đo thử trên hệ thống thông tin quang dwdm

Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu
Lời nói đầu
Trong những năm vừa qua cùng với sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá
đất nớc, ngành Bu chính Viễn thông đã có những chính sách phát triển đúng đắn và
đã đạt đợc những thành tựu to lớn, thực hiện thành công chiến lợc hiện đại hoá và
số hoá mạng lới, đi thẳng vào công nghệ hiện đại, tiên tiến. Mạng viễn thông của
Việt Nam đợc đánh giá là một trong những mạng viễn thông hiện đại nhất thế giới.
Các dịch vụ mới liên tục đợc cung cấp tới khách hàng với chất lợng tốt nhất.
Không những số lợng dịch vụ mới tăng lên mà tốc độ đối với các dịch vụ cũng tăng
lên không ngừng. Điều này đã đặt ra yêu cầu đối với các nhà cung cấp dịch vụ là
phải đảm bảo đợc băng thông cho những đờng truyền yêu cầu tốc độ cao. Để làm đ-
ợc điều này không có công nghệ truyền dẫn nào có thể tốt hơn công nghệ truyền
dẫn quang do tính kinh tế và cơ sở hạ tầng sẵn có. Mạng lới truyền dẫn quang của
Việt Nam trong những năm vừa qua đã đáp ứng đợc nhu cầu của ngời sử dụng. Với
xu hớng phát triển nhanh những dịch vụ multi media yêu cầu băng thông rộng nh
hiện nay thì các hệ thống hiện tại sẽ nhanh chóng rơi vào tình trạng quá tải nếu nh
không dự báo đợc trớc và có biện pháp sẵn sàng trong những năm tiếp theo.
Giải pháp đợc đa ra là ghép nhiều kênh quang để truyền trên một sợi quang,
nhằm tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có và công nghệ DWDM đợc lựa chọn để sử
dụng vào mạng của Việt Nam. Cùng với sự phát triển của các công nghệ vật liệu
trong những năm vừa qua DWDM hứa hẹn sẽ mang lại cho mạng viễn thông Việt
Nam một sức mạnh mới với khả năng quản lý và vận hành mới.
Việc nắm rõ các tham số của hệ thống là rất cần thiết để có thể vận hành mạng
một cách hiệu quả. Các thao tác và kỹ thuật đo kiểm tra trớc đây vốn đã rất quan
trọng nay sẽ còn quan trọng hơn khi yêu cầu đối với hệ thống mới sẽ nghiêm ngặt
hơn rất nhiều. Với mục đích tìm hiểu một công nghệ mới, củng cố và phát triển các
kiến thức đã lĩnh hội đợc trong quá trình nghiên cứu và học tập tại Học viện công
nghệ Bu chính Viễn thông em đã chọn để tài tốt nghiệp của mình là: Đo thử trên
hệ thống thông tin quang DWDM. Sau một thời gian miệt mài tìm hiểu và nghiên
cứu cuốn đồ án tốt nghiệp với đề tài đã chọn đã đợc hoàn thành với nội dung gồm 3
chơng nh sau:

1
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu
Chơng 1: Giới thiệu chung về DWDM.
Chơng 2: Các phần tử trong hệ thống DWDM.
Chơng 3: Các phép đo trong hệ thống DWDM.
Em xin đợc gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo ThS. Cao Hồng Sơn, ngời
đã tận tình hớng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian em thực hiện đề tài
này. Em xin cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Viễn Thông 1, các thầy cô đang
công tác tại trung tâm đào tạo Bu chính Viễn thông I đã giúp em thực hiện ớc mơ b-
ớc vào những chân trời tri thức mới. Cảm ơn bạn bè và ngời thân đã luôn ủng hộ
tôi trong quá trình học tập tại mái trờng Học viện công nghệ Bu chính Viễn thông.
Mặc dù đã cố gằng rất nhiều trong thời gian hoàn thành cuốn đồ án này, nhng
do thời gian và trình độ có hạn nên cuốn đồ án này chắc chắn sẽ không thể tránh
khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn
bè đồng nghiệp để cuốn đồ án này đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội,
2
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
chơng 1
Giới thiệu chung về DWDM
1.1 Nguyên lý cơ bản của WDM
1.1.1 Khái niệm về WDM
a. Quá trình phát triển của WDM
Khái niệm ghép kênh quang không phải là mới. Khái niệm này có bắt đầu từ
năm 1958. Có thể nói rằng ý tởng về truyền nhiều tín hiệu quang là rất đơn giản và
tự nhiên nh là công nghệ truyền tín hiệu sử dụng trong viễn thông cổ điển với tín
hiệu điện. Nhng giải pháp cho các vấn đề công nghệ là rất khó khăn và nó cần thời
gian dài phát triển để giải quyết các vần đề này. Khoảng 20 năm sau các linh kiện
thực tế đầu tiên sử dụng cho ghép kênh đã đợc sản xuất và sử dụng ở Mỹ, Nhật,

Châu Âu. Năm 1977 thiết bị thụ động WDM đầu tiên đợc phát triển bởi Tomlinson
và Aumiller.
b. WDM và TDM
Một câu hỏi đợc đặt ra là ghép tín hiệu trong miền điện (TDM: Time Division
Multiplexing) hay trong miền quang (FDM: Frequency Division Multiplexing) dễ
hơn? Câu trả lời cho câu hỏi này không hề dễ dàng và giải pháp tối u chỉ có thể tìm
thấy với tập hợp các công nghệ phức tạp.
Với các dịch vụ tốc độ bit thấp (<2Mb/s) nói chung sẽ tốt hơn nếu ta sử dụng
công nghệ TDM. Với tín hiệu cha nén nh truyền hình quảng bá chất lợng cao
(HDTV: High Definition TeleVision) thì WDM lại có vẻ tốt hơn. Với công nghệ
nén video băng tần yêu cầu đã đợc giảm xuống mức thấp nhất. Tuy nhiên vào thời
điểm hiện nay, CATV và HDTV vẫn yêu cầu các băng tần tơng ứng là 4 Mb/s và 25
Mb/s. Các ứng dụng nh mạng video liên kết các trạm làm việc truyền tín hiệu từ
trung tâm vô tuyến định tuyến các mạng video hội nghị, các hệ thống đào tạo video
tơng tác, các mạng dịch vụ thông tin đa chiều và mạng truyền số liệu giữa các máy
tính, mạng số đa dịch vụ tích hợp (ISDN), các mạng băng rộng sẽ tiến đến sử dụng
cả ghép kênh phân chia theo thời gian và ghép kênh phân chia theo bớc sóng. Dự
báo nhu cầu của thuê bao vào năm 2010 sẽ vào khoảng 100 Mb/s. Điều này sẽ
không thể trở thành hiện thực nếu không phát triển mạng quang DWDM.
Một mạng thực tế thờng đợc tạo nên bởi một tập các kiến trúc để tạo nên môi
trờng vật lý của mạng giữa các trạm. Cấu hình đợc gọi là ảo khi nó chỉ bao gồm các
liên kết logic giữa các trạm. Một ví dụ về ứng dụng ghép kênh quang là tạo cấu hình
3
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
mạng ảo theo yêu cầu. Cấu hình mạng có thể đợc thay đổi phụ thuộc vào cấu hình
vật lý khi thay đổi tần số quang của đầu phát hay đầu thu. Trong các cấu trúc này
các bộ đấu nối chéo WDM, các bộ định tuyến WDM và các bộ tách xen WDM trở
nên rất quan trọng.
1.1.2 Mô hình hệ thống WDM
Nhiệm vụ của các hệ thống truyền dẫn nói chung là truyền tín hiệu qua một

