kỹ thuật thông tin quang

Các dải băng hoạt động của WDMMô hình hệ thống WDM : H3.1 Mô hình hệ thống WDM Để đảm bảo việc truyền nhận nhiều bước sóng trên một sợi quang hệ thống WDM phải thực hiện các chức năng sa

Precise Fiber Test Solutions:

TRAINING

1 Cơ bản về sợi quang :

1.1 Phản xạ và khúc xạ

Trong chuyển động sóng, phản xạ là hiện tượng sóng khi lan truyền tới bề mặt tiếp xúc của hai môi trường bị đổi hướng lan truyền và quay trở lại môi trường mà nó đã tới Các

ví dụ về phản xạ đã được quan sát với các sóng như ánh sáng, âm thanh hay sóng nước

Sự phản xạ của ánh sáng có thể là phản xạ định hướng (như phản xạ trên gương) hay phản xạ khuếch tán (như phản xạ trên tờ giấy trắng) tuỳ thuộc vào bề mặt tiếp xúc Tính chất của bề mặt cũng ảnh hưởng đến sự thay đổi biên độ, pha hay trạng thái phân cực của sóng

Trong nhiều quá trình vật lý, sóng phẳng lan truyền theo hướng PO đi tới bề mặt phản xạ (gương) thẳng đứng tại điểm O, và bị phản xạ theo hướng OQ Dựng tia vuông góc với mặt phẳng gương tại O, có thể đo góc tới, θi và góc phản xạ, θr Công thức cho sự phản

xạ định hướng nói rằng:

r

i θ

θ =tức là góc tới bằng góc phản xạ

Công thức đặc trưng của hiện tượng khúc xạ, còn gọi là định luật Snell hay định luật khúc xạ ánh sáng có dạng:

• n1 là chiết suất môi trường 1

• n2 là chiết suất môi trường 2

Tỉ số n2/n1 không thay đổi, phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ (môi trường 2) đối với môi trường chứa tia tới (môi trường 1) Nếu tỉ số này lớn hơn 1 thì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới, ta nói môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1 Ngược lại nếu tỉ số này nhỏ hơn 1 thì góc khúc

xạ lớn hơn góc tới, ta nói môi trường 2 chiết quang kém môi trường 1

Trong trường hợp chiết suất n2>n1,

θ > θc

θcθ

H1.2 Xét trường hợp chiết suất n2 >n1

Khi θ < θc djjk

- Tia sáng sẽ được tách ra, một phần sẽ phản xạ ngược trở lại tại bề mặt phân cách, một phần sẽ khúc xạ và đi qua bề mặt phân cách

Khi θ > θc

- Toàn bộ tia sáng sẽ được phản xạ tại bề mặt phân cách, người ta gọi đây là hiện tượng phản xạ toàn phần

Từ đây ta sẽ có khái niệm góc tới hạn (Critical Angle) :

Góc tới hạn là góc của tia tới sao cho khi góc tới đạt được giá trị của góc tới hạn hoặc lớn hơn thì sẽ không xuất hiện tia khúc xạ ở phía bên kia của bề mặt phân cách

Góc tới hạn được tính theo công thức sau :

Nếu góc tới đúng góc tới hạn thì tia khúc xạ sẽ tiếp tuyến với bề mặt phân cách

1.2 Ánh sáng truyền trong sợi quang:

H1.3 Ánh sáng truyền trong sợi quang

Khẩu độ (numerical aperture) NA:

sin

n là chiết suất của môi trường đặt nguồn phát quang

Ánh sáng đưa vào sợi quang sẽ theo một một góc nón nhất định gọi là góc nón cho phép

và một nữa góc này gọi là góc cho phép θ Đối với sợi quang đa mode, góc cho phép sẽ được xác định thông qua các thông số chiết suất

