng liên quan trực tiếp đến sự ổn định nhiệt độ Đối với laser DFB (Laser thường được sử dụng trong DWDM) thì điều khiển nhiệt

độ cũng cần thiết tuy laser này dải nhiệt độ hoạt động khá cao so với các laser khác Tại dải sóng 1550nm thì độ mở rộng tần là 0.002nm/0C và nhiệt hoạt động tốt nhất

là từ 150C đến 350C Phương thức điều khiển nhiệt độ laser cũng là phương pháp hồi tiếp

Ngoài ảnh hưởng bởi nhiệt độ, đối với laser cần còn bị ảnh hưởng bởi dòng điện cung cấp cho nó Thực vậy, độ mở rộng tần là 0.0008nm/mA, độ mở rộng tần ảnh hưởng bởi dòng điện tuy nhỏ hơn độ mở rộng tần bởi nhiệt độ Trong một số trường hợp hiệu ứng dịch tần bởi sự biến thiên dòng điện là không đáng kể

Mạch điều khiển LD Thành phần mở rộng dải tần

Sử lí tín hiệu

Tới bộ phận gián sát tần số Đầu ra sóng quang

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển laser

2.2.3 guồn laser bán d n đơn mode

2.2.3.1 guy n lí phản xạ Bragg [3]

Cấu tạo khoang của các bộ phát quang DFB, DBR khác với bộ phát quang F-

P Nguyên lí cơ bản của chúng dựa trên nguyên lí phản xạ Bragg

- Nguyên lí phản xạ Bragg

Khi chiếu ánh sáng lên hai mặt tiếp giáp của hai môi trường có phản xạ mang tính chu kì sẽ xuất hiện phản xạ chu kì Phản xạ này gọi là phản xạ Bragg Mặt tiếp giáp có thể là hình sin hoặc không sin (chữ nhật, hình vuông, hình tam giác ….)

B

B

A 1

1'

1'’

Hình 2.4 Tán xạ Bragg Nếu sai pha giữa hai tia phản xạ 1, 1’ và 1’’ là bội số nguyên lần của λ0, tức là:

A + B = mλ0 (2-1) thì sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa Từ hình 2-4 cho thấy B = Asinθ nên phương trình (2-1) trở thành :

A(1 + sinθ) = mλ0 (2-2)

Với: m là số nguyên, thông thường m=1

λ0 là bước sóng trong môi trường vật liệu, λ0 = λB/n

n là chiết suất vật liệu

λB là bước sóng trong không gian tự do

Công thức (2-2) là điều kiện phản xạ Bragg Ý nghĩa vật lí: Đối với A và θ nhất

định khí có một λ0 thỏa mãn (2-2) thì sóng quang có bước sóng λ0 sẽ giao thoa cùng với sóng quang phản xạ

2.2.3.2 aser hồi tiếp phân bố DFB [3]

Cấu trúc của laser DFB được biểu diễn hình 2.5 Quá trình cộng hưởng và chọn lọc tần số xảy ra trong laser DFB được thực hiên nhờ cấu trúc cách tử Bragg đặt bên cạnh, dọc theo vùng tích cực của laser Sóng ánh sáng phát xạ trong laser lan truyền dọc theo vùng tích cực và phản xạ tại mỗi đoạn dốc cách tử Điều kiện

để phản xạ và cộng hưởng có thể xảy ra là bước sóng ánh sáng phải hỏa mãn điều kiện Bragg:

B2. efn f

(2-3) Trong đó,  là chu kỳ của cách tử bragg, sin

Líp ho¹t tÝnh C¸ch tö

TÝn hiÖu ®iÖn Líp kim lo¹i

Líp kim lo¹i tiÕp xóc vµ táa nhiÖt

Hình 2.5 Mặt cắt dọc của laser DFB

Nguyên lý hoạt động :

Các photon ánh sáng do hiện tượng phát xạ kích thích tạo ra trong cùng tích cực phản xạ nhiều lần tại cách tử, một phần năng lượng ánh sáng bị phản xạ của hốc cộng hưởng Tại mỗi đoạn dốc của cách tử, một phần năng lượng ánh sáng bị phản

xạ Tổng hợp năng lượng ánh sáng phản xạ tại mỗi đoạn cách tử này trong laser làm cho phần lớn ánh sáng trong laser được phản xạ có bước sóng thỏa điều kiện Bragg

Laser DFB chỉ phát xạ ra ánh sáng có bước sóng thỏa điều kiện Bragg Vì vậy DFB laser chỉ phát ra một mode sóng có độ rộng phổ rất hẹp so với laser FP Laser DFB đã và đang được sử dụng trong các hệ thống thông tin quang có cự ly truyền dẫn dài và tốc độ bit truyền cao

Các tham số chính của DFB:

Độ rộng phổ của laser DFB là: ~20MHz

Độ ổn định tần: +\- 0.01nm

2.2.3.2 aser phản xạ Bragg phan bố DBR [3]

Laser DBR có cấu trúc tương tự laser DFB, chỉ khác là DFB có cấu trúc nhiễu xạ bên ngoài khoang cộng hưởng Với cấu trúc như vậy, khoang laser và khoang phản xạ Bragg tách biệt nhau Ưu điểm cấu trúc này chỉ có một bước sóng thỏa điều kiện Bragg mới có thể phản xạ và cộng hưởng trong vùng tích cực thay vì nhiều bước sóng như laser FP Hình 2.6 thể hiện mặt cắt của loại laser này.

§Çu ra quang Líp ho¹t tÝnh

TÝn hiÖu ®iÖn

Líp kim lo¹i tiÕp xóc vµ to¶ nhiÖt Bé ph¶n x¹ Bragg

Hình 2.6 Mặt cắt laser DBR

2.2.4 Bộ phát quang điều chỉnh b c sóng [4]

Bộ phát quang đơn mode có thể điều chỉnh được bước sóng là linh kiện quang then chốt của hệ thống DWDM và mạng chuyển mạch quang Chỉ tiêu tính năng của nó là điều chỉnh phạm vi bước sóng Mặc dù đang còn nghiên cứu trong phòng thí nghiệm nhưng với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ bán dẫn, bộ phát quang bán dẫn có thể điều chỉnh được bước sóng chất lượng cao sẽ sớm được

sử dụng trong tương lai

Như đã biết, bước sóng đầu ra bộ phát quang λkk (bước sóng trong không khí) quan hệ với bước sóng trong môi trường bán dẫn λbd theo công thức:

kk bd.n (2-4)

Từ công thức (2-4) ta thấy: Khi ta thay đổi chiết suất n (chiết suất của vật liệu bán dẫn) thì λ đầu ra cũng thay đổi, tức là có thể điều khiển được bước sóng đầu ra của bộ phát trong phạm vi nhất định Sau đây là một số loại laser hoạt động theo nguyên lí trên:

a Bộ phát quang l i nhiễu xạ (SSG) kết cấu si u chu kì

As a)

HiÖu suÊt ph¶n x¹

c) §Æc tÝnh ph¶n x¹

Chiều dài khoang cộng hưởng

Bước sóng

Hình 2.7 Cấu tạo lưới phản xạ siêu chu kì

b Bộ phát quang có thể điều chỉnh ngoài khoang

- Cấu tạo:

Thực hiện mạ trên mặt cắt ở phía sau của khoang cộng hưởng một màng tăng thấu (AR), sau đó ở ngoài đưa vào bộ lọc có thể điều chỉnh được để tạo thành bộ phát quang có thể điều chỉnh ngoài khoang Hình 2.8 mô tả cấu tạo bộ phát quang này