khoảng cách nhất định trên môi trờng truyền dẫn đã đợc lựa chọn trớc. Đối với các
hệ thống truyền dẫn lựa chọn sợi quang làm môi trờng truyền dẫn sẽ là rất tốn kém
nếu không sử dụng hiệu quả băng thông của sợi quang. Để tận dụng tốt băng thông
của sợi quang kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bớc sóng (WDM) đã ra đời và phát
triển không ngừng trong nửa thế kỷ qua. Các hệ thống WDM cũng lần lợt đợc giới
thiệu và phát triển trong các mạng viễn thông thơng mại. Mô hình của hệ thống
WDM và nguyên lý hoạt động của nó đợc chỉ ra trong hình vẽ sau đây.
Hình 1.1. Hệ thống ghép kênh phân chia theo bớc sóng quang
Giả sử có các nguồn quang làm việc ở các bớc sóng khác nhau
1
,
2
, ,
n
.
Các tín hiệu quang ở các bớc sóng khác nhau này sẽ đợc ghép vào cùng một sợi dẫn
quang. Các tín hiệu có bớc sóng khác nhau đợc ghép lại ở phía phát nhờ bộ ghép
kênh (MUX), bộ ghép bớc sóng phải đảm bảo có suy hao nhỏ và tín hiệu sau khi
ghép sẽ đợc truyền dọc theo sợi quang tới phía thu. Các bộ tách sóng quang khác
nhau ở phía đầu thu sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các bớc sóng riêng rẽ này sau
khi chúng qua bộ giải ghép bớc sóng (DE-MUX).
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 độ rộng
của các bớc sóng quang. Khi thực hiện tách kênh cần phải thực hiện cách ly kênh
quang thật tốt với các bớc sóng bằng cách thiết kế các bộ giải ghép kênh thật chính
xác, các bộ lọc quang nếu đợc sử dụng phải có bớc sóng cắt chính xác, dải làm việc
thật ổn định.
4
MUX/
DE-

MUX
Sợi dẫn quang

1
,
2
,
N

,
1
,
,
2
,
,
N
Rx
N
Kênh 1
Kênh 1

Kênh N
Kênh N
'

1

,
N

,
1
Rx
N
Tx
N
Tx
N
DE-
MUX/
MUX

N
Tx
N
Kênh 1
Kênh 1

KênhN
KênhN
'

1

,
N

,
1

Tx
N
Rx
N
Rx
N

N
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
Có 2 phơng án thiết lập hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật ghép bớc sóng
quang là thiết lập hệ thống ghép kênh theo bớc sóng quang một hớng và thiết lập hệ
thống ghép kênh bớc sóng quang theo hai hớng. Hình vẽ 1.1 chỉ ra một hệ thống
ghép kênh theo bớc sóng quang theo hai hớng, trong đó tại các đầu cuối có các thiết
bị tách ghép kênh hỗn hợp. Còn trong trờng hợp thiết lập hệ thống ghép kênh theo
bớc sóng quang một hớng thì tại các đầu cuối chỉ thực hiện một nhiệm vụ là ghép
hoặc tách kênh.
Trong hệ thống thông tin quang WDM có kỹ thuật ghép kênh bớc sóng lỏng và
kỹ thuật ghép kênh bớc sóng chặt hay mật độ cao.
CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) là kỹ thuật ghép kênh
quang phân chia theo bớc sóng lỏng trong đó khoảng cách giữa các bớc sóng quang
kề nhau lớn hơn 20 nm và tơng ứng với nó là độ rộng phổ của một kênh là 2500
GHz. Bớc sóng của laser thay đổi theo nhiệt độ nhng đối với kỹ thuật này không
cần bộ làm mát vì khoảng cách giữa các bớc sóng kề nhau lớn. Kỹ thuật CWDM
mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với hệ thống yêu cầu ghép ít bớc sóng.
Khi dung lợng của hệ thống tăng lên thì số kênh ghép trong sợi quang tăng lên.
Điều này đã làm cho kỹ thuật ghép kênh CWDM khó có thể đáp ứng đợc nhu cầu
và kỹ thuật ghép kênh DWDM ra đời. DWDM (Dense Wavelength Division
Multiplexing) là kỹ thuật ghép kênh quang phân chia theo bớc sóng chặt trong đó
khoảng cách giữa các bớc sóng kề nhau đợc truyền trên sợi quang là 0,8 nm. Với
khoảng cách này tại vùng tần số 1550 nm độ rộng phổ của mỗi kênh tơng ứng vào

khoảng 100 GHz. Khi độ rộng phổ của bớc sóng giảm xuống thì rất nhiều các yêu
cầu đa ra cần đợc giải quyết nh: Nhiệt độ của laser phát phải ổn định, các thiết bị
tách ghép phải hoạt động chính xác hơn Những yêu cầu này đã làm cho giá thành
của các phần tử trong mạng tăng lên và giá thành của hệ thống DWDM tăng lên rất
nhiều so với hệ thống thông tin quang CWDM.
Bảng 1.1 So sánh CWDM và DWDM
Danh mục CWDM DWDM
Khoảng cách bớc sóng ~20 nm ~0,8 nm
Khoảng cách kênh 2500 GHz 100GHz
Điều khiển môi trờng Không Có
Nguồn laser DFB (không làm mát) DFB (làm mát)
Tốc độ dữ liệu/kênh 2,5 Gbit/s 10 Gbit/s
Tốc độ bit tập trung 40 Gbit/s 320 Gbit/s
Giá thành/kênh Thấp Cao
5
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
1.1.3 Phân bổ bớc sóng trong DWDM
a. Miền bớc sóng và sự phân chia các kênh
Trong các hệ thống viễn thông thơng mại hiện tại, thông tin có thể đợc truyền
trên một giải phổ rộng với hai miền suy hao thấp. Miền thứ nhất là miền bớc sóng
xung quanh 1300 nm và miền thứ hai là xung quanh bớc sóng 1550 nm. Giữa hai
miền này có một vùng suy hao lớn do tác động của các ion OH
-
có trong sợi quang.
Sợi quang SM có thể cho suy hao nhỏ nhất vào khoảng 0,16 dB tại bớc sóng 1550
nm. Tổn hao <0,4 dB/Km tại bớc sóng 1550 nm và <0,5 dB/Km tại 1310 nm. Điều
này đợc mô tả trong khuyến nghị ITU-T G.652. Trong các hệ thống truyền dẫn
DWDM khoảng cách trung bình và dài, sợi quang đơn mode (SM) thờng đợc sử
dụng ở miền 1520 tới 1620 nm vì nó phù hợp với các bộ khuếch đại quang và nguồn
quang.