Đối với sợi quang đơn mode : 0<V<2.405

Đối với sợi quang đa mode : V>2.405

Chiết suất của một vật liệu là tỷ số giữa tốc độ ánh sáng trong chân không và tốc độ pha của bức xạ điện từ trong vật liệu Nó thường được ký hiệu là n

Tốc độ pha của một đoàn sóng là tốc độ di chuyển của đỉnh sóng; cũng là tốc độ di chuyển của pha của đoàn sóng Tốc độ này đối nghịch với tốc độ nhóm là tốc độ di chuyển của biên độ đoàn sóng Tốc độ nhóm thể hiện tốc độ di chuyển của thông tin (hay năng lượng) mang theo bởi đoàn sóng vật lý Tốc độ nhóm luôn nhỏ hơn tốc độ ánh sáng trong chân không, như các thí nghiệm đã cho thấy; còn tốc độ pha có thể lớn hơn tốc độ ánh sáng trong chân không

Đôi khi có thể định nghĩa, chiết suất nhóm dựa vào tốc độ nhóm (tốc độ lan truyền thông tin):

g

c N v

=,với v là tốc độ nhóm g

Ngoài ra ta còn có công thức thể hiện sự phụ thuộc của chiết suất nhóm vào bước sóng như sau :

/

N = −n λdn dλ

H1.4 Đồ thị của chiết suất và chiết suất nhóm theo bước sóng

1.3 Quá trình hình thành sợi quang

H1.5 Sử dụng lửa làm lắng động bồ hóng trong ống silica

H1.6 Quá trình kéo sợi quang

H1.7 Lõi sợi quang sẽ gần bằng sợi tóc

2 Tán sắc

2.1 Cơ bản về tán sắc

Như chúng ta đã biết, tốc độ ánh sáng trong vật liệu phụ thuộc vào bước sóng, do đó sự khúc xạ cũng phụ thuộc vào bước sóng Khi ánh sáng đi qua lăng kính, những bước sóng khác nhau sẽ rẽ theo những góc khác nhau Hiện tượng đó người ta gọi là tán sắc Do ta chỉ quan tâm đến sợi đơn mode, nên trong sợi đơn mode có hai loại tán sắc chính : Tán sắc sắc thể và tán sắc mode phân cực

H2.1 Ánh sáng bị tán sắc

Vậy trong sợi quang hiện tượng tán sắc sắc thể xảy ra như thế nào ?

Hiện tượng một xung ánh sáng bị giãn rộng ra về mặt thời gian sau một quãng đường truyền nhất định trong sợi cáp quang được gọi là hiện tượng tán sắc sắc thể trong sợi quang Nó sẽ mở rộng xung của ánh sáng ngõ vào tùy thuộc vào bề rộng các bước sóng (độ rộng phổ), độ tán sắc D, và chiều dài L

Có ba nguồn gây nên hiện tượng tán sắc sắc thể đó là:

H2.3 Sự phụ thuộc của trễ vào bước sóng

H2.4 Đặc tính tán sắc trong sợi quang

Trên đây là độ thị của sự tán sắc theo bước sóng – chính là đạo hàm của đồ thị trễ nhóm Đặc tính quan trong để biết về tán sắc chính là lamda zero và độ dốc Độ dốc sẽ cho biết

sự dịch chuyển của tán sắc khi dịch chuyển bước sóng ra xa lamda zero

H2.5 Sự thay đổi của vận tốc nhóm theo bước sóng trong quang sợi đơn một thông

thường

Chúng ta nhận thấy tại các bước sóng vùng cửa sổ 1550nm, vận tốc nhóm tỷ lệ nghịch với bước sóng của ánh sáng Như chúng ta đã biết, trên thực tế không thể có một nguồn sáng đơn sắc tuyệt đối, mọi nguồn sáng đều có một độ rộng phổ nhất định Giả sử một xung ánh sáng có bước sóng trung tâm tại 1550nm, độ rộng phổ ∆λ0 truyền qua một sợi cáp quang đơn mode Các thành phần bước sóng dài hơn của xung sẽ chuyền chậm hơn các thành phần bước sóng ngắn hơn Như vậy, sau một quãng đường truyền đủ dài, độ rộng xung sẽ bị kéo giãn ra tới mức hai xung kế tiếp nhau sẽ bị chèn lên nhau Hậu quả

