kỹ thuật thông tin quang

Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
Precise Fiber Test
Solutions:
CHROMATIC DISPERSION
TRAINING
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
1
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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:
ri
θθ
=
tức là góc tới bằng góc phản xạ.
Normal
φ
Incident Ray
Refracted Ray
Reflected Ray
n

2
e.g. Glass
n
2

≈
1.5
n
1
e.g. Air
n
1

≈
1.0
θ
i
θ
r
.
H1.1 Khúc xạ của tia sáng
Khúc xạ là thuật ngữ thường dùng để chỉ hiện tượng ánh sáng đổi hướng khi đi qua mặt
phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất khác nhau.
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
2
P
O
Q
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
Công thức đặc trưng của hiện tượng khúc xạ, còn gọi là định luật Snell hay định luật

khúc xạ ánh sáng có dạng:
với:
• i là góc giữa tia sáng đi từ môi trường 1 tới mặt phẳng phân cách và pháp tuyến
của mặt phẳng phân cách hai môi trường.
• r là góc giữa tia sáng đi từ mặt phân cách ra môi trường 2 và pháp tuyến của mặt
phẳng phân cách hai môi trường.
• 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
>
θ
c
θ
c
θ
φ
= 90
o
φ
n
2
e.g.Glass
n
2

≈
1.5
n
1
e.g. Air
n
1

≈
1.0
Normal
H1.2 Xét trường hợp chiết suất
2 1
n n>
Khi θ < θ
c
djjk
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
3
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
- 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 > θ
c
- 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:

sinNA n
θ
=
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
2 2
1 2
sinn n n
θ
= −
Khi ánh sáng đi từ môi trường chiết suất n sang môi trường chiết suất
1
n
ta sẽ có :
1
sin sin
i r
n n
θ θ
=
(1)

Dựa vào hình trên ta sẽ có :
sin sin(90 ) os
o
r c c
c
θ θ θ
= − =
trong đó
1
2
1
sin
c
n
n
θ
−
=
(2)
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
4
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
Thế (2) vào phương trình (1) ta sẽ có :
1
sin os
i c
n
c
n
θ θ

=
(3)
Bình phương hai vế ta sẽ có:
2
2
2 2 2
2
2 2
1 1
sin os 1 sin 1
i c c
nn
c
n n
θ θ θ
= = − = −
Do đó ta có :
2 2
1 2
sinn n n
θ
= −
Chỉ số bình thường hóa xung nhip (normalized rap frequence) Vnumber được tính :

2 r NA
V
π
λ
=
Đối với sợi quang đơn mode : 0<V<2.405

Đối với sợi quang đa mode : V>2.405

Theo định nghĩa, chiết suất của môi trường là:
v
c
n =
với v là tốc độ pha của bức xạ điện từ trong môi trường tại một tần số nhất định (đơn
sắc).
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
g
v
là tốc độ nhóm
Ngoài ra ta còn có công thức thể hiện sự phụ thuộc của chiết suất nhóm vào bước sóng
như sau :

. /N n dn d
λ λ
= −
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
5
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
6
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
7
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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:
- Tán sắc vật liệu
- Tán sắc dẫn sóng
- Trễ nhóm
H2.2 Sự hình thành trễ nhóm do giãn xung
Ta sẽ có công thức thời gian trễ :
( )
L dn
n
c d
τ λ λ
λ
 
= −
 ÷
 
Trễ nhóm trong sợi quang tuân theo một đường cong qua toàn bộ bước sóng của băng
truyền. Tần số với thời gian trễ nhỏ nhất được gọi là lamda zero. Tại lamda zero ta sẽ có
băng thông là lớn nhất, độ mở rộng xung là nhỏ nhất.
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
8
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
9
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion

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
0
λ
∆
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
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
10
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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

H2.9 Quan sát biểu đồ mắt
Biểu đồ mắt hay mẫu mắt (eye pattern) là một hình ảnh cho thấy rất rõ mức độ méo của
tín hiệu số. Khái niệm của nó vắn tắt như sau:
Ở đầu ra phần băng gốc của hệ thống (sau lọc thu băng gốc, trước lấy mẫu quyết định bít
truyền là 1 hay 0), các hệ thống luôn có một điểm đo, từ đó dẫn tín hiệu vào một
oscilloscope. Nếu tần số quét của oscilloscope bằng với tốc độ bít (hay symbol nếu là tín
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
11
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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
L dn
τ n λ
c dλ
 