Đối với các ứng dụng nh mạng thành phố (MAN: Metropolitan Area Network),
các sợi quang đặc biệt có hàm lợng ion OH
-
rất thấp đợc sử dụng. Chúng có thể đợc
sử dụng tại miền bớc sóng từ 1335 đến 1625 nm (ví dụ nh các sợi quang làm theo
công nghệ Lucent).
Sự phân chia giữa các kênh vào khoảng 0,8 nm hoặc lớn hơn trong hầu hết các
mạng thực tế sử dụng công nghệ DWDM. Liên minh viễn thông quốc tế (ITU:
International Telecommunication Union) đã chuẩn hóa khung tần số với sự phân
chia là 100 GHz (khoảng 0,8 nm) cho đa kênh. Ngày nay khoảng cách nhỏ nhất
giữa các kênh có thể là 0,1 nm. Dù vậy vào đầu thế kỷ XXI không có hệ thống thực
tế nào có khoảng cách giữa các kênh nhỏ hơn 0,2 nm (25 GHz). Và nh vậy với sợi
quang không có OH
-
sẽ cho phép truyền 1000 kênh với độ rộng 50 GHz.
Dĩ nhiên là sẽ có một số giới hạn đối với DWDM. Vấn đề chính sẽ là xuyên âm
xảy ra khi tách kênh. Và vấn đề này cũng do nguyên nhân từ các nguyên nhân vật
lý nh các bộ chuyển đổi bớc sóng dọc theo sợi quang truyền dẫn: Các hiệu ứng nh
tán xạ Brillouin hay tán xạ Raman (SBR, SBS) hoặc các hiệu ứng phi tuyến khác.
b. Sự phân bổ bớc sóng
Đến nay ITU-T chuẩn hóa 81 kênh trong băng C với khoảng cách giữa các kênh
cố định là 50 GHz bắt đầu từ 193,1 THz. Dải này có thể mở rộng tới băng L (từ
191,4 tới 185,9 THz). Điều này dẫn đến là thêm 111 kênh với khoảng cách 50 GHz
đợc thêm vào (xem chi tiết trong bảng 1.2).
6
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
Bảng 1.2 Phân bổ bớc sóng và tần số tơng ứng cho băng C và L
Băng C 196,1-192,1 THz Băng L 191,1-185,9 THz
Tần số
(THz)

Bớc sóng (Chân
không) (nm)
Tần số
(THz)
Bớc sóng (Chân
không)(nm)
196,1 1.528,77 191.4 1.566,31
196 1.529,55 191,3 1.567,13
195,9 1.530,33 191,2 1.567,95
195,8 1.531,12 191,1 1.568,77
195,7 1.531,90 191 1.569,59
195,6 1.532,68 190,9 1.570,42
195,5 1.533,47 190,8 1.571,24
195,4 1.534,25 190,7 1.572,06
195,3 1.535,04 190,6 1.572,89
195,2 1.535,82 190,5 1.573,71
195,1 1.536,61 190,4 1.574,54
195 1.537,40 190,3 1.575,37
194,9 1.538,19 190,2 1.576,20
194,8 1.538,98 190,1 1.577,03
194,7 1.539,77 190 1.577,86
194,6 1.540,56 189,9 1.578,69
194,5 1.541,35 189,8 1.579,51
194,4 1.542,14 189,7 1.580,35
194,3 1.542,94 189,6 1.581,18
194,2 1.543,73 189,5 1.582,02
194,1 1.544,53 189,4 1.582,85
194 1.545,32 189,3 1.583,69
193,9 1.546,12 189,2 1.584,53
193,8 1.546,92 189,1 1.585,36

193,7 1.547,72 189 1.586,20
193,6 1.548,51 188,9 1.587,04
193,5 1.549,32 188,8 1.587,88
193,4 1.550,12 188,7 1.588,73
7
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
Bảng 1.2 (tiếp theo)
Băng C 196,1-192,1 THz Băng L 191,1-185,9 THz
Tần số
(THz)
Bớc sóng (Chân
không) (nm)
Tần số
(THz)
Bớc sóng (Chân
không)(nm)
193,3 1.550,92 188,6 1.589,57
193,2 1.551,72 188,5 1.590,41
193,1 1.552,52 188,4 1.591,26
193 1.553,33 188,3 1.592,10
192,9 1.554,13 188,2 1.592,95
192,8 1.554,94 188,1 1.593,79
192,7 1.555,75 188 1.594,64
192,6 1.556,55 187,9 1.595,49
192,5 1.557,36 187,8 1.596,34
192,4 1.558,17 187,7 1.597,19
192,3 1.558,98 187,6 1.598,04
192,2 1.559,79 187,5 1.598,89
192,1 1.560,61 187,4 1.599,75
- - 187,3 1.600,60

- - 187,2 1.601,46
- - 187,1 1.602,31
- - 187 1.603,17
- - 186,9 1.604,03
- - 186,8 1.604,88
- - 186,7 1.605,74
- - 186,6 1.606,60
- - 186,5 1.607,47
- - 186,4 1.608,33
- - 186,3 1.609,19
- - 186,2 1.610,06
- - 186,1 1.610,92
- - 186 1.611,79
- - 185,9 1.612,55
8
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
c. Chuyển đổi giữa tần số và bớc sóng quang
Phụ thuộc vào dải sóng hoạt động (dải sóng quang hay vô tuyến) mà bớc sóng
hay tần số của sóng thờng đợc sử dụng làm đại lợng đặc trng của sóng trong các
phép biểu diễn và trong các công thức toán học. Giữa tần số và bớc sóng của một
dao động có mối quan hệ mật thiết với nhau và đợc biểu diễn qua công thức sau:


c
=
(1.1)
Trong đó c là vận tốc ánh sáng, là bớc sóng của dao động trong chân không
và tần số của sóng.
Vi phân cả hai vế của biểu thức trên ta đợc:

=
c
2
(1.2)
Trên thực tế:


299792458
=
(1.3)
Với đo bằng nm và đo bằng GHz ta sẽ đợc:
3
2
10
3,0


=
m
GHz
nm
à


(1.4)
Từ công thức trên ta có nếu các kênh cách nhau 100 GHz (=100 GHz) tại b-
ớc sóng 1550 nm (=1550 nm) thay vào công thức (1.4) ta đợc khoảng cách bớc
sóng =0,8 nm.

1.2 ảnh hởng của các hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống DWDM
Trong hệ thống thông tin quang, các hiệu ứng phi tuyến sẽ xảy ra khi công suất
của tín hiệu trong sợi quang vợt quá một mức nào đó. Đối với các hệ thống DWDM
thì mức công suất này cao hơn nhiều so với các hệ thống đơn kênh. Việc nảy sinh
các hiệu ứng phi tuyến sẽ gây ra một số hiện tợng 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 hởng đến chất lợng của hệ thống DWDM chủ yếu gồm: Hiệu ứng
SPM, XPM, FWM, SBS và SBR. Các hiệu ứng này có thể chia thành hai loại:
Hiệu ứng tán xạ: Bao gồm các hiệu ứng SBS và SBR.
Các hiệu ứng liên quan đến hiệu ứng Kerr: Bao gồm hiệu ứng SPM, XPM và
FWM.
9
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
1.2.1 Hiệu ứng tán xạ
a. Hiệu ứng SBR
Hiệu ứng Raman là kết quả của quá trình tán xạ không đàn hồi mà trong đó
photon ánh sáng tới chuyển một phần năng lợng của mình cho dao động cơ học của
các phân tử cấu thành môi trờng truyền dẫn và phần năng lợng còn lại đợc phát xạ
thành ánh sáng có bớc sóng lớn hơn bớc sóng của ánh sáng tới (ánh sáng với bớc
sóng mới này đợc gọi là ánh sáng Stoke). Khi ánh sáng tín hiệu truyền trong sợi
quang có cờng độ lớn, quá trình này trở thành quá trình kích thích (đợc gọi là SRS)
mà trong đó ánh sáng tín hiệu đóng vai trò sóng bơm (gọi là bơm Raman) làm cho
phần lớn năng lợng của tín hiệu đợc chuyển tới bớc sóng Stoke.
Nếu gọi P
s
(L) là công suất của bớc sóng Stoke trong sợi quang thì:
P
s
(L)= P
0

exp (g
r
P
0
L/K.S
eff
) (1.5)
Trong đó: P
0
là công suất đa vào sợi tại bớc sóng tín hiệu.
g
r
là hệ số khuếch đại Raman.
K là hệ số đặc trng cho mối quan hệ về phân cực giữa tín hiệu, bớc
sóng Stoke và phân cực của sợi. Đối với sợi thông thờng thì K2.
Công thức trên có thể dùng để tính toán mức công suất P
0
mà tại đó hiệu ứng
SBR ảnh hởng lớn đến hệ thống, đợc gọi là ngỡng Raman (P
0
th
) (P
0
th
là công suất của
tín hiệu đầu vào mà ứng với nó, công suất của bớc sóng Stoke và của bớc sóng tín
hiệu tại đầu ra là bằng nhau).
P
0
th