là thiết bị ở đầu thu sẽ không thể phân biệt được 2 xung riêng biệt Để thiết bị thu được tín hiệu xung, người ta phải giảm tốc độ truyền hoặc rút ngắn khoảng cách giữa bên phát

và bên thu

H2.6 Hậu quả của tán sắc đối với tốc độ truyền của mạng

a) xung tại đầu phát b) xung thu được tại đầu thu và thiết bị thu không thể phân biệt được hai xung kế tiếp

1 0 1 0 0 1 1 DATA IN

1 0 1 1 0 1 1 DATA OUT

BIT ERRORS

THE PULSE BROADENING CAUSES INTER- SYMBOL INTERFERENCE (ISI) AND BIT ERRORS

H2.7 Nhiễu liên ký tự và lỗi bit

2.2 Tán sắc trong thông tin số:

H2.8 Sơ đồ khối của một Oscilloscope

hiệu nhiều mức) của tín hiệu thì trên màn hiển thị của oscilloscope, các tín hiệu sẽ đứng

"dừng" lại, trùng lên nhau Nếu xem tín hiệu mức dương là mí mắt bên trên, tín hiệu mức

âm là mí mắt bên dưới, ta sẽ được một ảnh như một mắt người mở, cái đó gọi là mẫu mắt (eye-pattern) Mẫu mắt với vô số tín hiệu đi vào oscilloscope thì chồng lên nhau và cho phép chúng ta nói về mức độ méo của tín hiệu và độ dự trữ tạp âm.Gọi giá trị đỉnh dương của tín hiệu không méo lý tưởng là 1 còn giá trị đỉnh âm của tín hiệu không méo lý tưởng là -1 thì độ mở mẫu mắt (eye opening) lý tưởng sẽ là (2/2)x100% = 100%, trong trường hợp thực tế thì độ mở mẫu mắt sẽ là khoảng trắng lớn nhất giữa các đường cong tín hiệu âm và dương, chia 2 và tính theo phần trăm Mẫu mắt càng mở (số % càng lớn) thì chất lượng tín hiệu càng tốt Ngược với eye opening được gọi là closure

Mẫu mắt được gọi là còn mở nếu eye opening còn lớn hơn 0 Mẫu mắt được gọi là đóng nếu eye opening bằng 0, khi đó dự trữ tạp âm bằng 0 và chẳng cần có tạp âm thì hệ thống

đã có tỷ lệ lỗi quá lớn Mẫu mắt chỉ cần nhỏ thôi (thí dụ: < 20-30%, tùy theo hệ thống có

mã chống nhiễu hay không, tín hiệu nhị phân hay nhiều mức ) thì hệ thống đã đứt liên lạc Mẫu mắt được xem là bình thường, chấp nhận được nếu > 50%, trong thực tế thì còn yêu cầu lớn hơn nữa, thí dụ > 75-80%

2.3 Tán sắc vật liệu trong sợi quang:

Thời gian trễ trong sợi quang chiều dài L do tán sắc vật liệu :

m m

Suy hao trong ống dẫn sóng :

- Phụ thuộc vào các thông số của sợi quang

-2 2

Waveguie Dispersion V d bV

dV

=b: là hằng số bình thường hóa truyền sóng

H2.10 Khúc xạ trong sợi quang

Góc giữa các tia sáng và trục của sợi quang thay đổi theo bước sóng do đó dẫn đến thời gian truyền cũng khác nhau trong sợi quang Khi tốc độ bit và tần số điều chế tăng lên thì

cả tán sắc và tán sắc phân cực (PMD- polarization mode dispersion) là vấn đề cần được quan tâm Người ta luôn giữ mức tán sắc nhỏ hơn 10% độ rộng xung tín hiệu, nếu không lỗi sẽ bắt đầu xuất hiện

