Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch quang và ứng dụng trong thông tin quang

Mục lục
Phân loại theo vật liệu điện môi 11
Sợi quang thạch anh 11
Sợi quang đơn mode 11
Sợi quang chiết suất bậc 11
Bộ lọc dùng buồng cộng hưởng Fabry-Perot 22
Bộ lọc màng mỏng điện môi 23
Bộ lọc dùng cách tử nhiễu xạ 24
2.2.4. Bộ chuyển đổi bước sóng quang 26
Chuyển đổi bước sóng bằng phương pháp biến đổi quang-điện 27
Chuyển đổi bước sóng bằng cổng quang (Optical gating) 27
- Chuyển đổi bước sóng sử dụng phương pháp trộn sóng 29
2.2.6. Bộ khuyếch đại quang bán dẫn ( SOA - Semiconductor Optical
Amplifier ) 31
2.2.7. Bộ định tuyến bước sóng AWGM 32
2.2.8. Hệ thống cơ quang ( MEMS - Micro Electro Mechanical Systems ).
33
Ngoài hai kiến trúc trên, các hệ thống cơ quang còn có kiến trúc 3-D
MEMS. Kiến trúc này được phát triển để ứng dụng trong các hệ thống
chuyển mạch có dung lượng lớn (N lớn) 34
Kết cấu OXC như hình 3.3 sử dụng các bộ phối ghép hình sao và các bộ lọc có
điều chỉnh để hoàn thành chức năng phân tách dữ liệu WDM về không gian và
đưa tới các bộ chuyển mạch quang phân chia theo không gian. Sau khi hoàn
thành việc chuyển mạch theo không gian, chúng sẽ được đưa tới các bộ phối
ghép hình sao để ghép lại thành các tín hiệu WDM tại đầu ra 58
Trong kết cấu OXC này, gồm có M bộ chuyển mạch phân chia theo không gian
(NxN) và MNi bộ lọc có điều chỉnh. Do đó kết cấu này cũng có MN2 điểm đấu
chéo. Tương tự như kết cấu OXC ở mục 3.2.1, kết cấu này cũng có tính môđun
bước sóng và không có tính mođun đường kết nối 58
3.3.MẠNG QUANG ĐỊNH TUYẾN THEO BƯỚC SÓNG (WAVELENGTH
ROUTING NETWORK) 62

3.4.2. Dự án WASPNET 65
1
LỜI MỞ ĐẦU
Thế kỷ 21 là thế kỷ của công nghệ thông tin. Sự bùng nổ của các loại hình dịch vụ
thông tin, đặc biệt là sự phát triển nhanh chóng của Internet và World Wide Web
làm gia tăng không ngừng về dung lượng mạng. Điều này đòi hỏi phải xây dựng và
phát triển các mạng quang mới dung lượng cao. Quy mô của hệ thống chuyển mạch
trong mạng thông tin càng ngày càng lớn, tốc độ vận hành cũng càng ngày càng
cao. Trong tương lai, hệ thống chuyển mạch sẽ cần phải xử lý lượng thông tin lớn
có thể từ vài trăm lên đến hàng nghìn Tbit/s. Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch
quang và ứng dụng của chuyển mạch quang trong hệ thống thông tin quang là một
giải pháp hoàn hảo cho phép tận dụng hữu hiệu băng thông rộng lớn của sợi quang,
nâng cao rõ rệt dung lượng truyền dẫn đồng thời hạ giá thành sản phẩm. Để hiểu rõ
hơn về vấn đề này em đã nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch
quang và ứng dụng trong thông tin quang ”.
Cấu trúc của đồ án bao gồm ba chương :
• CHƯƠNG I: Lý thuyết chung về hệ thống thông tin quang.
• CHƯƠNG II: Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch quang trong mạng thông
tin quang.
• CHƯƠNG III: Ứng dụng các bộ chuyển mạch quang trong mạng thông tin
quang.
Do thời gian thực hiện và kiến thức của em còn nhiều hạn chế nên đề tài không
tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được những góp ý của các thầy và các
bạn để có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình về chuyên nghành mình đã được
đào tạo.
Qua đây em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong khoa, đặc biệt là thầy giáo
Ths Nguyễn Đình Thạch đã tận tình hướng dẫn em để em có thể hoàn thành đề tài
đúng thời gian qui định.
2

CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ THÔNG TIN QUANG
1.1. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THÔNG TIN QUANG
Trải qua một thời gian dài kể từ khi con người sử dụng ánh sáng để làm
phương tiện thông tin thông qua khả năng nhận biết của con người qua đôi mắt đến
nay lịch sử phát triển của thông tin quang đã trải qua những bước phát triển và hoàn
thiện đươc ghi nhận bằng những mốc chính sau :
1790: CLAUDE CHAPE (kỹ sư người Pháp), đã xây dựng một hệ thống điện
báo quang (Opical Telegrap). Hệ thống này gồm một chuỗi các tháp với các đèn
báo di động trên đó. Thời ấy tin tức được truyền bằng hệ thống này vượt chặng
đường 200 km trong 15 phút.
1870: JOHN TYNDALL (nhà vật lý người Anh), đã chứng tỏ rằng ánh sáng có
thể truyền qua một vòi uốn cong. Thí nghiệm của ông đã sử dụng nguyên lý phản xạ
toàn phần điều mà hiện nay thông tin quang vẫn còn sử dụng.
1880: ALEXANDER GRAHAM BELL (người Mỹ), giới thiệu hệ thống
photophone, qua đó tiếng nói có thể truyền đi bằng ánh sáng trong môi trường
không khí mà không cần dây. Tuy nhiên hệ thống này chưa được áp dụng trong
thực tế vì có quá nhiều nguồn nhiễu làm ảnh hưởng tới chất lượng đường truyền.
1934: NORMAN R.FRENCH (kỹ sư người Mỹ), nhận đuợc bằng sáng chế về
hệ thống thông tin quang. Phương tiện truyền dẫn của ống là các thanh thủy tinh.
1958: ARTHUR SCHAWLOW & CHARLES H.TOWNES, xây dựng và phát
triển Laser.
1960: Laser bán dẫn và photodiode được thừa nhận. Vấn đề còn lại là tìm môi
trường truyền dẫn quang thích hợp.
1970: Hãng Corning Glass Works chế tạo thành công sợi quang SI có suy hao
nhỏ hơn 20dB/km ở bước sóng 633nm.
1972: Loại sợi GI được chế tạo với độ suy hao 4dB/km.
3
1983: Sợi đơn mode được sử dụng rộng rãi. Độ suy hao của loại sợi này chỉ
còn khoảng 0.2dB/km.
Dựa trên các công nghệ sợi quang và Laser bán dẫn giờ đây đã có thể gửi một

khối lượng lớn các tín hiệu âm thanh, dữ liệu đến các địa điểm cách xa hàng trăm
km bằng một sợi quang có độ dày như một sợi tóc, không cần bộ tái tạo. Hiện nay
các hoạt động nghiên cứu đang hướng tới lĩnh vực photon học là một lĩnh vực tối
quan trọng trong hệ thống thông tin quang, có khả năng phát hiện, xử lý, trao đổi và
truyền dẫn thông tin bằng phương tiện ánh sáng. Photon học có khả năng được ứng
dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử và viễn thông.
1.2. CÁC ĐẶC TÍNH VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA THÔNG TIN
QUANG
1.2.1. Các đặc tính của thông tin quang.
Trong thông tin quang, các ưu điểm sau được sử dụng một cách có hiệu quả.
Trước hết, vì có băng thông rộng lớn nên có thể truyền một khối lượng lớn
thông tin như các tín hiệu âm thanh, dữ liệu và các tín hiệu hỗn hợp nhờ một hệ
thống có cự ly đến hàng trăm Ghz tương ứng bằng cách sử dụng sợi quang. Một
khối lượng lớn các tín hiệu âm thanh và hình ảnh có thể được truyền đến những địa
chỉ cách xa hàng trăm km mà không cần đến các bộ tái tạo.
Thứ hai, sợi quang nhỏ và nhẹ và không có xuyên âm. Do vậy, chúng có thể
được lắp đặt dễ dàng ở các thành phố, tàu thuỷ, máy bay và các toà nhà cao tầng mà
không cần phải lắp thêm các đường ống và ống cáp.
Thứ ba, vì sợi quang được chế tạo từ các chất điện môi phi dẫn nên chúng
không chịu ảnh hưởng bởi vì nhiễu của sóng điện từ và các xung điện từ. Vì vậy,
chúng có thể sử dụng để truyền dẫn mà không có tiếng ồn. Điều đó có nghĩa là nó
có thể lắp đặt cùng với cáp điện lực và có thể sử dụng trong môi trường phản ứng
hạt nhân.
Thứ tư, do nguyên liệu chủ yếu để sản xuất sợi quang là thạch anh và chất
dẻo là vật liệu rất sẵn có và rẻ nên rất kinh tế. Giá thành của sợi quang sẽ giảm
nhanh một khi công nghệ mới được đưa ra. Do đặc trưng là hệ số suy hao thấp, giá
thành lắp đặt ban đầu cũng như giá thành bảo dưỡng và sửa chữa thấp vì chúng cần
ít bộ tái tạo.
Ngoài những ưu điểm trên, sợi quang có độ an toàn, bảo mật cao, tuổi thọ dài
và có khả năng đề kháng môi trường lớn. Nó cũng dễ bảo dưỡng, sửa chữa và có độ