32 S
eff
.(L.g
r
) (1.6)
Từ công thức 1.6 ngời ta tính toán đợc rằng, đối với hệ thống đơn kênh để hiệu
ứng SRR có thể ảnh hởng đến chất lợng hệ thống thì mức công suất P
0
phải lớn hơn
1W (nếu nh hệ thống không sử dụng khuếch đại quang trên đờng truyền). Tuy
nhiên trong hệ thống DWDM thì mức công suất này sẽ thấp hơn nhiều vì có hiện t-
ợng khuếch đại đối với các bớc sóng lớn, trong khi đó công suất của các kênh có b-
ớc sóng ngắn hơn lại bị giảm đi (do đã chuyển một phần năng lợng cho các bớc
sóng lớn) làm suy giảm hệ số S/N, ảnh hởng đến chất lợng hệ thống. Để đảm bảo
suy giảm S/N không nhỏ hơn 0,5 dB thì mức công suất của từng kênh phải thoả mãn
(theo lý thuyết của Chraplyvy).
10
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
Với N là số kênh bớc sóng.
f là khoảng cách giữa các kênh bớc sóng.
Nh vậy, trong hệ thống DWDM hiệu ứng này cũng hạn chế số kênh bớc sóng,
khoảng cách giữa các kênh, công suất của từng kênh và tổng chiều dài của hệ
thống. Hơn nữa, nếu nh bớc sóng mới tạo ra lại trùng với kênh tín hiệu thì hiệu ứng
này cũng gây xuyên âm giữa các kênh.
b. Hiệu ứng SBS
Hiệu ứng SBS là hiệu ứng tơng tự nh hiệu ứng SRR, tức là có sự tạo thành của
bớc sóng Stoke có bớc sóng dài hơn bớc sóng tới. Điểm khác nhau chính của hai
hiệu ứng này là: Hiệu ứng SBR liên quan đến các photon âm học còn hiệu ứng SBS
liên quan đến các photon quang. Chính do sự khác biệt này mà hai hiệu ứng có
những ảnh hởng khác nhau đến hệ thống DWDM. 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 này
dịch tới bớc sóng dài hơn (tơng đơng với độ dịch tần là khoảng 11 Ghz tại bớc sóng
1550 nm). Tuy nhiên chỉ có phần ánh sáng bị tán xạ theo chiều ngợc trở lại (tức là
ngợc chiều với chiều truyền tín hiệu) mới có thể truyền đi ở trong sợi quang, vì vậy
trong hệ thống DWDM khi tất cả các kênh đều cùng truyền theo một hớng thì hiệu
ứng SBS không gây xuyên âm giữa các kênh.
Trong tất cả các hiệu ứng phi tuyến thì ngỡng công suất để xảy ra hiệu ứng SBS
là thấp nhất, chỉ khoảng vài mW. Tuy nhiên hiệu ứng SBS với V
B
/V
laser
(V
b
là
băng tần khuếch đại Brillouin, V
laser
là độ rộng phổ của laser) và băng tần khuếch
đại Brillouin là rất hẹp (chỉ khoảng 10-100 MHz) nên hiệu ứng này cũng khó xảy
ra. Chỉ các hệ thống với nguồn phát có độ rộng phổ rất hẹp thì mới có thể ảnh hởng
bởi hiệu ứng SBS. Ngời ta tính toán đợc mức công suất ngỡng đối với hiệu ứng SBS
nh sau:
Beff
pueff
VgL
VVKA
P
ì
+
<
)(

21
(1.8)
Trong đó: g là hệ số khuếch đại Brillouin.
A
eff
là vùng lõi hiệu dụng.
11
fLNN
P
eff

ì
<
.)1(
1028,10
21
12
(1.7)
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
K đặc trng cho mối quan hệ về phân cực giữa tín hiệu, bớc sóng
Stoke và phân cực của sợi. Đối với sợi thông thờng thì K2.
V
B
là băng tần khuếch đại Brillouin.
V
P
là độ rộng phổ của tín hiệu.
Nh vậy hiệu ứng SBS sẽ ảnh hởng đến mức công suất của từng kênh và khoảng
cách giữa các kênh trong hệ thống DWDM. Hiệu ứng này không phụ thuộc vào số
kênh của hệ thống.

1.2.2 Hiệu ứng Kerr quang
Kerr là hiệu ứng trong đó chiết suất của môi trờng truyền dẫn thay đổi theo c-
ờng độ ánh sáng truyền.
a. Hiệu ứng SPM
Hiệu ứng SPM thuộc loại hiệu ứng Kerr, tức là hiệu ứng trong đó chiết suất của
môi trờng truyền dẫn thay đổi theo cờng độ ánh sáng truyền. Hiện tợng này tạo nên
sự dịch pha phi tuyến
NL
của trờng quang khi lan truyền trong sợi quang. Giả sử bỏ
qua suy hao quang thì sau khoảng cách L, pha của trờng quang sẽ là:
Đối với trờng quang có cờng độ không đổi hiệu ứng SPM chỉ làm quay pha của
trờng quang, do đó ít ảnh hởng đến chất lợng của hệ thống. Tuy nhiên đối với các
trờng quang có cờng độ thay đổi thì pha phi tuyến
NL
sẽ thay đổi theo thời gian. Sự
thay đổi theo thời gian này cũng có nghĩa là trong xung tín hiệu sẽ tồn tại nhiều tần
số quang khác với tần số trung tâm v
0
một giá trị là v
NL
:
v
NL
=(1/2)(
NL
/t) (1.10)
Hiện tợng này còn gọi là hiện tợng dịch tần phi tuyến làm cho sờn sau của xung
dịch đến tần số v<v
0
và sờn trớc của xung dịch đến tần số v>v

0
. Điều này cũng có
nghĩa là phổ của tín hiệu đã bị dãn trong quá trình truyền. Trong hệ thống DWDM,
đặc biệt khi khoảng cách giữa các kênh gần nhau, hiện tợng dãn phổ do SPM có thể
dẫn đến giao thoa gây nhiễu giữa các kênh.
b. Hiệu ứng XPM
Đối với hệ thống DWDM, hệ số chiết suất tại một bớc sóng nào đó không chỉ
phụ thuộc vào cờng độ của sóng đó mà còn phụ thuộc vào cờng độ của các bớc
12
NL
const
EnnL
nL






+=
+
==
)(2
2
2
20
(1.9)
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
sóng khác lan truyền trong sợi. Trong trờng hợp này chiết suất phi tuyến ứng với b-
ớc sóng thứ i sẽ là:

n
NL
=n
2
{|E
i
|
2
+ 2|E
j
|
2
} (1.11)
Với: N là tổng số kênh quang.
E
i
là cờng độ trờng quang của bớc sóng thứ i.
Số hạng thứ nhất trong công thức (1.11) ứng với hiệu ứng SPM, số hạng
thứ hai tơng ứng với hiệu ứng XPM. Nếu giả sử công suất của các kênh là nh
nhau thì ảnh hởng của hiệu ứng XPM sẽ gấp 2N lần hiệu ứng SPM.
c. Hiệu ứng FWM
Hiện tợng chiết suất phi tuyến còn gây ra một hiệu ứng khác trong sợi đơn
mode, đó là hiệu ứng FWM. Trong hiệu ứng này, hai hoặc ba sóng quang với các
tần số khác nhau sẽ tơng tác với nhau tạo ra các thành phần tần số mới. Tơng tác
này có thể xuất hiện giữa các bớc sóng của tín hiệu trong hệ thống DWDM, hoặc
giữa các bớc sóng tín hiệu với tạp âm của các bộ khuếch đại quang. Giả sử có ba b-
ớc sóng với tần số
i
,
J