2.4 Đặc tính tán sắc của sợi quang

Mỗi loại sợi quang sẽ có những đặc tính, số liệu về tán sắc, trễ khác nhau

Dưới đây là ba loại sợi quang thường được sử dụng:

H2.11 Tán sắc trong các loại sợi quang khác nhau

T, xét khoảng cách giữa các kênh bước sóng là 100Ghz, sẽ có 32 kênh bước sóng hoạt động trên mỗi băng Như vậy nếu giữ nguyên tốc độ bit trên mỗi kênh truyền, dùng công nghệ WDM cũng đủ làm tăng băng thông trên sợi quang lên gấp 64 lần

Các dải băng hoạt động của WDM

Mô hình hệ thống WDM :

H3.1 Mô hình hệ thống WDM

Để đảm bảo việc truyền nhận nhiều bước sóng trên một sợi quang hệ thống WDM phải thực hiện các chức năng sau :

- Phát tín hiệu : Trong hệ thống WDM, nguồn phát quang được dùng là laser Yêu cầu

đối với nguồn phát quang là phải có độ rộng phổ hẹp, bước sóng phát ra ổn định, mức công suất phát đỉnh, bước sóng trung tâm, độ rộng phổ, độ rộng chirp phải nằm trong giới hạn cho phép

- Ghép tách tín hiệu : Ghép tín hiệu WDM là sự kết hợp một số nguồn sáng khác nhau

thành một luồng tín hiệu ánh sáng tổng hợp để truyền dẫn qua sợi quang Tách tín hiệu WDM là sự phân chia luồng ánh sáng tổng hợp đó thành các tín hiệu ánh sáng riêng rẽ tại mỗi cổng đầu ra bộ tách Khi xét đến các bộ tách ghép WDM ta phải xét các tham số như: khoảng cách giữa các kênh, độ rộng băng tần của các kênh bước sóng, bước sóng trung tâm của kênh, suy hao xen, …

- Truyền dẫn tín hiệu : Quá trình truyền dẫn tín hiệu trong sợi quang chịu ảnh hưởng

của nhiều yếu tố : suy hao sợi quang, tán sắc, các hiệu ứng phi tuyến, vấn đề liên quan đến khuếch đại tín hiệu… Mỗi vấn đề trên đều phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố sợi quang

- Khuếch đại tín hiệu : Hệ thống WDM hiện tại chủ yếu sử dụng bộ khuếch đại sợi

quang EDFA Có ba chế độ khuếch đại là khuếch đại công suất, khuếch đại đường và tiền khuếch đại Khi dùng bộ khuếch đại EDFA phải đảm bảo các yêu cầu sau

- Độ lợi khuếch đại : phải đồng đều đối với mỗi bước sóng, mức chênh không quá 1dB

- Sự thay đổi số lượng kênh bước sóng làm việc không được gây ảnh hưởng đến mức

công suất đầu ra của các kênh

- Có khả năng phát hiện sự chênh lệch mức công suất đầu vào để hiệu chỉnh lại các hệ

số khuếch đại nhằm đảm bảo đặc tuyến khuếch đại là bằng phẳng đối với tất cả các kênh

- Thu tín hiệu : Tín hiệu thu trong hệ thống WDM cũng sử dụng các bộ tách sóng

quang như trong hệ thống thông tin quang thông thường

H3.2 Sự phát triển dung lượng quang theo thời gian ứng với các tốc độ khác nhau

3.2 Sai số của hệ thống đối với tán sắc

Sự tán sắc tác động lên tín hiệu theo hai cách Đầu tiên, tán sắc không được quá 10% chu kỳ bit, đây là sai số cho phép của hầu hết các hệ thống Vì thế khi tốc độ bit tăng thì tán sắc sẽ giảm theo tỉ lệ là 1/10

