Giải pháp tự động gửi tin nhắn sms thông báo tới thuê bao di động quốc tế khi chuyển vùng vào mạng gsm việt nam

Tuy nhiên với tốc độ bit lớn nh- vậy thì mức độ phức tạp của thiết bị ghép kênh và thiết bị điều chế làm cho chi phí sản xuất trở nên quá cao, ngoài ra ảnh h-ởng của các tham số truyền d

Hoµng Anh s¬n

Kü thuËt Wdm vµ kh¶ n¨ng

¸p dông ë viÖt nam

Chuyªn ngµnh : §iÖn Tö - ViÔn Th«ng

LuËn v¨n th¹c sÜ : §iÖn Tö - ViÔn Th«ng

Ng-êi h-íng dÉn khoa hoc :

TS NguyÔn vò s¬n

Hµ Néi - 10/2004

Bên cạnh đó độ tin cậy của mạng cũng là vấn đề đ-ợc đặt ra với các nhà cung cấp mạng, điều đó làm cho mạng truyền dẫn càng trở nên cồng kềnh, phức tạp với nhiều cơ chế bảo vệ và khôi phục l-u l-ợng, dẫn đến việc sử dụng băng tần kém hiệu quả

Để đáp ứng yêu cầu trên, cho đến nay sợi quang vẫn đ-ợc xem là môi tr-ờng lý t-ởng cho việc truyền tải l-u l-ợng cực lớn Có hai giải pháp để mở rộng dung l-ợng truyền dẫn đó là sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo thời gian (TDM) và tăng số l-ợng b-ớc sóng truyền trong sợi quang (WDM)

Ghép kênh theo thời gian là một kỹ thuật đã đ-ợc hoàn thiện, tốc

độ truyền dẫn có thể đạt tới 10Gbps và có thể đạt cao hơn nữa Tuy nhiên với tốc độ bit lớn nh- vậy thì mức độ phức tạp của thiết bị ghép kênh và thiết bị điều chế làm cho chi phí sản xuất trở nên quá cao, ngoài ra ảnh h-ởng của các tham số truyền dẫn đến chỉ tiêu của hệ thống tăng cùng tốc

độ bit, tán sắc sợi quang sẽ làm giảm cự ly đoạn lặp đáng kể khi độ rộng xung phát hẹp, tăng công suất phát cũng làm tăng ảnh h-ởng của các hiệu ứng phi tuyến làm ảnh h-ởng tới chất l-ợng truyền dẫn Khi tốc độ truyền dẫn từ 10Gbps trở lên ảnh h-ởng của tán sắc phân cực mode sẽ làm thay

đổi các chỉ tiêu hệ thống và giới hạn cự ly truyền dẫn

Trong hệ thống thông tin điểm nối điểm thông th-ờng tr-ớc đây, một sợi quang chỉ truyền dẫn một b-ớc sóng, với một nguồn phát quang ở phía phát, một bộ tách sóng quang ở phía thu Với hệ thống nh- vậy, dải

các sợi truyền dẫn quang có thể truyền dẫn với suy hao nhỏ

Một ý t-ởng hoàn toàn có lý khi cho rằng có thể truyền dẫn đồng thời nhiều tín hiệu quang từ các nguồn quang khác nhau có các b-ớc sóng phát khác nhau cho các nguồn thông tin độc lập Kỹ thuật ghép kênh theo b-ớc sóng WDM sẽ thực hiện ý t-ởng này, trong đó mỗi b-ớc sóng có thể mang các kiểu l-u l-ợng khác nhau nh- các tốc độ STM-n của SDH, ATM hoặc Ethernet Gigabit …, điều này có nghĩa là hệ thống WDM có giao diện mở Đặc điểm này làm cho WDM thích ứng linh hoạt trong môi tr-ờng l-u l-ợng hoà trộn và mẫu l-u l-ợng thay đổi Do đó WDM trở thành công nghệ tất yếu trong mạng truyền dẫn, hay cụ thể hơn là công nghệ tạo ra lớp mạng quang trong t-ơng lai

Hiện nay trên thế giới đã có nhiều nhà cung cấp thiết bị WDM nh- Siemens, Alcatel, Nortel, NEC, Fujitsu …, việc lựa chọn thiết bị từ nhà cung cấp nào để sử dụng có hiệu quả nhất đối với các tuyến thông tin

đ-ờng trục quốc gia trên cơ sở mạng cũ cũng là một vấn đề quan trọng cần phải đặt ra

ở Việt Nam, chúng ta đã nâng cấp dung l-ợng đ-ờng trục Hà Nội – TP.Hồ Chí Minh lên tốc độ 20Gbps sử dụng kỹ thuật WDM Việc triển khai kỹ thuật này trong mạng truyền dẫn sẽ đ-ợc thúc đẩy nhanh chóng trên mọi tuyến đ-ờng trục và cả các tuyến nội tỉnh, tại những nơi nhu cầu l-u l-ợng đang gia tăng nhanh chóng

Trong khuôn khổ của cuốn luận văn này, tác giả giới thiệu đến bạn

đọc một cách hệ thống từ nguyên lý cơ bản nhất kỹ thuật ghép kênh theo b-ớc sóng, phân tích các thông số quan trọng khi triển khai hệ thống WDM đến ph-ơng pháp thiết kế và lựa chọn giải pháp phù hợp khi xây dựng các tuyến truyền dẫn quang WDM ở n-ớc ta

Ch-ơng I: Cơ sở ghép kênh theo b-ớc sóng - Đề cập đến các

nguyên lý từ cơ bản đến hiện đại nhất đã và đang đ-ợc sử dụng trong các thiết bị quang ghép b-ớc sóng

Ch-ơng II: Một số thông số cần quan tâm trong hệ thống thông

tin quang ghép b-ớc sóng – Phân tích các yếu tố ảnh h-ởng đến hệ thống thông tin quang ghép b-ớc sóng

Ch-ơng III: Các phần tử trong hệ thống thông tin quang ghép

b-ớc sóng - Đề cập đến các thiết bị trong mạng WDM

Ch-ơng IV: Ph-ơng pháp thiết kế tuyến truyền dẫn quang ghép

b-ớc sóng – Khảo sát hiện trạng các tuyến viễn thông đ-ờng trục n-ớc

ta Phân tích các yêu cầu thực hiện khi thiết kế tuyến truyền dẫn quang ghép b-ớc sóng Đề xuất giải pháp nâng cao dung l-ợng tuyến trục sử dụng thiết bị truyền dẫn quang WDM

Do điều kiện có hạn, đề tài chỉ đ-a ra ph-ơng pháp thiết kế mà không đi vào xây dựng một tuyến thông tin cụ thể, trên cơ sở đó áp dụng vào các dự án mở rộng dung l-ợng hoặc triển khai mới các thiết bị WDM trên tuyến đ-ờng trục n-ớc ta

Hà nội, ngày 15 tháng 10 năm 2004

Hoàng Anh Sơn

i’