= −
 ÷
 

2
2
m
m
d
L d n
d c d
λ λ
τ
σ σ σ λ
λ λ
≈ =

1 2m
D L
λ
σ τ τ σ
= − =
Suy hao trong ống dẫn sóng :
- Phụ thuộc vào các thông số của sợi quang
-
2
2
Waveguie Dis
d bV
persion V
dV
=
b: là hằng số bình thường hóa truyền sóng
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
12
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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:
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
13
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
H2.11 Tán sắc trong các loại sợi quang khác nhau
3. Tán sắc sắc thể và WDM
3.1 Truyền dẫn ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Devision
Multiplexing):
Ghép thêm nhiều bước sóng để có thể truyền trên một sợi quang, không cần tăng tốc độ
truyền dẫn trên một bước sóng. Công nghệ WDM có thể mang đến giải pháp hoàn thiện
nhất trong điều kiện công nghệ hiện tại. Thứ nhất nó vẫn giữ được tốc độ xử lý của các
linh kiện điện tử ở mức 10G, bảo đảm thích hợp với sợi quang hiện tại. Thay vào đó công
nghệ WDM tăng băng thông bằng cách tận dụng cửa sổ làm việc của sợi quang trong
khoảng 1260 nm đến 1675 nm. Khoảng bước sóng được chia làm nhiều băng sóng. Thoạt
tiện hệ thống WDM hoạt động ở băng C (do EDFA hoạt động trong khoảng băng sóng
này). Về sau EDFA có khả năng hoạt động ở cả băng C và băng L nên hệ thống WDM
hiện tại dùng EDFA có thể hoạt động ở cả băng C và băng L. Nếu theo tiêu chuẩn ITU-
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.
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
14
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
SPAN
SPAN
15
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
- 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.
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
16
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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.
Giới hạn tán sắc

Độ tán sắc cho phép (dựa vào giới hạn tán sắc):
2
. 104000 / ( / )D L B ps nm=
Từ công thức trên ta có thể tính được giới hạn về chiều dài của sợi quang phụ thuộc vào
giới hạn tán sắc:
2
ax
104000 / ( )( )
m
L DB m=
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
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông

17
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
18
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion

H3.7 Độ dốc tán sắc không được quản lý và độ dốc tán sắc được quản lý
3.5 Cân bằng tán sắc (bù tán sắc)
Một đặc tính quan trọng của tán sắc đó là nó có tính chất tuyến tính, do đó ta có thể cộng
gộp các tán sắc khi cùng bước sóng, ta sẽ có các công thức sau:
1 1 2 2
( ). ( ). ( ).
tot tot
D L D L D L
λ λ λ
= +
1 1 2 2
( ). ( ). ( ).
tot tot
slope L slope L slope L
λ λ λ
= +
1 1 1 2 2 2
( ) ( ) / ( ) ( ) ( ) / ( )KAPPA D slope KAPPA D slope
λ λ λ λ λ λ
= = =
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
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
19
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
20
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion

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
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
21
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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
quan tâm cùng với nguồn bơm được gắn ở một đầu cuối đoạn như hình bên dưới
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
22
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
H3.14 Bộ khuếch đại Raman phân tán sử dụng sử dụng nguồn bơm ngược hoạt động
cùng EDFA
4. Tán sắc sắc thể
4.1 Đường trễ tán sắc
Ta nhận thấy bước sóng trong chân không và không khí sẽ khác biệt nhau 0.4nm. Sự
khác biệt xảy ra là do các yếu tố sau :
- Nhiệt độ (0.0015nm/deg C)
- Bước sóng (0.00026nm/nm)
- 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 :

0
.
vac
c f
λ

=
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
23
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
Trong không khí là :

0 air air air
/ .c n c f
λ
= =
Do đó ta sẽ có :

air
/ 1.00027
vac
n
λ λ
= =
H4.2 Đồ thị của tán sắc trong chân không và trong không khí
Lamda zero thay đổi theo nhiệt độ :
Khi thay đổi
0
1 C
thì lamda zero thay đổi 0.025nm, và tán sắc cũng sẽ thay đổi
0.0025ps/nm/km/
0
C
. Tuy nhiên độ dốc không thay đổi theo nhiệt độ. ( ở đây ta đang xét
trong sợi NDS)
H4.3 Sự phụ thuộc của tán sắc vào nhiệt độ. Độ dốc tán sắc tại 50 độ chính là độ dốc tại

sắc tại 0 độ dịch chuyển sang phải. Do tán sắc dịch chuyển -0.0025ps/nm/km/degC
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
24
Đặng Hồng Phong Chromatic Dispersion
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
Tổ Viễn Thông Xưởng Viễn Thông
25