H3.3 Chu kì bit

Thêm vào đó, chúng ta phải thực hiện điều chế tín hiệu laser, khi tốc độ điều chế càng nhanh thì độ rộng phổ càng lớn điều đó đồng nghĩa chúng ta đã kích hoạt sự tán sắc và làm cho xung bị mở rộng, điều đó có nghĩ chúng ta phải giới hạn tốc độ truyền Như vậy

sự tác động của tán sắc lên tín hiệu sẽ tỉ lệ với bình phương tốc độ bit

H3.4 Băng thông điều chế

Sự tán sắc thay đổi với các dạng dữ liệu điều chế khác nhau nhưng luôn có giới hạn, thường là 1000ps/nm hay tại 10Gbit/s PMD cũng có những hạn chế tương tự

Như vậy sợi quang càng ít tán sắc thì có thể truyền dữ liệu đi xa hơn

H3.5 Tương quan giữa tán sắc và tốc độ

H3.6 Tương quan giữa chiều dài và tán sắc

Có nhiều cách để quản lý tán sắc trên đường truyền, có thể bù tán sắc trước hoặc sau quá trình mux/demux hay có thể bù tán sắc trên đường truyền…

3.3 Hiệu ứng phi tuyến

Hiệu ứng quang được gọi là hiệu ứng phi tuyến nếu các tham số của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng Các hiện tượng phi tuyến có thể bỏ qua đối với các hệ thống thông tin quang hoạt động ở mức vừa phải (vài mW) với tốc độ bit tối đa là 2.5Gbit/s Tuy nhiên ở mức tốc độ cao hơn việc xét các hiệu ứng phi tuyến là rất quan trọng Trong hệ thống WDM, các hiệu ứng phi tuyến rất quan trọng thậm chí ở công suất và tốc độ bit vừa phải Các hiệu ứng phi tuyến có thể chia làm hai loại Loại thứ nhất phát sinh do sự tác động qua lại giữa các sóng ánh sáng với các phonon trong môi trường silica Hai hiệu ứng chính trong tán xạ này là tán xạ do kích thích Brillouin và tán xạ do kích thích Raman.Loại thứ hai sinh ra do sự phụ thuộc của chiết suất vào cường độ điện trường hoạt động,

tỉ lệ với bình phương biên độ điện trường Các hiệu ứng phi tuyến quan trọng trong loại này là hiệu ứng điều pha (SPM-Self phase modulation), hiệu ứng điều chế xuyên pha (CPM – Cross phase modulation), và hiệu ứng trộn bốn bước sóng (FWM – Four Wave Mixing) Loại hiệu ứng này gọi là hiệu ứng Kerr

3.4 Sự quan trọng của tán sắc trong hệ thống WDM

Như chúng ta đã biết, khi tốc độ càng tăng thì khoảng cách truyền đi càng xa, và muốn việc truyền dữ liệu đạt được khoảng cách mong muốn cần sử dụng khuếch đại EDFA Thêm vào đó hệ thống WDM hoạt động trên băng rộng với nhiều bước sóng do đó cần phải biết được sự tán sắc đối với các bước sóng khác nhau, xây dựng mô hình tán sắc dọc đường truyền, đồng thời phải quản lý độ dốc tán sắc của hệ thống Quá trình bù tán sắc sẽ được thực hiện bằng bộ bù tán sắc Điều này đảm bảo cho độ dốc tán sắc của hệ thống luôn ở mức thấp

H3.7 Độ dốc tán sắc không được quản lý và độ dốc tán sắc được quản lý

Dựa vào đặc tính trên người ta dễ dàng thực hiện bù tán sắc bằng cách sử dụng một sợi quang khác có tán sắc theo chiều ngược lại Và việc quản lý độ dốc tán sắc sẽ giúp chúng

ta thực hiện việc bù tán sắc một cách chính xác trên tất cả các bước sóng Ngoài ra do có thể điều khiển được độ dốc tán sắc, ta có thể đưa các tán sắc tốt qua toàn bộ băng hữu ích dành cho sợi quang Đồng thời cũng có thể kiểm soát được hiệu ứng phi tuyến bằng tán sắc