A

r

Ch-ơng I: Cơ sở ghép kênh theo b-ớc sóng

1.1 Thiết bị WDM làm việc theo nguyên lý tán sắc góc

Các thiết bị quang theo nguyên lý tán sắc góc bao gồm: lăng kính, cách

tử quang, cách tử Bragg Theo nguyên tắc này, các b-ớc sóng khác nhau sẽ

đ-ợc tách thành các h-ớng khác nhau theo nguyên tắc tán sắc góc

1.1.1 Dùng lăng kính làm phần tử tán sắc góc

Trong giai đoạn đầu của kỹ thuật WDM ng-ời ta th-ờng dùng lăng kính

để làm phần tử tán sắc góc Do hiện t-ợng chiết suất phụ thuộc vào b-ớc sóng

vào sẽ bị lăng kính phân thành các tia sáng đơn sắc khác nhau theo các h-ớng khác nhau ở đầu ra theo định luật Sneel (sự phụ thuộc của chiết suất vật liệu làm lăng kính theo b-ớc sóng)

i r

A dn

d

di

cos / cos

i

1.1.2 Dùng cách tử làm phần tử tán sắc góc

1.1.2.1 Nguyên lý sử dụng cách tử làm phần tử tán sắc góc

Do nh-ợc điểm không tách đ-ợc các tia sáng có b-ớc sóng gần nhau nên lăng kính ngày nay không đ-ợc sử dụng trong công nghệ WDM nữa, thay vào đó ng-ời ta sử dụng cách tử nhiễu xạ làm phần tử tán sắc góc Cách tử

đ-ợc cấu tạo bao gồm nhiều rãnh, trên bề mặt của các rãnh này đ-ợc phủ một lớp phản xạ, số l-ợng rãnh trên cách tử có thể lên tới vài nghìn rãnh trên 1nm

Khi rọi ánh sáng lên trên bệ mặt cách tử, ngoài hiện t-ợng nhiễu xạ tức

là hiện t-ợng tia sáng lệch khỏi ph-ơng truyền thẳng khi gặp cách tử còn có hiện t-ợng giao thoa của các tia sáng bị phản xạ bởi bề mặt cách tử làm cho

Hình 1.2 Sử dụng cách tử để tách b-ớc sóng

đơn sắc ở đầu vào, sau khi qua cách tử sẽ đ-ợc tách thành các tia sáng đơn sắc

ở đầu ra theo các góc khác nhau Khác với lăng kính, cách tử nhiễu xạ cho các góc tán sắc lớn hơn

Khi giải ghép kênh (tách b-ớc sóng) bằng cách tử, nguồn sáng tới gồm nhiều b-ớc sóng từ sợi quang sẽ đ-ợc tách ra thành các tia đơn sắc t-ơng ứng với các b-ớc sóng đ-ợc truyền trên sợi theo các góc khác nhau Trái lại, khi

 n

 1

 1 , ,  n

Cách tử

Hình 1.3 là cấu hình đơn giản của một bộ thép kênh của Finke Trong

đó, đầu mảng sợi quang đ-ợc đặt tại tiêu cự của một thấu kính tròn, phần tử tán sắc góc grating đ-ợc đặt tại tiêu cự bên kia của thấu kính đó Bộ giải ghép kênh thực tế loại này đã thực hiện tách từ 4 đến 6 kênh với suy hao khoảng 1,2

đến 1,7 dB (triển vọng có thể tách đ-ợc 10 kênh)

Thấu kính tròn

Đầu mảng sợi

Cách tử

Hình 1.3 Sơ đồ bộ tách ghép kênh grating của Finke

Hình 1.4 là bộ tách kênh cấu tạo gồm một lăng kính chiết suất gradient

đặt tr-ớc một phần tử tán sắc góc là một cách tử phẳng Bộ tách kênh này đã

đ-ợc chế tạo để tách 5 kênh với suy hao từ 0,9 đến 2 dB

Trên hình 1.5, đầu mảng các sợi quang đ-ợc đặt tr-ớc một khe đã đ-ợc quang khắc trên mặt cách tử phản xạ phẳng đặt vuông góc với các rãnh cách

tử G-ơng lõm có tác dụng làm thay đổi h-ớng của bất kỳ một tia đa b-ớc sóng phân kỳ nào thành một tia song song quay trở lại cách tử, tia này khi đến cách tử sẽ bị tán sắc và phản xạ trở lại g-ơng, phản xạ một lần nữa, tạo ảnh

trên vùng mảng sợi quang tuỳ thuộc vào giá trị từng b-ớc sóng Cấu trúc này

có hệ số hội tụ và truyền đạt bằng 1; vì vậy, hiệu suất ghép khá cao, đặc biệt nếu sử dụng g-ơng parabol thì quang sai rất nhỏ, gần bằng 0

Số l-ợng các kênh có thể ghép trong thiết bị phụ thuộc nhiều vào phổ của nguồn quang: từ năm 1993 đã có thể ghép đ-ợc 6 kênh (đối với nguồn LED), 22 kênh (đối với nguồn Laser); nếu sử dụng kỹ thuật cắt phổ của nguồn phát LED để nâng cao số kênh ghép thì có thể ghép tới 49 kênh Đối với nguồn đơn sắc, suy hao xen của thiết bị ghép rất nhỏ (<2 dB), và có thể đạt

đến 0,5 dB cho thiết bị đơn mode vùng b-ớc sóng 1540 nm đến 1560 nm

Hình 1.4 Bộ tách – ghép kênh với lăng kính Grin và Grating phẳng

 1

 1 ,  2

 2

Cách tử Lăng kính chuẩn

Hình 1.5 Tách – ghép kênh với Grating khe quang khắc và g-ơng lõm

Một ứng dụng của cách tử lõm nh- chỉ ra trên hình 1.6, thiết bị loại này

có vẻ nh- đơn giản hơn vì không sử dụng phần tử hội tụ quang (thấu kính hoặc lăng kính) Thiết bị loại này đã thực hiện ghép 4 kênh, suy hao 2,6 dB; nó có nh-ợc điểm là quang sai không ổn định trong dải phổ rộng

Tóm lại thiết bị WDM dùng cách tử nh- phần tử tán sắc góc để ghép b-ớc sóng th-ờng sử dụng theo cách nh- chỉ ra trên các hình 1.3 đến 1.6

tách-Sự kết hợp giữa cách tử tán sắc góc và g-ơng lõm phản xạ nh- đề cập trên hình 1.5; nếu dùng g-ơng lõm là g-ơng parabol thì có thể hiệu chỉnh quang sai, với hai vật liệu chế tạo có hệ số tán sắc nh- nhau thì quang sai hình học có thể đ-ợc hiệu chỉnh, không sinh ra b-ớc sóng mới (hiện t-ợng đổi màu)

Các sợi đầu ra

Hình 1.6 Bộ ghép kênh dùng cách tử có hiệu chỉnh quang sai tính tr-ớc

Cách tử lòng chảo

Sợi vào

1.1.2.3 Cách tử Bragg

Cách tử sợi Bragg thông th-ờng tr-ớc đây khó sản xuất đ-ợc với độ dài sợi quá 15 cm, do hạn chế về chiều dài sợi cách tử đối với bán kính chùm tia Laser hoặc do chiều dài của mặt nạ pha Cách tử sợi Bragg dài có pha liên tục

đ-ợc sản xuất vào năm 1995 (do Raoul Stubbe, Thụy điển chế tạo và công

bố), chi tiết có thể tìm thấy trong – Long-length fiber Bragg grating usher in new era, James F Brenna III 3 M Systems Division-Lightwave Magazine, March 2000”