4
tin cậy cao. Hơn nữa, nó không bị rò rỉ tín hiệu để kéo dài khi cần và có thể chế tạo
với giá thành thấp.
1.2.2. Ưu điểm.
So với sợi dây kim loại thì sợi quang có nhiều ưu điểm, đáng chú ý là:
- Suy hao thấp: cho phép kéo dài khoảng cách tiếp vận và do đó giảm được số trạm
tiếp vận.
- Dải thông rất rộng: có thể thiết lập hệ thống truyền dẫn số tốc độ cao.
- Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ do đó dễ lắp đặt và chiếm ít chỗ.
- Hoàn toàn cách điện : không chịu ảnh hưởng của sấm sét.
- Không bị can nhiễu bởi trường điện từ : vẫn hoạt động được trong vùng có nhiễu
điện từ mạnh.
- Xuyên âm giữa các sợi quang không đáng kể.
- Vật liệu có nhiều trong tự nhiên.
- Ngoài những ưu điểm nói trên, sợi quang có độ an toàn, bảo mật cao, tuổi thọ dài
và có khả năng đề kháng môi trường lớn. Nó cũng dễ bảo dưỡng và sửa chữa, có độ
tin cậy cao. Hơn nữa nó không bị rò rỉ tín hiệu và dễ kéo dài khi cần, có thể chế tạo
với giá thành thấp.
Nói chung hệ thống thông tin quang kinh tế hơn nhiều so với sợi kim loại
cùng trọng lượng và cùng cự ly.
1.2.3. Nhược điểm.
- Khó đấu nối.
- Cần có các đường dây cấp nguồn cho tiếp phát.
1.3. SỢI QUANG
1.3.1. Cấu trúc sợi quang.
Sợi quang là “sợi mảnh dẫn ánh sáng “ gồm hai chất điện môi trong suốt
khác nhau, một phần cho ánh sáng truyền qua là lõi sợi, phần còn lại là lớp vỏ bao
quanh lõi.
Sợi quang có cấu trúc như là một ống dẫn sóng hoạt động ở dải tần số quang.
Sự lan truyền của ánh sáng dọc theo sợi được mô tả dưới dạng các sóng điện

từ truyền dẫn được gọi là các mode trong sợi.
Ánh sáng truyền trong lõi được truyền dẫn theo hiện tượng phản xạ toàn
phần.
5
Hình 1.1: Ánh sáng truyền dẫn bị giới hạn trong lõi sợi
Vật liệu cấu tạo lõi sợi thường là thuỷ tinh, đường kính cỡ khoảng vài µm.
Còn vỏ phản xạ có thể là thủy tinh hay chất dẻo trong suốt, đường kính vỏ vào
khoảng 0,1mm.
1.3.2. Sự lan truyền ánh sáng trong sợi quang.
Ánh sáng phát ra từ nguồn quang bị khuếch tán do nhiễu xạ. Muốn đưa ánh
sáng vào lõi của sợi cần phải tập trung ánh sáng sẽ được đề cập ở phần tiếp theo.
Tuy nhiên không phải tất cả ánh sáng được tập trung đều có thể đưa vào sợi mà chỉ
một phần có góc tới nằm trong một giới hạn nhất định mới có thể đưa được vào lõi
sợi quang.
6
Phản xạ toàn phần được lặp lại
7
Như trình bày trên hình 1.2, tại điểm đưa vào của sợi quang chia thành ba
môi trường liền nhau co chiết suất khúc xạ khác nhau. Đó là môi trường không khí,
lõi và vỏ của sợi quang. Cho các giá trị chiết suất này lần lượt bằng n
0
(= 1), n
1
và
n
2
. Ta có thể áp dụng các định luật khúc xạ và phản xạ tại các biên tiếp giáp giữa
không khí và lõi, giữa lõi và vỏ.
Ở đây góc nhận lớn nhất
max

θ
là góc mở đối với tia tới số 2 có góc tới bằng
góc tới hạn như trên hình 1.2.
Tại biên của không khí và lõi, lõi và vỏ, định luật Sell cho ta hai phương
trinh như sau :
sin
θ
max
= n
1
sin
c
θ
sin ( 90
0
-
c
θ
) = cos
c
θ
= n
2
/ n
1
Sử dụng n
1
= n
2
, góc mở lớn nhất được tính như sau :