,
k
thì tổ hợp tần số mới tạo ra sẽ là những tần số
ijk
thoả
mãn:

ij k
=
i
+
J
-
k
(1.12)
Theo quan điểm cơ lợng tử, thì hiệu ứng FWM là hiệu ứng mà trong đó có sự
phá huỷ photon ở một số bớc sóng và tạo ra một số photon ở các bớc sóng mới sao
cho vẫn bảo toàn về năng lợng.
Hiệu suất của quá trình FWM phụ thuộc vào điều kiện phù hợp về pha. Hiệu
ứng FWM xảy ra mạnh chỉ khi điều kiện này đợc thoả mãn (tức là động lợng của
photon đợc bảo toàn). Về mặt toán học thì điều kiện này có thể đợc biểu thị nh sau:
(
ijk
)= (
i
) + (
j
) - (
k
) (1.13)

Vì trong sợi quang tồn tại tán sắc nên điều kiện phù hợp về pha rất khó xảy ra.
Tuy nhiên, với môi trờng truyền dẫn là loại sợi có tán sắc thấp và khoảng cách
truyền dẫn là tơng đối lớn và các kênh gần nhau thì điều kiện này có thể coi là xấp
xỉ đạt đợc.
Do việc tạo ra các 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 DWDM. Hơn
nữa, nếu khoảng cách giữa các kênh là bằng nhau thì những tần số mới đợc tạo ra
13
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
có thể rơi vào các kênh tín hiệu với xác suất rất lớn, gây xuyên âm giữa các kênh,
làm suy giảm chất lợng của hệ thống.
Sự suy giảm công suất sẽ làm cho dạng hình cắt của tín hiệu ở đầu thu bị thu
hẹp lại do đó làm giảm chất lợng của hệ thống. Vì các hệ thống DWDM chủ yếu
làm việc ở cửa sổ bớc sóng 1550 nm và do tán sắc của sợi quang đơn mode thông
thờng (sợi G.652) tại cửa sổ này là khoảng 18 ps/nm.km, còn tán sắc của sợi tán sắc
dịch chuyển (sợi G. 653) là 0 (<3ps/nm.km) nên hệ thống DWDM làm việc trên
sợi đơn mode thông thờng sẽ ít bị ảnh hởng bởi hiệu ứng FWM hơn hệ thống WDM
làm việc trên sợi tán sắc dịch chuyển.
ảnh hởng của hiệu ứng FWM càng lớn nếu nh khoảng cách giữa các kênh
trong hệ thống WDM càng nhỏ cũng nh khoảng cách truyền dẫn và mức công suất
của mỗi kênh lớn. Vì vậy hiệu ứng FWM sẽ hạn chế dung lợng và cự ly truyền dẫn
của hệ thống WDM.
1.3 Các cấu hình mạng DWDM
Các mạng ghép kênh bớc sóng quang mật độ cao có bốn cấu hình cơ bản:
DWDM điểm-điểm có hoặc không có các bộ tách ghép, cấu hình mạng sao, cấu
hình mạng Ring với các node OADM và hub, cấu hình hỗn hợp, nó có thể bao gồm
cấu hình sao, cấu hình vòng Ring với các kết nối điểm-điểm. Với mỗi cấu hình sẽ
có các yêu cầu riêng và nó cũng phù hợp đối với từng ứng dụng cụ thể.
1.3.1 Cấu hình điểm-điểm
Cấu hình điểm-điểm là cấu hình hay đợc sử dụng cho truyền dẫn đờng dài với

tốc độ rất cao (có thể lên đến vài Tertabits/s), tín hiệu đợc truyền đi toàn vẹn, độ tin
cậy cao và khả năng phục hồi lại đờng truyền nhanh. Khoảng giữa máy phát và máy
thu có thể lên đến vài trăm km và có một số bộ khuếch đại giữa các đầu cuối và
thông thờng số lợng bộ khuếch đại nhỏ hơn 10 (phụ thuộc vào suy hao công suất và
méo tín hiệu). Cấu hình điểm-điểm với bộ tách ghép cho phép hệ thống tách và
ghép dọc theo đờng truyền. Số lợng các kênh, khoảng cách giữa các kênh, loại sợi
quang, phơng pháp điều chế tín hiệu và loại thiết bị đợc lựa chọn sử dụng trên mạng
là các thông số quan trọng trong việc tính toán quỹ công suất của hệ thống.
Trong DWDM mỗi kênh đợc mang trên một bớc sóng xác định và cũng đợc gọi
là kênh quang. Các kênh khác nhau có thể mang các loại dữ liệu khác nhau nh
thoại, số liệu, video, các gói số liệu với các tốc độ khác nhau. Các liên kết giữa máy
14
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
thu và máy phát có thể có vài thiết bị quang cũng nh một hay một số sợi quang, các
bộ khuếch đại quang, các bộ tách ghép quang, các bộ lọc quang, coupler
Hình 1.2. Cấu hình điểm-điểm với một bộ tách/ghép
1.3.2 Cấu hình vòng
Một mạng Ring bao gồm một sợi quang nối liền giữa các node, một số hệ
thống có hai sợi quang cho chức năng bảo vệ mạng (dự phòng). Một mạng Ring có
thể bao một vùng nhỏ hoặc vùng thành phố lớn với chiều dài vài chục Km. Mạng
Ring có thể gồm 4 hoặc nhiều kênh và có thể có nhiều node. Tốc độ của các kênh
có thể là 622,08 Mb/s hoặc thấp hơn hoặc 1,25 Gb/s và cao hơn. Một node trong số
các node của mạng Ring là trạm hub nơi mà các bớc sóng đợc quản lý, kết nối với
các mạng khác. Tại mỗi node đều có các bộ tách và ghép kênh quang để lấy ra hoặc
ghép vào một hoặc một số kênh.
Hình 1.3. Cấu hình mạng Ring với trạm hub có chức năng đầu cuối
15
LD
Re
A

LD
LD
Re
Re
CH 1
1
CH 2
2
CH N
N

1
CH 1
.
.
.
.
.
.
Fiber
Fiber
Fiber

1
,
2
,
N
1

1
,
2
,
N
1

k
MUX
DeMUX
LD: Diode Laser
Re: Bộ thu quang
A: Bộ khuyếch đại quang
OADM
A

2
CH 2

N
CH N
Fiber: Sợi quang
OADM
OADM
HUB
OADM
O/E
IP

i

i

j

j
IP
Mux

1
,
2
,
N
1

1
,
2
,
N
1

1
,
2
,
N
1

1
,
2
,
N
1

k

k
STM
STM
Đồ án tốt nghiệp đại học Giới thiệu chung về DWDM
Trong mạng Ring DWDM trạm hub có thể kết cuối một số loại lu lợng nh
module truyền tải đồng bộ (STM: Synchronous Transport Module), IP, video. Trạm
hub quản lý tất cả các kênh liên kết với một đờng truyền quang giữa các node với
loại lu lợng trên kênh đó. Tại một node OADM một hoặc nhiều tần số quang đợc
tách ra và xen vào trong khi số còn lại đợc truyền xuyên qua. Mặc dù vậy khi số l-
ợng node OADM tăng lên thì tín hiệu không thể tránh khỏi tổn hao và vì vậy sẽ yêu
cầu thêm các bộ khuếch đại. Số lợng node trong mạng Ring thông thờng nhỏ hơn số
lợng bớc sóng đợc ghép trong sợi quang.
Trong mạng hình Ring trạm hub quản lý định thời kênh với một kết nối đầy đủ
của mạng với node OADM. Node hub có thể cung cấp các kết nối với các mạng
khác. Thêm vào đó một node OADM có thể kết nối với một bộ tách kênh hay ghép
kênh nơi một số nguồn dữ liệu đợc ghép. Một mạng Ring đơn giản với một hub và
hai node A và B thông tin với nhau qua bớc sóng
k
nh trong hình 1.4 node A chỉ
ghép một số nguồn số liệu. Tất cả các nguồn số liệu đợc kết thúc và trả lời bởi node
B, mặc dù vậy tất cả các tín hiệu này đợc truyền trên cùng một kênh (và dĩ nhiên là

cùng một bớc sóng).
Hình vẽ 1.4. Cấu hình mạng Ring có các kênh đợc quản lý bởi trạm hub
16