ứng dụng cách tử sợi Bragg trong module xen-rẽ b-ớc sóng:

Cách tử sợi Bragg là cách tử đ-ợc chế tạo ngay bên trong sợi quang Công nghệ chế tạo hiện tại đã cho phép thay đổi các thông số nh- độ dài cách

tử, chiết suất có thể đ-ợc điều biến theo yêu cầu, tạo nên cách tử sợi quang nhiều bậc nh- b-ớc ren Nhờ đó một số lớn các bộ lọc đ-ợc tạo ra với các thông số khá hoàn thiện, từ cách tử điều chỉnh độ bù tán sắc (DCGs: dispersion-compen sating grating) đến cách tử dùng trong công nghệ DWDM với độ rộng kênh b-ớc sóng đạt đ-ợc là 50 GHz Mặc dù có hai ph-ơng pháp

điều khiển b-ớc sóng xen rẽ đối với thiết bị sử dụng sợi cách tử Bragg: bằng

điều khiển nhiệt hoặc thay đổi độ nén-dãn của sợi bằng tải cơ (mechanically loading the fiber in compression or tension), song cách thứ hai đạt đ-ợc tốc độ

điều chỉnh cao hơn

Điều chỉnh b-ớc sóng xen rẽ dùng cách tử sợi Bragg mang lại nhiều -u

điểm cho thiết bị OADM Trong đó, đặc biệt là suy hao xen của thiết bị thấp,

đặc tính phổ của bộ lọc có dạng bộ lọc thông BPF với khả năng đạt đ-ợc khoảng cách kênh b-ớc sóng là 50 GHz, đó là một tính năng hoàn toàn thuyết phục

ứng dụng cách tử sợi Bragg trong bù tán sắc:

Phổ một xung quang chứa nhiều thành phần b-ớc sóng khác nhau, khi truyền xung dọc sợi quang, thành phần b-ớc sóng ngắn sẽ đi nhanh hơn thành

phần b-ớc sóng dài, đây chính là hiệu ứng tán sắc, làm giãn phổ xung quang

đó và có thể gây xuyên kênh lên các xung quang lân cận Tr-ớc đây đã có nhiều giải pháp bù tán sắc nh- dùng sợi bù tán sắc DCF nh-ng cách này thực

ra còn nhiều nh-ợc điểm nh- gây suy hao lớn, gây ra các hiệu ứng phi tuyến khác…

Gần đây, cách tử bù tán sắc đã đ-ợc xem là giải pháp có nhiều hứa hẹn B-ớc cách tử trong cách tử bù tán sắc đ-ợc dịch đi để phản xạ các b-ớc sóng chậm (b-ớc sóng dài) tr-ớc khi các thành phần b-ớc sóng nhanh (b-ớc sóng ngắn) đi đến cuối cách tử sợi và bị phản xạ trở lại (xem hình 1.7) Module bù tán sắc kiểu này cũng sẽ làm cho co xung đã bị giãn rộng ra tr-ớc khi đ-ợc truyền đi tiếp hoặc đ-ợc xử lý Nếu sợi cách tử càng dài, mức bù tán sắc càng lớn và phổ thiết bị có thể làm việc càng đ-ợc mở rộng Nếu quá trình chế tạo sợi không tốt sẽ gây hiện t-ợng nhấp nhô (ripple) đối với trễ nhóm tín hiệu quang, do đó có thể làm sai khác đi việc bù tán sắc của thiết bị

Suy hao của module bù tán sắc kiểu này gây ra bởi: suy hao cố định của Circulator và chỗ ghép nối (tổng này <2dB), suy hao do Cách tử sợi Bragg phụ thuộc vào độ dài, sẽ khoảng 0,3 dB/m (theo công nghệ chế tạo cảm ứng tia cực tím UV-induced của 3M) Ngoài ra, suy hao này cũng phụ thuộc dải b-ớc sóng làm việc -u thế của module bù tán sắc dùng cách tử sợi Bragg so với bù tán sắc dùng sợi DCF đ-ợc cho thấy trong bảng 1.1

Hình 1.7 Nguyên lý cách tử bù tán sắc Bragg

cực tiểu

Suy hao thông th-ờng

Suy hao cực đại

Với những -u thế nh- vậy, thiết bị bù tán sắc bằng cách tử sợi Bragg đã

đ-ợc chế tạo hàng loạt nhờ quá trình chế tạo cách tử điều khiển bằng phần mềm máy tính (computer-driven), chúng sẽ trở thành các module không thể thiếu trong các thiết bị WDM thế hệ 2 nh- OADM, khuếch đại quang EDFA

2 tầng có bù tán sắc…

1.2 Các bộ lọc điện môi trong thiết bị WDM

1.2.1 Ph-ơng pháp lọc điện môi đa lớp sử dụng trong WDM

Các bộ lọc phân tách góc tia sáng cho một hoặc vài b-ớc sóng truyền qua hay phản xạ khi truyền tới một dải nhiều b-ớc sóng Có hai loại bộ lọc

cho b-ớc sóng dài qua LWPF Các bộ lọc này gồm các lớp điện môi xen kẽ chiết suất cao H, thấp L trên cùng một phiến đế Mỗi lớp có bề dầy quang ne=

Hình 1.9 Đặc tính phản xạ của bộ lọc LWPF ch-a hiệu chỉnh

Bộ lọc thông dải BPF đ-ợc sử dụng nhiều trong WDM thế hệ 1 rất phù hợp với các nguồn phát dải hẹp nh- laser Có thể đạt đ-ợc độ rộng dải thông

1,3 1,2

Bậc 1:

Hình 1.10 Đặc tính truyền dẫn bộ lọc SWPF ch-a hiệu chỉnh

1.2.2 Các thiết bị lọc điện môi đa lớp

Thiết bị lọc điện môi đa lớp có thể ghép trực tiếp giữa các sợi quang, hoặc sử dụng hệ thống hội tụ quang Hình 1.11 là ghép sợi quang trực tiếp qua các bộ lọc l-ỡng h-ớng sắc trên bề mặt của một sợi quang Đây là cấu trúc lớp

bộ giải ghép 4 kênh sử dụng 3 bộ lọc cấp một:

S

H L H H

L H H L

H S

2 9

2

2 2 015 1 2 2 2 2 015

đơn mode có suy hao xen khoảng 0,5 dB đến 2 dB

Hình 1.12 là bộ ghép kênh sử dụng các thấu kính tròn và phản xạ giữa các mặt phẳng song song Các thấu kính tròn hội tụ các tia song song đi ra

Thấu kính tròn

BPF (1)

BPF (2)

Hình1.12 Thiết bị lọc tách b-ớc sóng sử dụng thấu kính tròn

1.3 Một số kỹ thuật khác đ-ợc sử dụng trong ghép WDM

1.3.1 Các thiết bị WDM ghép sợi

Các thiết bị WDM ghép sợi phù hợp hơn đối với các sợi đơn mode vì có thể tránh đ-ợc quang sai, suy hao do các quá trình xử lý chùm sáng qua các