Khi chiều dài đường truyền tăng lên, tổng lượng tán sắc sẽ rất lớn do đó việc bù tán sắc khó có thể đáp ứng được hoàn toàn Điều này có nghĩa là một vài điểm tán sắc không xác định được chính xác để có thể thực hiện bù tán sắc đúng Như vậy chúng ta phải đưa ra một lượng bù dự phòng, sau đó đo kiểm tra toàn bộ đường truyền và bắt đầu tinh chỉnh Tất cả những điều này phải đảm bảo nghiêm nghặt về sai số của tán sắc trong sợi quang

và cần có sự đo đạc tán sắc chính xác hơn nữa

Ta có :

Permissible Dispersion (ps/nm)= Dispersion*Length+ DCM

>>> % error in D = Permissible Dispersion/(Dispersion*length)

H3.8 Thực hiện bù tán sắc

H3.9 Đo tán sắc tại các tốc độ khác nhau

3.6 Bộ khuếch đại sợi Erbium

EDFA bao gồm một đoạn cáp quang silica, có lõi pha tạp với ion 3

Er + Sợi này được bơm bởi bộ laser bơm, nguồn bơm laser có hiệu quả cao ở hai bước sóng 980nm và 1480nm Để kết hợp ngõ ra của nguồn bơm với ngõ vào một coupler lựa chọn bước sóng được đặt trước sợi pha tạp Ở ngõ ra, có thể sử dụng một coupler lựa chọn bước sóng khác nếu cần phải tách rời tín hiệu được khuếch đại từ nguồn tín hiệu bơm.Thường thì một isolate được đặt ở ngõ vào và/hoặc ở ngõ ra của bất kỳ bộ khuếch đại nào để ngăn chặn ánh sáng phản xạ vào lại bộ khuếch đại và sự phản xạ này có thể làm cho bộ khuếch đại trở thành bộ phát laser

Bộ khuếch đại quang sợi EDFA ngày nay được sử dụng rộng rãi trên các tuyến truyền dẫn quang Đó là do:

- Có nhiều nguồn bơm laser bán dẫn có độ tin cậy cao, gọn và có công suất cao

- EDFA là thiết bị quang sợi nên nó không phụ thuộc vào phân cực và dễ dàng ghép ánh sáng ở ngõ vào và ngõ ra

- Thiết bị đơn giản

- Không có nhiễu xuyên kênh khi khuếch đại các tín hiệu WDM như bộ khuếch đại quang bán dẫn

H3.10 EDFA

H3.11 Tín hiệu được khuếch đại

Tuy nhiên nó cũng có một số khuyết điểm :

- Quá trình khuếch đại tạo ra nhiễu

- Khuếch đại sự phát xạ tự phát

- Nền nhiễu rộng – 50nm

- Tạo ra sự bảo hòa trong thiết bị thu, nhiễu

- Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu giảm khi tăng số bộ khuếch đại trong hệ thống

- Các bộ khuếch đại sẽ tạo ra tán sắc do các ion Erbium trong sợi thủy tinh có độ tán sắc cao

H3.12 Tỉ số OSNR

H3.13 Tán sắc sắc thể

3.7 Bộ khuếch đại Raman

Hiện tượng tán xạ do kích thích Raman SRS có thể được sử dụng để khuếch đại tín hiệu quang Sử dụng nguồn laser với công suất cao sẽ cung cấp độ lợi cho các tín hiệu khác với đỉnh độ lợi đạt được 13THz dưới tần số bơm

Bộ khuếch đại Raman khác bộ EDFA ở một số đặc điểm sau:

- Khuếch đại Raman được sử dụng để cung cấp độ lợi cho bất kỳ bước sóng nào EDFA chỉ cung cấp độ lợi trong băng C và băng L Vì vậy bộ khuếch đại Raman có thể mở rộng cho các băng khác trong EDFA Có thể bơm đồng thời nhiều bước sóng khác nhau với công suất khác nhau để biến đổi toàn bộ độ lợi Raman

- Bộ khuếch đại Raman sử dụng cách bơm đơn giản, chính sợi silica được sử dụng cho truyền dẫn các tín hiệu dữ liệu, vì vậy nó được sử dụng để chế tạo bộ khuếch đại tập trung Bộ khuếch đại tập trung bao gồm một cuộn sợi quang dài đi kèm với nguồn laser bơm tương ứng Trong bộ khuếch đại phân bố, sợi có thể là một đoạn sợi quang

H3.14 Bộ khuếch đại Raman phân tán sử dụng sử dụng nguồn bơm ngược hoạt động

- Áp lực (0.1nm over normal +/-125 mbar range)

- Độ cao (do áp suất thay đổi)

- Độ ẩm

H4.1 Sự phụ thuộc của trễ nhóm vào các yếu tố bên ngoài

Như vậy, bước sóng trong chân không sẽ dài hơn bước sóng trong không khí là 0.4nm, tốc độ trong chân không là :

c0 = f.λvac

Trong không khí là :

c n0/ air =cair = f.λair

Do đó ta sẽ có :

λvac /λ = =air n 1.00027

H4.2 Đồ thị của tán sắc trong chân không và trong không khí

Lamda zero thay đổi theo nhiệt độ :

Khi thay đổi 1 C thì lamda zero thay đổi 0.025nm, và tán sắc cũng sẽ thay đổi 0

0.0025ps/nm/km/0C Tuy nhiên độ dốc không thay đổi theo nhiệt độ ( ở đây ta đang xét

trong sợi NDS)

Độ dốc tán sắc sẽ quyết định hệ số tán sắc theo nhiệt độ:

H4.4 Độ dốc tán sắc tại 1550nm Hệ số tán sắc theo nhiệt độ = -0.0273*slope

Ta biết tán sắc thay đổi tương đối nhỏ so với nhiệt độ Tuy nhiên, trên một đường truyền dài, toàn bộ những sự thay đổi theo nhiệt độ sẽ dễ dàng tiến đến giới hạn tán sắc của sợi quang Tuy nhiên, nếu các sợi bù tán sắc cũng tiếp xúc với nhiệt độ thì hiệu ứng này sẽ được kiểm soát Hay ta có thể điều chỉnh các thiết bị bù tán sắc để theo dõi sự thay đổi của nhiệt độ

4.2 Tán sắc trên đường truyền sợi quang

Tán sắc trên mỗi sợi quang sẽ có một phương sai tự nhiên Ta có thể làm giảm giá trị phương sai bằng cách kết nối nhiều đoạn sợi quang lại với nhau Và như vậy thông thường thì phương sai trên toàn bộ đường truyền sẽ nhỏ hơn phương sai trên từng sợi quang riêng rẽ hay tán sắc trên đường truyền sẽ ít biến đổi hơn so với trên từng sợi quang và điều này cũng còn phụ thuộc vào số lượng các sợi quang trên một đường truyền

H4.5 Mô tả giá trị tán sắc

Ta sẽ có công thức tính tán sắc :

D Tot( ) Avg( ) 3 StdD ( )ev

n

Với n là số các sợi quang được kết nối với nhau

Avg : giá trị trung bình của tán sắc

StdDev : độ lệch chuẩn của tán sắc

Giới hạn tán sắc trên mỗi sợi quang sẽ được tính (L : chiều dài sợi quang, Cab L : chiều Tot

dài đường truyền):

- Biên độ nhiệt của mỗi sợi quang liên kết

- Độ dốc không hoàn hảo hay việc bù tán sắc

- Sự thay đổi của nguồn ảnh hưởng đến việc bù phi tuyến bằng tán sắc

- Sai số của nhà sản xuất

- Và các yếu tố khác

cho phép Chỉ có một yếu tố thay đổi nằm trong khoảng dự phòng đó là sự thay đổi nhiệt