1
,
2
,
N
1
OADM
A
OADM
B
Router
Fiber Ring
Ng N
Nguồn N
Nguồn 1
Ng 2
1
2
: Biến đổi điện quang
: Biến đổi quang điện
1
2
Nguồn 1
Ng 2
Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống DWDM
Chơng 2

Các phần tử trong hệ thống DWDM
Chơng 1 của cuốn đồ án này đã trình bày tổng quan về quá trình hình thành,
phát triển của kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng quang và một số khái niệm liên
quan. Tuy nhiên việc thực hiện ý tởng ghép kênh quang vào thời điểm đó là không
hề dễ dàng do những khó khăn về công nghệ. Trong những năm gần đây công nghệ
vật liệu phát triển rất nhanh, đã có rất nhiều vật liệu mới đợc tìm thấy, phát triển và
ứng dụng vào các mạng thông tin quang. Điều này đã tạo ra một cuộc cách mạng
thực sự trong quá trình phát triển của công nghệ truyền dẫn quang. Chơng 2 sẽ trình
bày về các phần tử sử dụng trong mạng thông tin quang DWDM và các kỹ thuật sử
dụng trong các thiết bị đó.
2.1 Các bộ lọc quang
Có 2 loại bộ lọc quang, đó là bộ lọc có bớc sóng cố định, hay còn gọi là bộ
chọn bớc sóng và bộ lọc có bớc sóng hoặc dải bớc sóng thay đổi đợc hay còn gọi là
bộ lọc điều chỉnh đợc.
2.1.1 Bộ chọn bớc sóng
Yêu cầu đặt ra là phải tạo ra một trờng chuyển mạch chuẩn, trong đó khoảng
cách giữa các bớc sóng là cố định, đồng thời các bớc sóng phải đợc ổn định tại máy
phát. Chính vì vậy mà yêu cầu bộ chọn bớc sóng. Chức năng này có thể đợc thực
hiện nhờ kết hợp bộ tách ghép bớc sóng và các cổng quang (SOA).
Mặc dù thiết bị có thể đợc sản xuất khi sử dụng các phần tử riêng biệt, nhng
giải pháp này không giải quyết đợc giảm giá thành và kích thớc. Ngời ta đang cố
gắng nghiên cứu phơng án tích hợp các phần tử.
Các ống dẫn sóng có cấu trúc vòm mái để không nhạy cảm phân cực và suy hao
thấp, đồng thời tạo ra bán kính uốn cong nhỏ nhất cho phép thoả mãn yêu cầu liên
kết chặt của thiết bị. Sử dụng giải pháp này có thể chế tạo bộ tách bốn kênh trên
diện tích 1,5 mm
2
, thiết bị có suy hao xuyên kênh khoảng -25dB, suy hao của chíp
khoảng vài dB và độ nhạy cảm phân cực thấp hơn 0,05 nm (đối với khoảng cách
kênh 2 nm). Các phần tử tách/ghép bớc sóng tích hợp với các SOA tạo ra bộ chọn b-

ớc sóng suy hao zero, tái cấu hình nhanh và không nhạy cảm phân cực.
a. Phơng pháp lọc điện môi đa lớp sử dụng trong DWDM
Bộ lọc màng mỏng có khoang cộng hởng (TFF) thuộc loại bộ lọc có bớc sóng
cố định. Cấu trúc gồm bộ giao thoa Fabry-Perot, trong đó các gơng tại hai phía
17
Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống DWDM
khoang đợc thực hiện nhờ nhiều lớp màng mỏng điện môi phản xạ. Thiết bị này
hoạt động nh là một bộ lọc băng, cho qua một bớc sóng riêng và phản xạ các bớc
sóng khác. Bớc sóng tại đầu ra của bộ lọc đợc xác định bởi chiều dài và chiết suất
của khoang cộng hởng.
Bộ lọc màng mỏng nhiều khoang cộng hởng (TFMF) gồm hai hoặc nhiều
khoang cách biệt với nhau bởi các màng mỏng điện môi phản xạ nh hình 2.1.
Hình 2.1. Bộ lọc màng mỏng điện môi
Thiết bị này có nhiều đặc tính hấp dẫn để ứng dụng vào các hệ thống truyền
dẫn quang. Nó có khả năng hình thành đỉnh trong băng thông và sờn dốc. Thiết bị
có hàm truyền đạt ổn định khi nhiệt độ thay đổi, có suy hao thấp và không nhạy
cảm phân cực với tín hiệu. Các tham số điển hình cho bộ ghép 16 kênh sử dụng bộ
lọc màng mỏng điện môi gồm: Băng thông 1dB là 0,4 nm, băng thông 20 dB là 1,2
nm, độ cách ly là 25 dB và hệ số nhiệt độ là 0,005 nm/
0
C. Nhờ có các đặc tính này
mà hiện tại TFMF đợc sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thơng mại.
Hình 2.2. Cấu trúc bộ tách/ghép kênh dùng bộ lọc điện môi gắn trực tiếp trên sợi
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 2.2 là một ví dụ về ghép sợi quang trực tiếp qua
18
Khoang 1
Khoang 2
Khoang 3
Lớp nền thủy tinh

Bộ phản xạ
điện môi

1

4

1


2

3


4

Sợi quang
Bộ lọc
Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống DWDM
các bộ lọc lỡng hớng 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.
Bộ lọc thứ nhất phản xạ bớc sóng
1
và cho qua các bớc sóng
2
,
3
,
4

. Bộ lọc
thứ hai phản xạ bớc sóng
2
và cho qua các bớc sóng
3
,
4
. Bộ lọc thứ ba phản xạ
bớc sóng
3
và cho qua bớc sóng
4
. Và nh vậy ta đợc kết quả là tín hiệu đầu vào
mạng bốn bớc sóng
1
,
2
,
3
,
4
còn tại đầu ra ta tách ra đợc tín hiệu ta cần đợc
mang trong sóng có bớc sóng
4
. Tơng tự nh vậy ta cũng có thể tách đợc các kênh
trong các bớc sóng
1
,
2
, hay