đoạn phản xạ, chuẩn mực, hội tụ gây ra

Xét cho tr-ờng hợp ghép hai sợi đơn mode giống nhau Hệ số ghép của hai mode HE11 giữa hai sợi đơn song song với khoảng cách lõi h sẽ là:

v K

a vh K v

u n h

1

0 2 2 2 1

/



Trong thực tế ghép theo độ dài z biến đổi nên công suất ghép sẽ là:

Có thể thực hiện WDM ghép sợi bằng hai ph-ơng pháp: nung nóng chảy các sợi kề nhau hoặc đánh bóng chỗ tiếp xúc giữa hai sợi

Trong kỹ thuật đánh bóng, mỗi sợi đ-ợc lắp vào một thấu kính đã đục cong sẵn có đ-ờng kính cong th-ờng là 25 cm nên dạng này còn gọi là ghép khối

Khi hai sợi ghép là nh- nhau thì hiệu suất ghép là tuần hoàn của b-ớc sóng, khoảng cách kênh cực tiểu giữa hai b-ớc sóng đ-ợc phân tách là:

0L c



Trong đó (C0L)/  là đạo hàm của hệ số ghép theo b-ớc sóng và L là khoảng cách hiệu dụng đoạn ghép

Khi hai sợi ghép khác nhau thì hiệu suất ghép không tuần hoàn nên có

Trong cấu trúc nóng chẩy, đoạn ghép đ-ợc kéo dài cho đến khi giá trị ghép theo yêu cầu đạt đ-ợc ở những b-ớc sóng đã định Ví dụ ghép nóng chẩy 1300/1500nm có độ dài ghép 20nm, suy hao xen nhỏ khoảng 0,04dB Đ-ờng cong truyền dẫn của thiết bị này trên hình 1.13

Khi cần ghép nhiều hơn hai b-ớc sóng phải ghép nối tiếp các bộ ghép, Hình 1.14 là cách ghép bốn b-ớc song: 1320, 1280, 1240 và 1200nm

Các thiết bị WDM ghép sợi phù hợp với các bộ ghép kênh hơn, suy hao phổ biến ở mức 4 đến 6 dB Đối với bộ giải ghép kênh, yêu cầu xuyên kênh phải nhỏ, th-ờng thích hợp với các thiết bị grating vi quang

1.3.2 Kỹ thuật dùng chung chức năng quang SOFT

(SOFT: shared optical function technolopy)

Ghép kênh hoặc ghép nối bình th-ờng qua một hệ thống quang 2 hoặc 3 h-ớng khác nhau đều liên quan tới sợi truyền dẫn và các sợi vào hoặc sợi ra Trong WDM, sợi truyền dẫn đ-ợc đặt theo b-ớc sóng ở các vị trí mặt phẳng

hội tụ khác nhau của grating hoặc của tập các bộ lọc điện môi đa lớp Các vị trí này đ-ợc phân cách nhờ một vài mắt hội tụ (lens) Có thể thực hiện một số ghép nối hoặc ghép kênh cơ sở qua các mắt hội tụ nh- thế Các thành phần ghép đó đ-ợc gọi là SOFT

 '



 '



 '



 '



 '



 '



 '



 2 7

ƯWDM 

7 sợi truyền dẫn

Các sợi vào/ra

14 buớc sóng ghép

Hìn1.15 Các bộ ghép SOFT 2 b-ớc sóng

Trong thành phần SOFT, một mắt ghép đ-ợc sử dụng trên một tập các sợi p đặt trong các bộ phận n+1 sợi Trên hình 1.15 là ví dụ một mảng p=21 sợi, ghép đôi một sợi thành n=2 sợi, sẽ có 7 bộ ghép đôi (p/n+1)

ứng dụng kỹ thuật này có thể giảm đ-ợc giá thành cho các hệ thống có một số bộ ghép đặt trong cùng một vùng, cùng cơ quan hoặc cùng trạm đầu cuối từ xa

Trên một thiết bị SOFT cố định, mỗi một tập các sợi vào ra các b-ớc sóng khác nhau, nghĩa là các bộ ghép kênh phức tạp không nhất thiết phải nh- nhau Điều này khá thuận lợi cho các thiết bị nhiều kênh

Hình 1.16 là ứng dụng thực tế của ph-ơng pháp SOFT đối với thiết bị ghép kênh grating và quan hệ giữa các sợi vào, ra và các b-ớc sóng của bộ ghép 3 đ-ờng

Một tập p sợi đặt trong mặt phẳng hội tụ F của hệ thống quang có các thấu kính hội tụ O và các cách tử R, i và j là cặp sợi vào ra bất kỳ Có thể thực

hiện ghép một sợi vào, nhiều sợi ra Trên hình 1.16b thực hiện phân chia 1vào,

Hình 1.16 Ghép kênh Grating nhiều sợi theo ph-ơng pháp SOFT

Kỹ thuật SOFT ứng dụng khá hiệu quả trong các thiết bị quang tổ hợp, ghép nhiều kênh Thông th-ờng trong thiết bị ghép kênh, ghép với các chuỗi sợi quang chồng lên nhau từng đôi một gọi là ghép kênh kép Trong thực tế ng-ời ta đã chế tạo một mảng 50 sợi song song cùng với các rãnh grating và tạo ảnh 50 vùng phổ trên các bộ tách sóng, t-ơng đ-ơng nh- 50 bộ ghép kênh, mỗi bộ có vài trăm b-ớc sóng

O

R

1.3.3 Bộ ghép kênh điều h-ởng đ-ợc (tunable):

Trong một số mạng dịch vụ khách hàng, các dịch vụ khác nhau đ-ợc phát chung trên mạch với các b-ớc sóng khác nhau, khách hàng chọn một trong các dịch vụ qua bộ giải ghép điều h-ởng đ-ợc Bộ ghép kênh nh- thế có thể là grating nhiễu xạ điều h-ởng áp điện, các thiết bị lọc Fabry-Perot, thiết

Các tia song song ở phía ngoài làm thành góc i với ph-ơng pháp tuyến của bản phẳng C-ờng độ tín hiệu quang truyền theo h-ớng i sẽ là:

 

2 2

1

sin41

11

R

R R

T I

Việc chọn phổ (tunable) có thể thực hiện bằng cách thay đổi n hoặc i Các b-ớc sóng có thể đ-ợc chọn lọc rất dễ ngay cả khi chúng đặt rất sát nhau

Khi sử dụng hai hoặc nhiều bộ lọc Fabry-Perot thành chuỗi, có thể thay

đổi đ-ợc khoảng cách giữa các đỉnh hàm truyền với độ phân giải cho phép Gần đây việc điều h-ởng đ-ợc thực hiện bằng cách thay đổi khoảng cách t nhờ áp điện

Trong các bộ lọc Fabry-Perot tinh thể lỏng, có thể thay đổi chiết suất n bằng điện áp điều khiển nhỏ Thực tế khi sử dụng 2 bộ lọc này có thể đạt đ-ợc

độ phân giải nhỏ hơn 0,2nm

1.3.3.2 Thiết bị lọc quang âm (tunable acousto-optic filters)

Bộ lọc gồm: Thạch anh LiNbO3 b đặt giữa hai bản cực a, c song song dọc theo trục Z và một bộ phân tích trên hình 1.18