độ sợi

H4.7 Dự phòng tán sắc

4.4 Đo tán sắc và ứng dụng

Hiện tại có khá nhiều loại cáp và mỗi loại cho một ứng dụng khác nhau:

- ITU G.652 : Sợi Non dispersion-shifted fiber (NDSF) Singlemode dùng cho bước sóng 1130nm hỗ trợ cho cự li xa : 1,000 km với tốc độ 2.5 Gbps, 60 km với tốc độ 10 Gbps và

3 km (1.86 miles) với tốc độ 40 Gbps

- ITU G.653 : sợi Dispersion-shifted (DSF) Singlemode

- ITU G.655 : sợi Non-zero dispersion-shifted (NZ-DSF) Singlemode Nó hổtợ với khoảng cách xa 6,000 km với tốc độ 2.5 Gbps, 400 km với tốc độ 10 Gbps và 25 km (15.5 miles) với tốc độ 40 Gbps

- DCF : Dispersion compensating fiber

H4.8 Tán sắc trên các sợi quang khác nhau

H4.9 Thiết bị đo quang

4.4.1 Đo sai pha

Đặc điểm của việc đo sai pha :

- Đo tán sắc trực tiếp

- Không cần dữ liệu phù hợp, không đòi hỏi dải bước sóng rộng cho một kết quả

- Bỏ qua sự thay đổi của trễ trong sợi quang do nhiệt độ

(Thông thường, đo sai pha tại tần số 200Hz)

Nguyên tắc đo sai pha :

Sử dụng sự sai lệch pha giữa hai bước sóng để thu được tán sắc trực tiếp Thông thường , hai bước sóng sẽ được dịch chuyển nhanh chóng để trách sự dịch chuyển trễ do nhiệt độ

H4.10 Sơ đồ khối của việc đo sai pha

H4.13 Chord Error (lỗi dây cung)

Lỗi do delta lam da được tính bởi công thức :

H4.14 Lỗi dây cung

Lỗi dây cung thường được bỏ qua trong hầu hết các loại sợi quang

5 PerkinElmer CD300

Đặc điểm:

- Cung cấp hiệu năng cao trong điều kiện môi trường khắc nghiệt

- Đơn giản, hỗ trợ phần mềm mạnh

- Linh hoạt trong quá trình sử dụng

- Độ tin cập và khả năng lặp lại cao

- Có thể đo được Strain, PMD, chỉ số suy hao nhóm (Attenuation Group Index) và các lựa chọn về tán sắc đa mode

H5.1 Sơ đồ khối CD300

Solid state monochromator (máy phát đơn sắc):

Hệ thống âm quang có thể điều chỉnh được (Acousto-Optic Tuneable Filter -AOTF):

- Sóng cao tần lái công suất quyết định suy hao trong truyền dẫn quang

- Sóng cao tần lái tần số quyết định bước sóng quang lựa chọn – truy cập ngẫu nhiên bởi bộ lựa chọn tần số

- Khả năng xử lý và lặp lại cực nhanh, sử dụng bộ lái số

- Băng tân rộng (800 -1700nm)

H5.2 AOTF

H5.3 Quy luật lựa chọn tần số của Monochromo

- A: là hệ số chuẩn được cung cấp bởi bộ định chuẩn tần số CD301B

- B: là hệ số chuẩn được cung cấp bởi bộ định chuẩn tần số CD301B

- FC : tần số cố định – được điều chỉnh bằng tay để phù hợp với NPL/NIST

- C: hệ số nhiệt độ - đây là giá trị được thiết lập

- T: nhiệt độ SSM – đo tại thời gian thực hiện đo

- T : nhiệ độ SSM tại thời gian định chuẩn dùng CD 3010

H5.4 Nhiễu tán sắc trung bình toàn phương