3
.
2.1.2 Bộ lọc điều chỉnh đợc
Với bộ lọc điều chỉnh đợc có thể chỉ ra hai bộ lọc tiêu biểu là thiết bị lọc Fabry-
Perot và bộ lọc âm quang điều chỉnh đợc (AOTF).
a. Thiết bị lọc Fabry-Perot
Các bộ lọc bớc sóng điều chỉnh đợc thờng đợc cấu tạo dựa trên cấu trúc laser
điều chỉnh đợc (điều hởng). Bộ lọc khoang cộng hởng Fabry-Perot đợc tạo thành
bởi hai gơng có hệ số phản xạ cao đặt song song với nhau nh hình vẽ dới đây.
Hình 2.3. Bộ lọc Fabry-Perot
Bộ lọc này còn gọi là bộ giao thoa Fabry-Perot. Tia sáng vào là tia sáng đi tới
gơng thứ nhất, tia sáng tại đầu ra của bộ lọc là tia sáng rời gơng thứ hai. Đây là một
thiết bị điển hình đã đợc sử dụng rộng rãi trong các máy đo giao thoa. Nó đã đợc sử
dụng nh là bộ lọc trong thiết bị DWDM của mạng quang.
Hiện nay đã có bộ lọc tốt hơn, chẳng hạn bộ lọc màng mỏng nhiều khoang
cộng hởng. Có thể xem bộ lọc này nh là bộ lọc Fabry-Perot có gơng phản xạ phụ
19
Khoang cộng hởng
Fabry-Perot
Tín hiệu vào
Phản xạ
Tín hiệu ra
cùng chiều
Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống DWDM
thuộc bớc sóng. Do đó nguyên tắc hoạt động cơ bản của bộ lọc này cũng nh bộ lọc
Fabry-Perot.
Bộ lọc Fabry-Perot là một phần tử thơng mại. u điểm vợt trội của nó so với một
số thiết bị khác là nó có thể điều chỉnh đợc để chọn lọc các kênh khác nhau trong
hệ thống các hệ thống thông tin quang DWDM.
Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của thiết bị đợc chỉ ra nh trong hình vẽ 2.3. ánh sáng tới
mặt trái của khoang. Sau khi qua khoang, một phần ánh sáng đi qua mặt phải của
khoang và phần còn lại phản xạ trở lại khoang. Các Photon phản xạ trở lại mặt gơng
thứ nhất và một phần các photon này lại tiếp tục phản xạ một lần nữa để đến mặt g-
ơng thứ hai. Chiều dài của khoang bằng bội số nguyên của nửa bớc sóng truyền
trong khoang, vì vậy vòng hành trình qua khoang (tới và phản xạ) là bội số nguyên
của bớc sóng. Tất cả các photon truyền qua mặt gơng thứ hai đều đồng pha. Và nh
vậy sóng ra khỏi khoang cộng hởng là sóng cộng hởng. Hàm truyền đạt công suất
của bộ lọc phụ thuộc vào cấu trúc của khoang. Hàm truyền đạt công suất của bộ lọc
đợc biểu diễn qua biểu thức sau:
Trong đó A là suy hao do hấp thụ của mỗi gơng, R là hệ số phản xạ của mỗi g-
ơng (giả thiết hai gơng có hệ số phản xạ nh nhau), là thời gian truyền qua khoang
theo một hớng, n là chiết suất của khoang, l là chiều dài khoang. Do đó =nl/c, c là
tốc độ ánh sáng trong chân không.
Dạng của hàm truyền đạt công suất của bộ lọc Fabry-Perot đợc đa ra trong hình
vẽ 2.4 với A=0 và R lần lợt nhận các giá trị 0,75; 0,90 và 0,99. Khi hệ số phản xạ
của gơng càng lớn thì cách ly giữa các kênh kề nhau càng tốt.
Hàm truyền đạt công suất T
FP
(f) là tuần hoàn theo f và các đỉnh băng thông của
hàm truyền đạt xảy ra tại các tần số thoả mãn điều kiện f=k/2 khi k là số nguyên d-
ơng. Vì vậy trong hệ thống DWDM, nếu các bớc sóng cách nhau đủ xa so với mỗi
dải thông hàm truyền đạt bộ lọc thì một số bớc sóng (tần số) trùng với dải thông bộ
lọc đều đi qua bộ lọc. Phạm vi phổ nằm giữa hai dải thông kề cận của bộ lọc đợc
20
(2.1)
2
2
)2sin(
1

2
1
1
1
)(












+








=

f
R

R
R
A
fT
FP
Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống DWDM
gọi là phạm vi phổ tự do, ký hiệu là FSR. Độ rộng mỗi dải thông của bộ lọc là độ
rộng đầy đủ tại một nửa giá trị cực đại của hàm truyền đạt (FWHM). Trong các hệ
thống DWDM, cần chú ý số lợng các bớc sóng sử dụng và các bớc sóng này phải
nằm trong một FSR của bộ lọc. Vì vậy tỷ số FSR/FWHM là một số đo gần bằng số
lợng các bớc sóng thích hợp với hệ thống. Tỷ số này gọi là hệ số phân biệt F của bộ
lọc và xác định theo biểu thức:
Hình 2.4. Hàm truyền đạt của bộ lọc Fabry-Perot
Điều chỉnh
Bộ lọc Fabry-Perot có thể điều chỉnh để lựa chọn các bớc sóng khác nhau.
Giải pháp đơn giản nhất là thay đổi chiều dài của khoang hoặc thay đổi chiết suất
bên trong khoang. Xem xét một hệ thống DWDM có tất cả các bớc sóng đều nằm
trong một FSR của bộ lọc Fabry-Perot. Tần số f
0
mà bộ lọc cần chọn thoả mãn điều
kiện f
0
=k/2 đối với một vài số nguyên dơng của k. Vì vậy f
0
có thể thay đổi nhờ
thay đổi là thời gian truyền theo một hớng của ánh sáng trong khoang. Nếu ký
hiệu chiều dài của khoang là l và chiết suất của khoang là n thì =ln/c, trong đó c là
tốc độ ánh sáng trong chân không và nh vậy thay đổi khi thay đổi n hoặc l.
Điều chỉnh cơ khí của bộ lọc có thể có hiệu quả nếu dịch chuyển một gơng
phản xạ để thay đổi chiều dài của khoang cộng hởng. Điều này chỉ cho phép điều

chỉnh thời gian một vài miligiây. Đối với điều chỉnh cơ khí bộ lọc Fabry-Perot phải
đảm bảo độ chính xác về mặt cơ khí, nghĩa là duy trì hai gơng song song với nhau
khi một gơng dịch chuyển. Tuy nhiên khó có thể đảm bảo đợc độ chính xác này.
Một giải pháp khác để điều chỉnh là sử dụng vật liệu áp điện làm khoang. Bộ
lọc áp điện chịu nén khi đặt lên nó một điện áp. Do chiều dài của khoang có vật liệu
nh vậy có thể thay đổi nhờ điện áp, nên làm thay đổi tần số cộng hởng của khoang.
21
R
R
F


=
1

(2.2)
Hàm
truyền
đạt
công
suất
(dB)
0
-10
-20
-30
-1,5
-1
-1,5
0

0,5
1
-1,5
f/FSR
-40
R=0,75
R=0,90
R=0,99
Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống DWDM
Tuy nhiên vật liệu áp điện phát sinh hiệu ứng không ổn định nhiệt và từ trễ nên khó
có thể ứng dụng bộ lọc nh vậy trong thực tế.
b. Bộ lọc âm quang điều chỉnh đợc (AOTF)
Bộ lọc âm quang điều chỉnh đợc (AOTF) là một thiết bị linh hoạt. Nó là bộ lọc
có thể điều chỉnh đợc để chọn lọc một số bớc sóng nhất định. Khả năng này đợc sử
dụng để cấu tạo bộ định tuyến bớc sóng.
2.2 Bộ ghép và bộ tách kênh quang
Chức năng của một bộ tách kênh quang là nhận tín hiệu từ sợi quang. Tín hiệu
từ sợi quang này là một tia sáng bao gồm nhiều tần số sóng quang khác nhau và bộ
tách kênh quang có nhiệm vụ tách tín hiệu nhận đợc thành các tín hiệu tại các tần
số khác nhau. Còn nhiệm vụ của bộ ghép kênh quang thì ngợc lại: Nó nhận tín hiệu
từ nhiều nguồn khác nhau và kết hợp chúng lại vào một tia sáng để truyền vào một
sợi quang duy nhất. Có hai loại thiết bị tách/ghép kênh là thiết bị tách/ghép kênh
tích cực và thiết bị tách/ghép kênh thụ động. Thiết bị tách/ghép kênh thụ động hoạt
động dựa trên nguyên lý của lăng kính, cách tử nhiễu xạ và lọc phổ. Còn các thiết bị
tách/ghép kênh tích cực hoạt động dựa trên nguyên tắc kết hợp các thiết bị thụ động
với các bộ lọc điều hởng trong đó mỗi một bộ lọc cộng hởng với một tần số nhất
định.
2.2.1 Nguyên tắc làm việc của lăng kính
Trong giai đoạn đầu của kỹ thuật WDM ngời ta thờng dùng lăng kính làm phần
tử tán sắc góc (hình 2.5). Do hiện tợng chiết suất phụ thuộc vào bớc sóng ánh sáng