Hình 1.18 Bộ lọc quang âm

Tr-ờng điện giữa hai bản cực tạo ra sóng âm trong môi tr-ờng chiết suất đặc biệt h-ớng từ bản a tới bản c theo trục Y, theo h-ớng lan truyền của sóng ánh sáng Trong thạch anh xảy ra t-ơng tác giữa sóng ánh sáng và sóng

âm

Sóng quang tới có tr-ờng là:

Tr-ờng sóng âm sẽ là:

Sóng âm t-ơng tác với sóng quang tới, sinh ra các sóng quang c-ỡng

suất bình th-ờng và nex là chiết suất đặc biệt, hệ số điều khiển pha: kex + ka =

T-ơng ứng với trạng thái phân cực chéo, sóng ánh sáng sẽ qua bộ phân

h-ởng đ-ợc th-ờng đ-ợc sử dụng trong chuyển mạch gói và chuyển mạch chọn lọc b-ớc sóng (optical switch hoặc optical router)

1.3.4 AWG và những nét mới về công nghệ trong thiết bị WDM:

Nhìn lại suốt quá trình phát triển của WDM, ta thấy những tiến bộ v-ợt bậc về mặt công nghệ trong việc nghiên cứu chế tạo thiết bị WDM Mới đầu chỉ là các bộ tách-ghép kênh dùng lăng kính hoặc cách tử đơn giản với số kênh cho phép là 4 Đến nay, các sản phẩm th-ơng mại của một số hãng đã chào mời với số kênh b-ớc sóng ghép là 80, trong phòng thí nghiệm, ng-ời ta

đã thực hiện ghép 170 b-ớc sóng cho một tuyến truyền dẫn WDM dung l-ợng

1 Tera bps qua một sợi đơn mode chuẩn (SSMF) Khoảng cách kênh b-ớc sóng, cũng vì vậy đã giảm đi từ con số lúc đầu là 400 GHz, nay xuống chỉ còn

50 GHz

Một trong những ý t-ởng để đạt đ-ợc chi phí thấp nhất cho một chức năng quang là công nghệ vi mạch quang PLC, giống nh- ý t-ởng về IC, thực hiện tích hợp hàng loạt chức năng quang trên một đế, tạo ra một vi mạch quang Vi mạch quang sẽ bao gồm nhiều mạch quang (optical circuits) trên một đế Silic, đ-ợc sản xuất nhờ các công nghệ cực kỳ tiên tiến trong lĩnh vực công nghiệp quang bán dẫn Nhờ vậy, rất nhiều các thành phần quang có thể

đ-ợc chế tạo và tích hợp với nhau thành một chip có những chức năng quang hoàn chỉnh, làm giảm chi phí xét cả về hai ph-ơng diện: sản xuất và lắp ráp thiết bị

Quy trình chế tạo đ-ợc sử dụng trong công nghiệp PLC Đầu tiên, một

dụng trong công nghiệp bán dẫn); sau đó lắng đọng tiếp một lớp đ-ợc gọi là

này đ-ợc in mẫu theo kỹ thuật in quang lito thông th-ờng trong công nghiệp bán dẫn; và phần chính, mẫu dẫn sóng (waveguide) đ-ợc chế tạo trên lớp lõi

đó bằng nhiều kỹ thuật khác nhau Ví dụ, trên hình 1.19, “vệt” waveguide

đ-ợc tạo ra bằng kỹ thuật quang khắc; có thể tạo ra thêm nhiều waveguide nh- vậy bằng việc phân bố hình học và tạo lớp (giống nh- trong sản xuất IC),

sử dụng các kỹ thuật khắc khác nhau Sau cùng, một lớp cladding khác sẽ

đ-ợc phủ lên lớp có khắc các mẫu waveguide, lớp phủ trên cùng này cũng có

vào chỉ số hiệu dụng  của phần tử dẫn b-ớc sóng waveguide Tuy nhiên, nh-

sẽ đề cập đến d-ới đây, waveguide vẫn có những cái không hoàn hảo của nó,

đó là do bề mặt quang khắc vẫn có độ rỗ; hoặc do sự dao động của nhiều chỉ

số nh- chiết suất, độ sâu quang khắc… đều dẫn đến những giới hạn của sản phẩm

Hình1.19 Cấu tạo của một Waveguide trên nền đế Silic

Từ một cấu trúc dẫn sóng waveguide đơn giản nh- đề cập ở trên, có thể chế tạo đ-ợc rất nhiều các vi mạch quang phức tạp khác Có thể tích hợp rất nhiều chức năng quang phức tạp khác trên cùng một phiến đế Các chức năng

đó có thể là: phần tử tách rẽ b-ớc sóng; các coupler quang; tap; phần tử chuyển mạch; các bộ suy giảm điều chỉnh đ-ợc; các phần tử khuếch đại; hay bất cứ một phần tử cần thiết nào của một module nh- OADM hoặc các bộ bù tán sắc động (Dynamic Dispersion Compensators)

Phần tử định tuyến b-ớc sóng AWG lần đầu tiên đ-ợc Smit công bố vào năm 1988 (M.K Smit, “New forcusing and dispersive planar component base

on optical phased array”, Electronics Letters, 24, 385 – 1998), sau đó đã

đ-ợc triển khai rộng trong các thiết bị WDM AWG là một minh chứng cho

mức độ tích hợp của vi mạch quang

(1)

(2)

(4) (5) (6) (3)

Hình1.20 Cấu trúc cơ bản của một AWG

Đế Silic Clading đáy

Clading

Lớp lõi

Các sản phẩm AWG th-ơng mại lên tới 40 kênh b-ớc sóng với khoảng cách kênh 100 GHz hoặc 50 GHz đã đ-ợc nhiều hãng chào mời cho các nhà sản xuất thiết bị WDM Nếu so sánh nó với một module dùng công nghệ lọc

điện môi (thin film filters) thì sẽ thấy rõ hơn -u thế của AWG Để lọc tách 40 b-ớc sóng, module dùng công nghệ lọc điện môi dùng tới 39 bộ lọc, và còn tới 120 các phần tử mở rộng và tái hội tụ chùm tia Trong khi đó, AWG 128 b-ớc sóng khoảng cách 25 GHz đã đ-ợc thử nghiệm trong các phòng thí nghiệm Hơn nữa, một -u thế khác của AWG là: suy hao xen của nó không tăng tuyến tính theo số kênh b-ớc sóng giống nh- là hiện t-ợng đã xảy ra đối với các bộ tách-ghép sử dụng lọc điện môi màng mỏng hay dùng cách tử Bragg Rõ ràng, tại thời điểm hiện nay, AWG đang là giải pháp tốt nhất cho các sản phẩm WDM mật độ kênh cao

Quay trở lại những điều đã đề cập trên đầu đề mục này, ta thấy mức độ tích hợp trong các chip rất gây ấn t-ợng, nó giống nh- các IC vậy Các phần tử cơ bản nhất của một AWG đ-ợc chỉ ra trong hình 1.20, Tín hiệu quang đ-ợc dẫn bởi các phần tử dẫn sóng “waveguide”(1) tới vùng thấu kính “lens region” (2), các thấu kính trong vùng 2 này sẽ chia công suất quang ra thành 100 waveguide khác nhau trong vùng ma trận cách tử “grating array” (3) Mỗi waveguide trong miền grating array có sai lệch về độ dài chính xác là L so với các waveguide lân cận Do đó, tín hiệu quang trong mỗi waveguide sẽ cực

đại tại mỗi thời điểm trễ pha khác nhau tại đầu ra (4) của grating array cho bởi công thức:

đ-ợc hội tụ tại các waveguide khác nhau của đầu ra (6) của AWG Để AWG hoạt động ổn định và đạt các yêu cầu nh- lý thuyết chỉ ra, tất cả 100 phần tử quang trên chip đều phải đ-ợc chế tạo chính xác, điều này phụ thuộc vào công nghệ in lito quang (photolithography) và công nghệ chế tạo bán dẫn

Hình 1.22 AWG và băng thông dạng Gaussian

Nomal AWG

Flat-top AWG Insertion

1545 1550 1555 1660

wavelengh (nm)

Insertion

loss (dB)

Bình th-ờng, dạng của bộ lọc băng thông của AWG thay đổi theo b-ớc sóng làm việc Điều này có thể hiệu chỉnh bởi việc thiết kế các waveguide tại

đầu ra và đầu vào của AWG Hai dạng phổ biến của bộ lọc thông của AWG

đ-ợc vẽ trên hình 1.21 Dạng đầu là dạng thông th-ờng, hay còn gọi là dạng

bộ lọc thông dải Gaussian, dạng này cho suy hao xen của AWG thấp, song nó lại đòi hỏi phổ của Laser nguồn thật hẹp và ổn định, tránh ra khỏi đỉnh của phổ Hơn nữa, với các ứng dụng mà tín hiệu phải đi qua nhiều AWG, nh- thiết

bị OADM chẳng hạn, hiệu ứng nhân nhiều lần chức năng của bộ lọc làm giảm giải thông đi rất nhiều Một ví dụ về phổ tín hiệu sau khi qua AWG bộ lọc Gaussian đ-ợc chỉ ra trong hình 1.22, AWG lọc tách-ghép 20 kênh b-ớc sóng

và khoảng cách kênh là 200 GHz

Hình 1.23 AWG và băng thông dạng Flat-top

Dạng phổ lọc thứ hai của AWG là loại “flat-top”, có phổ rộng và phẳng hơn (dải b-ớc sóng làm việc rộng ra) Với AWG có phổ vùng b-ớc sóng công tác nh- vậy, suy hao xen đối với mọi b-ớc sóng trong dải sẽ nh- nhau, nên

1225 1530 1535 1540 1545 1550 1555 1560 1586

wavelength (nm)

0

- 5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50

Laser nguồn lúc này có thể có dung sai lớn hơn tại b-ớc sóng làm việc, vả lại, hiệu ứng nhân bộ lọc cũng không gây ảnh h-ởng nh- đối với tr-ờng hợp bộ lọc dạng Gaussian Tuy nhiên, suy hao xen của AWG băng Gaussian, khoảng

2 đến 3 dB Hình 1.23 cho thấy phổ của 16 b-ớc sóng với khoảng cách kênh

100 GHz đ-ợc ghép bởi AWG loại flat-top

Cũng giống nh- mọi thiết bị lọc tách-ghép b-ớc sóng khác đã đ-ợc đề cập, AWG tách-ghép không thể hoàn toàn lý t-ởng, có thể thấy rõ điều này qua hai ảnh phổ ở trên Nếu khoảng cách kênh quá hẹp sẽ gây xuyên âm, phổ tín hiệu từ kênh quang này sẽ lấn sang phổ của kênh lân cận Càng ở mức công suất thấp, phổ của kênh càng rộng ra, tạo nên vùng nhiễu nền Một số các tham số đánh giá chất l-ợng của AWG là: suy hao xen, dải b-ớc sóng làm việc, khoảng cách kênh giữa các b-ớc sóng, độ gợn phổ, tán sắc và các hiệu ứng phân cực (suy hao phụ thuộc phân cực PDL và tán sắc phân cực PMD) Tất cả các tham số trên phải đ-ợc tính toán tối -u cả khi thiết kế AWG và trong quá trình sản xuất

1.4 Kết luận

Còn nhiều kỹ thuật liên quan đến thiết bị WDM khác nh-: các bộ cách

ly quang, các bộ quay pha… ch-a đ-ợc trình bày tại đây Các kỹ thuật đã

đ-ợc trình bày trên đây đang đ-ợc hoàn thiện và tối -u tính năng tại các phòng thí nghiệm quang-quang bán dẫn

Qua những phân tích trên, ta thấy AWG có thể thực hiện nhiều chức năng lọc quan trọng khi đ-ợc tích hợp trên một IC quang, mà nếu chế tạo chúng theo các kỹ thuật lọc tách quang khác thì sẽ khó chịu hơn nhiều Cũng nh- xu h-ớng công nghệ PLC trong nhiều thành phần thiết bị quang chủ động khác, các tập đoàn sản xuất thiết bị quang đang cố gắng tối -u hoạt động của AWG, laser waveguide đa kênh, máy phân tích phổ tổng hợp dùng trong truyền dẫn quang… Các sản phẩm đ-ợc coi là loạt sản phẩm quang thế hệ 2 này đang đ-ợc chào bán bởi nhiều nhà cung cấp

đại có thể sử dụng đ-ợc phụ thuộc vào:

Khả năng của công nghệ hiện có đối với các thành phần quang của hệ thống, cụ thể là:

• Băng tần của sợi quang

• Khả năng tách-ghép của các thiết bị WDM

Khoảng cách giữa các kênh b-ớc sóng: Một số yếu tố ảnh h-ởng đến khoảng cách này bao gồm:

• Tốc độ truyền dẫn của từng kênh

• Quỹ công suất quang

• ảnh h-ởng của các hiệu ứng phi tuyến

Nếu gọi  là khoảng cách giữa các kênh b-ớc sóng thì t-ơng ứng ta sẽ có:

Nh- vậy, tại b-ớc sóng 1550nm, với  = 35nm xét đối với riêng băng

b-ớc sóng là 2,5 GHz, theo định lý Nyquist, với phổ cơ sở của tín hiệu là 2 2,5 = 5 GHz, thì số kênh b-ớc sóng cực đại có thể đạt đ-ợc là N =  f / 5 =

874 kênh trong dải băng tần của một bộ khuyếch đại quang

Đây là số kênh cực đại tính theo lý thuyết đối với băng C Tuy nhiên với mật độ kênh càng lớn đòi hỏi các thành phần quang trên tuyến phải có chất l-ợng càng cao Để tránh xuyên âm giữa các kênh này đòi hỏi phải có những nguồn phát rất ổn định và các bộ thu có độ chọn lọc b-ớc sóng cao Bất kỳ sự dịch tần (chirping) nào của nguồn phát cũng có thể làm dãn phổ sang kênh lân cận

Dựa trên khả năng của công nghệ hiện nay, ITU-T đ-a ra qui định về khoảng cách tối thiểu giữa các kênh b-ớc sóng là 100 Ghz (0,8nm) với tần số chuẩn là 193.1 Thz Mặc dù đã công bố một số loạt sản phẩm mà khoảng cách giữa các kênh b-ớc sóng là < 50 GHz, song các sản phẩm th-ơng mại vẫn chủ yếu theo chuẩn của ITU-T đã nêu