tức là n=n(), nên các chùm tia sáng đơn sắc khác nhau theo các hớng khác nhau ở
đầu ra theo định luật Snell (sự phụ thuộc của chiết suất vật liệu làm lăng kính theo
bớc sóng).
Hình 2.5. Tán sắc góc dùng lăng kính
22
A
B
C
i
r
i
'
Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống DWDM
ir
Adn
d
di
coscos
sin
ì=

(2.3)
Trong đó: i là góc tới.
i
,
là góc ló.
A là góc đỉnh của lăng kính.
r là góc khúc xạ của tia sáng đi vào lăng kính.
Nhợc điểm: Tán sắc góc dùng lăng kính là mức độ tán sắc thấp nên khó tách đ-
ợc các tia sáng có bớc sóng gần nhau. Vì vậy ta chỉ có thể dùng lăng kính trong tr-

ờng hợp tách các bớc sóng ở hai cửa sổ truyền dẫn khác nhau (ví dụ: Một bớc sóng

1
ở cửa sổ 1300 nm và một bớc sóng
2
ở cửa sổ 1550 nm).
2.2.2 Nguyên lý làm việc của cách tử tán xạ
Do nhợc điểm không tách đợc các tia sáng có bớc sóng gần nhau nên lăng kính
ngày nay không đợc sử dụng trong công nghệ WDM nữa, thay vào đó ngời ta sử
dụng cách tử nhiễu xạ làm phần tử tán sắc góc (hình 2.6).
Khái niệm về cách tử
Cách tử là một mặt phẳng quang có nhiều rãnh cách đều nhau và có khả năng
truyền hoặc nhiễu xạ ánh sáng. Cách tử đợc cấu tạo bao gồm nhiều rãnh (nh răng c-
a), trên bề mặt của các rãnh này đợc phủ một lớp phản xạ, số lợng rãnh trên cách tử
có thể lên tới vài nghìn rãnh trên 1 mm. Cách tử có khả năng nhiễu xạ ánh sáng
theo một hớng nhất định phụ thuộc vào bớc sóng. Vì vậy một tia sáng có nhiều bớc
sóng khác nhau chiếu vào cách tử thì mỗi bớc sóng sẽ nhiễu xạ một hớng khác
nhau. Ngợc lại, các bớc sóng đi tới cách tử từ các hớng khác nhau có thể kết hợp
theo cùng một hớng. Góc nhiễu xạ phụ thuộc khoảng cách các rãnh và các góc tới.
Khi rọi ánh sáng lên trên bề mặt cách tử, ngoài hiện tợng nhiễu xạ tức là hiện
tợng giao thoa của các tia sáng bị phản xạ bởi bề mặt cách tử, làm cho ánh sáng bị
nhiễu xạ theo các góc riêng biệt thoả mãn phơng trình sau:
Trong đó: n là chiết suất của lớp phản xạ phủ trên bề mặt cách tử.
là góc cách tử.
là góc nhiễu xạ tơng tự.
d là bớc cách tử.
là bớc sóng của tia sáng.
23
dn
m

=+ sinsin
(2.4)

Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống DWDM
m là bậc nhiễu xạ.
Phơng trình (2.4) cho thấy rõ ràng góc nhiễu xạ phụ thuộc vào bớc sóng của
ánh sáng tới. Nh vậy, cũng giống nh lăng kính, ánh sáng không đơn sắc ở đầu vào,
sau khi qua cách tử sẽ đợc 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.
Hình 2.6. Sử dụng cách tử để tách bớc sóng
Khi giải ghép kênh (tách bớc sóng) bằng cách tử, nguồn sáng tới gồm nhiều b-
ớc sóng từ sợi quang sẽ đợc tách ra thành các tia đơn sắc tơng ứng với các bớc sóng
đợc truyền trên sợi theo các bớc khác nhau. Ngợc lại khi ghép kênh, một số kênh
ứng với các bớc sóng
1
,
2
,
3
,
n
đến từ các hớng khác nhau có thể đợc kết hợp
thành một hớng và đợc truyền dẫn trên cùng một sợi quang.
2.2.3 Bộ ghép và tách kênh quang
Hình 2.7. Sử dụng lăng kính để tách bớc sóng
24
Thấu kính
Các sợi quang

Các tia nhiễu
xạ
Cách tử
nhiễu xạ

1

1
+
1
+ +
N

3

2
Sợi quang

1
+
1
+ +
N
Thấu kính Thấu kínhLăng kính
A
B
C
Các sợi quang
n
1

n
2
n
2
>n
1

1

n

2
Đồ án tốt nghiệp đại học Các phần tử trong hệ thống DWDM
Thông thờng bộ ghép kênh quang bao gồm một số đầu vào mang các tín hiệu
tại các bớc sóng khác nhau. Tất cả các bớc sóng đó đợc tập trung vào một điểm và
truyền vào một sợi quang duy nhất. Hầu hết các bộ tách kênh quang thụ động cũng
có thể sử dụng nh là một bộ ghép kênh quang. Chúng có thể hoạt động dựa trên
nguyên lý làm việc của lăng kính hoặc cũng có thể làm việc theo nguyên tắc tán xạ
khi sử dụng cách tử.
Hình 2.6 chỉ ra một ví dụ về một bộ tách kênh sử dụng cách tử tán xạ.
Hình 2.8. Sử dụng cách tử tán xạ để ghép kênh
2.3 Bộ xen rẽ quang (OADM)
Các bộ xen rẽ quang đợc dùng để liên kết nhiều tín hiệu vào trong một đờng
truyền đơn hoặc để tách các tín hiệu sau khi truyền nh trong hình 2.9. Trong rất
nhiều phần tử của mạng, một phần tử có thể không muốn liên kết hoặc tháo toàn bộ
cấu trúc kênh mà chỉ đơn thuần xen hoặc rẽ một hay một số kênh. Một bộ ghép
quang thực hiện chức năng này không cần phải biến đổi tín hiệu trong tất cả các
kênh thành dạng điện và ngợc lại. Bộ xen rẽ rất cần cho mạng diện rộng và mạng
thành phố khi một hay một số kênh cần đợc tách ra trong khi các kênh khác trong
đờng truyền vẫn giữ nguyên.

Hình 2.9. Bộ xen rẽ quang OADM
25
Thấu kính
Các sợi quang
Các tia nhiễu
xạ
Cách tử
nhiễu xạ

1

1
+
1
+ +
N

3

2
Bộ xen rẽ
quang
OADM

12

n
Kênh đầu vào Kênh đầu ra
Xen kênh
Rẽ kênh

12

n

x

x