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn ITU-TG.652 về khoảng cách kênh b-ớc sóng

t-ơng ứng (nm)

2.1.2 Xác định độ rộng phổ yêu cầu của nguồn phát

Việc chọn độ rộng phổ của nguồn phát nhằm đảm bảo cho các kênh b-ớc sóng hoạt động một cách độc lập với nhau, hay nói cách khác là tránh hiện t-ợng chồng phổ ở phía thu giữa các kênh lân cận Khoảng cách giữa các kênh này phụ thuộc vào đặc tính của các thiết bị WDM nh- MUX / DEMUX,

bộ lọc, độ rộng phổ nguồn phát và độ dung sai cũng nh- mức độ ổn định của các thiết bị này

Về bản chất, việc ghép các b-ớc sóng khác nhau trên cùng một sợi quang là dựa trên nguyên tắc ghép kênh theo tần số Các kênh khác nhau làm việc ở các tần số quang khác nhau trong cùng băng thông của sợi quang Theo

lý thuyết băng thông của sợi quang rất rộng nên số l-ợng kênh b-ớc sóng ghép đ-ợc rất lớn (ở cả hai cửa sổ truyền dẫn) Tuy nhiên trong thực tế các hệ thống WDM th-ờng đi liền với các bộ khuyếch đại quang sợi và làm việc chỉ

ở cửa sổ sóng 1550nm Nên băng tần của sợi quang bị giới hạn bởi băng tần của bộ khuyếch đại (từ 1530nm đến 1565nm cho băng C; từ 1570nm đến 1630nm cho băng L) Nh- vậy, một vấn đề đặt ra khi ghép là khoảng cách kênh giữa các b-ớc sóng phải thoả mãn đ-ợc yêu cầu tránh cộng phổ của các kênh lân cận ở phía thu Khoảng cách này phụ thuộc vào đặc tính phổ nguồn phát và các ảnh h-ởng khác nhau trên đ-ờng truyền nh- tán sắc sợi, hiệu ứng phi tuyến

Một cách lý t-ởng có thể xem hệ thống WDM nh- là sự xếp chồng của các hệ thống truyền dẫn đơn kênh khi mà khoảng cách giữa các kênh b-ớc sóng đủ lớn và công suất phát hợp lý Mối quan hệ giữa phổ công suất phía thu với phổ công suất nguồn phát đ-ợc thể hiện bởi tham số đặc tr-ng cho sự

tr-ng cho sự t-ơng tác giữa nguồn phát và sợi quang, chúng ta sẽ có công thức:

ở đây:

• B là độ rộng băng tần tín hiệu truyền dẫn(Mbps)

• D là độ tán sắc t-ơng ứng với khoảng cách truyền dẫn (ps/nm)

Xuyên âm tuyến tính: do đặc tính không lý t-ởng của các thiết bị tách

kênh Mức độ xuyên âm này chủ yếu phụ thuộc vào kiểu thiết bị tách sóng

đ-ợc sử dụng cũng nh- khoảng cách giữa các kênh Thực tế thì khoảng cách giữa các kênh lại đ-ợc xác định bởi thiết bị tách kênh và mức xuyên âm cho phép

Xuyên âm phi tuyến: chủ yếu do các hiệu ứng phi tuyến gây nên

2.2 Vấn đề suy hao – Quỹ công suất của hệ thống thông tin WDM

Trong bất kỳ hệ thống nào thì vấn đề quan trọng là phải đảm bảo đ-ợc

tỷ số S/N sao cho đầu thu có thể thu đ-ợc tín hiệu với một mức BER cho phép Tr-ớc đây, khi ch-a có khuyếch đại quang, suy hao tín hiệu trên đ-ờng truyền (do suy hao sợi quang, suy hao hàn nối, suy hao do các thành phần quang thụ

động…) sẽ đ-ợc bù lại thông qua việc sử dụng các trạm lặp điện 3R, quá trình này thực hiện t-ơng đối phức tạp Tuy nhiên, khi khuyếch đại quang ra đời, việc đảm bảo quỹ công suất cho hệ thống không còn khó khăn nữa, vấn đề quan trọng là thiết kế và bố trí các bộ khuyếch đại quang sao cho thích hợp

Khi ch-a có khuyếch đại quang sợi, việc tính toán thiết kế tuyến thông tin quang có nhiều khó khăn hơn, do sự phức tạp phải tính toán thực hiện khuyếch đại điện 3R Để thực hiện khuyếch đại điện (tại các trạm lặp), phải tách tất cả các kênh b-ớc sóng (nhờ thiết bị DEMUX), biến đổi các kênh b-ớc sóng này thành tín hiệu quang, sau đó mới thực hiện ghép các b-ớc sóng này lại với nhau (nhờ thiết bị MUX)

Nh- vậy, quá trình này (3R) không những chỉ làm cho số l-ợng thiết bị trên tuyến tăng lên rất nhiều mà còn làm giảm quỹ công suất của tuyến (do suy hao xen của các thiết bị tách-ghép b-ớc sóng là t-ơng đối lớn) Sự ra đời của EDFA đã làm giảm bớt số trạm lặp trên tuyến rất nhiều, với khả năng khuyếch đại đồng thời nhiều b-ớc sóng EDFA đặc biệt thích hợp với các hệ thống WDM

2.3 Vấn đề tán sắc – bù tán sắc

Bản chất của tán sắc là sự giãn phổ của xung tín hiệu khi truyền dẫn trên sợi quang Tán sắc tổng cộng bao gồm tán sắc mode, tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng

Tán sắc mode chỉ tồn tại trong truyền dẫn trên sợi đa mode, các mode

sẽ lan truyền với các đ-ờng đi khác nhau làm cho cự ly truyền dẫn và do đó thời gian lan truyền khác nhau giữa các mode

Tán sắc vật liệu là một hàm của b-ớc sóng và do sự thay đổi về chỉ số chiết suất của vật liệu làm lõi sợi, nên nó tạo ra sự phụ thuộc của b-ớc sóng vào vận tốc nhóm

Tán sắc dẫn sóng: do sợi đơn mode chỉ giữ đ-ợc 80% năng l-ợng ở trong lõi, vì vậy còn 20% năng l-ợng xung quang lan truyền trong vỏ nhanh hơn lan truyền trong lõi Tán sắc dẫn sóng này phụ thuộc vào hằng số lan truyền , và  là hàm của a/

Các ph-ơng pháp chính có thể sử dụng để giảm bớt ảnh h-ởng của tán sắc bao gồm: làm hẹp độ rộng phổ nguồn phát hoặc sử dụng các ph-ơng pháp

• Bù tán sắc bằng các thiết bị dịch tần tr-ớc (Pre-chirp)

• Bù tán sắc bằng kỹ thuật DST (Dispersion Supported Transmission)

• Bù tán sắc bằng sợi DCF

• Bù tán sắc bằng các module DCM sử dụng cách tử Bragg

Tuy nhiên, việc sử dụng kỹ thuật WDM cũng có thể coi là một ph-ơng pháp giảm ảnh h-ởng của tán sắc Đó là do sử dụng kỹ thuật WDM cho phép tăng dung l-ợng của hệ thống mà không phải tăng tốc độ truyền dẫn của kênh tín hiệu Do đó, nếu không xảy ra các hiệu ứng phi tuyến làm tăng ảnh h-ởng của tán sắc, điển hình là hiệu ứng XPM thì giới hạn khoảng cách truyền dẫn

do tán sắc gây ra đối với hệ thống WDM có thể coi nh- giống với hệ thống

đơn kênh TDM có tốc độ bằng tốc độ của một kênh b-ớc sóng trong hệ thống WDM

Các hệ thống truyền dẫn TDM cũng nh- WDM bị ảnh h-ởng nhiều hơn

đối với một loại tán sắc khác, khi tăng tốc độ truyền dẫn của hệ thống còn phải quan tâm đến ảnh h-ởng của tán sắc mode phân cực (PMD) ảnh h-ởng này th-ờng đ-ợc bỏ qua đối với hệ thống tốc độ thấp

Khái niệm tán sắc mode phân cực PMD

Tán sắc mode phân cực hay PMD là một thuộc tính cơ bản của sợi quang đơn mode và các thành phần hợp thành trong đó năng l-ợng tín hiệu ở bất kỳ b-ớc sóng nào cũng đ-ợc phân tích thành hai mode phân cực giao có vận tốc truyền khác nhau Do vận tốc của hai mode chênh nhau đôi chút nên thời gian truyền qua cùng khoảng cách là khác nhau và đ-ợc gọi là sự trễ nhóm (DGD) Vì vậy, PMD sẽ làm giãn rộng xung tín hiệu gây nên suy giảm dung l-ợng truyền dẫn Về ph-ơng diện này, ảnh h-ởng của tán sắc mode phân cực cũng giống nh- ảnh h-ởng của tán sắc Tuy nhiên, có một điểm khác biệt lớn đó là: tán sắc là một hiện t-ợng t-ơng đối ổn định; trong khi đó, PMD của sợi đơn mode ở bất cứ b-ớc sóng nào cũng là không ổn định Ngoài những

ảnh h-ởng trên còn phải kể đến suy hao phụ thuộc phân cực (PLD) của các thành phần hợp thành PLD phân biệt sự thay đổi phân cực trong thành phần c-ờng độ đ-ợc tách ra từ tín hiệu mong muốn thông qua sự suy hao trạng thái phân cực có chọn lọc

Nguyên nhân

Do cấu trúc không hoàn hảo của sợi quang cũng nh- các thành phần quang hợp thành nên có sự khác biệt về chiết suất đối với cặp trạng thái phân cực trực giao, đ-ợc gọi là sự l-ỡng chiết Sự khác biệt chiết suất sẽ sinh ra độ lệch thời gian truyền sóng trong các mode phân cực này Trong sợi đơn mode, hiện t-ợng này bắt nguồn từ sự không tròn hoặc ovan của lõi sợi theo hai

cách: ống dẫn sóng ovan (vốn có tính l-ỡng chiết) và tr-ờng lực căng cơ học tạo nên bởi lõi ovan gồm cả l-ỡng chiết phụ Nhìn chung, ảnh h-ởng của ống dẫn sóng ovan có vai trò lớn trong sợi PMD thấp

Sự l-ỡng chiết của các vật liệu trong suốt giống nh- thạch anh đ-ợc tạo

ra từ cấu trúc tinh thể cân xứng Và nh- vậy, PMD trong các thành phần quang có thể sinh ra từ sự l-ỡng chiết của các thành phần con trong các thành phần quang hợp thành đó Tín hiệu truyền trên các đ-ờng song song nhau có

độ dài quang khác nhau cũng sinh ra hiện t-ợng trễ nhóm

Sự phân cực trong sợi đặc tr-ng cho l-ỡng chiết do lực cơ học Nhiều phần tử không phải là thuỷ tinh đ-ợc cho vào trong lớp vỏ của sợi cho nên ở lõi xuất hiện tr-ờng lực không đối xứng giống nhau dọc theo chiều dài sợi Khi ánh sáng phân cực bị ghép trong một đoạn sợi này thì tr-ờng điện đầu ra của ánh sáng đầu vào đ-ợc phân tích thành hai mode phân cực trực giao với tốc độ truyền khác nhau Các mode phân cực đ-ợc duy trì dọc theo sợi và năng l-ợng của chúng sẽ không bị ghép

Ngoài những nguyên nhân trên, l-ỡng chiết còn sinh bởi sự uốn cong của sợi Sự uốn cong làm thay đổi mật độ phân tử của cấu trúc sợi, làm cho hệ

số khúc xạ mất đối xứng Tuy nhiên, l-ỡng chiết do uốn cong không phải là nguyên nhân chủ yếu sinh ra PMD

ảnh h-ởng của PMD lên quỹ công suất của hệ thống truyền dẫn

Hai ảnh h-ởng chính của tán sắc mode phân cực là:

Trễ nhóm (DGD) là một hàm biến đổi ngẫu nhiên theo thời gian và th-ờng đ-ợc biểu diễn bằng hàm phân bố Maxxoen

Trạng thái phân cực tại đầu ra của sợi và h-ớng của các trạng thái phân cực chính (SPS) cũng thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian

Chỉ tiêu hệ thống thay đổi khi mà DGD trôi vào trong phần d-ới của hàm phân bố Maxxoen và hai trạng thái chính có cùng công suất Giá trị penalty tại bộ thu sẽ tuỳ thuộc vào dạng xung cụ thể đối với mỗi SPS và mức

Penalty PMD

độ chi tiết của sự chuyển đổi điện ở bộ thu Tuy nhiên, với giả thiết thực và một bộ thu đ-ợc thiết kế tốt thì DGD thực tế bằng 0,3 chu kỳ bit sẽ cho giá trị penalty t-ơng ứng khoảng 0,5 dB cho đầu thu PIN và 1 dB cho đầu thu APD Vậy, giá trị xấu nhất thực tế sẽ bằng với giá trị trung bình lớn nhất cho phép của 1/3 giá trị DGD trong tr-ờng hợp xấu nhất (hay bằng 0,1 chu kỳ bit)

Hình 2.1 Sự phụ thuộc của penalty đầu thu

2.4 Vấn đề ảnh h-ởng của các hiệu ứng phi tuyến

Trong hệ thống thông tin quang, các hiệu ứng phi tuyến sẽ xảy ra khi công suất tín hiệu trong sợi quang v-ợt quá một mức nào đó và đối với các hệ thống WDM thì mức công suất này thấp hơn nhiều so với các hệ thống đơn kênh Việc nảy sinh ra các hiệu ứng phi tuyến sẽ gây ra một số hiện t-ợng nh-: xuyên âm giữa các kênh, suy giảm mức công suất tín hiệu của từng kênh dẫn đến suy giảm tỷ số S/N… Các hiệu ứng phi tuyến ảnh h-ởng đến chất l-ợng của hệ thống WDM chủ yếu gồm: hiệu ứng SPM, XPM, FWM, SBS và SRS Nhìn chung, các hiệu ứng này có thể chia thành 2 loại:

Hiệu ứng tán xạ: bao gồm các hiệu ứng SBS và SRS

Các hiệu ứng liên quan đến hiệu ứng Kerr: bao gồm hiệu ứng SPM, XPM và FWM

0,1 0,2 0,3