( )
∆=−=
2sin
1
2
2
2
1max
nnn
θ
Trong đó θ
0
: góc tới hạn.
∆ = (n
1
- n
2
)/n
1
: độ lệch chiết suất tương đối.
Do vậy, các tia có góc θ
0max
vào nhỏ hơn góc θ
0
sẽ bị phản xạ toàn phần bên
trong tại ranh giới giữa lõi và vỏ sợi quang.
sin
θ
max
khẩu độ số NA cho ta biết điều kiện ánh sáng vào sợi quang. Đây là

thông số cơ bản tác động đến hiệu suất ghép nối giữa nguồn sáng và sợi quang. Nếu
biết đường kính lõi và khẩu độ số NA của sợi quang thì xác định được lượng ánh
sáng vào lõi sợi. Đường kính lõi sợi càng lớn và NA càng lớn sẽ cho hiệu suất ghép
nối càng cao.
1.3.3. Sự suy giảm tín hiệu trong sợi quang.
*Suy hao thấp thụ: ánh sáng lan truyền trong sợi quang bị hấp thụ do các vật liệu
sợi và được biển đổi thành nhiệt gây nên suy hao quang mà không lọt ánh sáng ra
ngoài.
Có hai loại suy hao hấp thụ:
+ Suy hao do bản thân sợi quang: bản thân vật liệu thuỷ tinh có suy hao thấp
thụ cực tím và suy hao hấp thụ hồng ngoại. Suy hao hấp thụ cực tím có đỉnh hấp thụ
ở bước sóng khoảng 0,1µm, suy hao hấp thụ hồng ngoại ở khoảng bước sóng 10µm.
Các loại này đạt giá trị bé nhất trong giải bước sóng từ 1,0µm÷ 1,6µm.
8
+ Suy hao có tạp chất trong thuỷ tinh làm sợi quang: trong quá trình chế tạo,
vật liệu có lẫn các ion tạp chất như là Cu, Fe làm cho chiết suất trong lõi không
đồng đều khi các tia sáng đi qua.
* Suy hao do tán xạ ánh sáng trong không gian (suy hao tán xạ Reyleigh): là hiện
tượng ánh sáng có kích thước không quá lớn so với bước sóng ánh sáng.
Nguyên nhân gây nên hiện tượng này là do sự thay đổi nhiệt độ đột ngột khi
làm lạnh, sợi quang thuỷ tinh sẽ tạo ra sự không đồng đều về mặt vật liệu tức là sự
không đồng đều ở hệ số khúc xạ tạo nên vật liệu còn có quán tính ở nhiệt độ cao
trong sợi quang. Là một trong những nguyên nhân suy hao riêng của sợi quang và là
quá trình không thể tránh được. Độ lớn suy hao do tán xạ Rayleigh tỉ lệ nghịch với
mũ bốn bước sóng. Bởi vậy khi ánh sáng lan truyền có bước sóng dài hơn thì suy
hao trở nên nhỏ đi, tỉ lệ thuận với nhiệt độ nung nóng sợi khi kéo sợi, do vậy nếu
giảm nhiệt độ khi kéo thì tán xạ Rayleigh sẽ trở nên nhỏ hơn.
* Suy hao tán xạ do cấu trúc sợi quang không đồng nhất: tại bề mặt biên giữa lõi và
vỏ sợi đôi chỗ có sự ghồ ghề, không nhăn, những chỗ gồ gề như vậy gây nên ánh
sáng tán xạ và một vài chỗ còn phát ánh sáng đi ra ngoài. Những chỗ không làm

bằng phẳng này gây nên suy hao quang, nó làm tăng suy hao quang vì có các phản
xạ không bình thường đối với ánh sáng lan truyền.
*Suy hao bức xạ gây nên do bị uốn cong: là các suy hao sinh ra khi sợi bị uốn cong.
Nguyên nhân khi sợi quang bị uốn cong, các tia sáng có các góc tới vượt quá góc
giới hạn bị phát xạ ra ngoài vỏ gây nên suy hao.
*Suy hao vi cong: khi sợi quang chịu những lực nén không đồng nhất thì trục của
sợi quang bị uốn cong đi một lượng nhỏ (vào khoảng vài µm) làm tăng suy hao sợi
quang. Còn gọi là suy hao cong vi lượng. Vậy phải chú ý đến cấu trúc của sợi để
bảo vệ sợi chống lại các áp lực bên ngoài.
*Suy hao hàn nối: nếu lõi của 2 sợi không được gắn với nhau hoàn toàn và đồng
nhất thì một phần của ánh sáng đi ra gây nên suy hao. Khe nhỏ tồn tại ở chỗ nối thì
khe này tạo nên suy hao phản xạ. Nếu độ lớn của phản xạ này lớn thì gọi là phản xạ
Fresnel.
* Suy hao ghép nối sợi quang với các linh kiện thu phát quang xảy ra do sự khác
nhau về đường kính lõi giữa các loại sợi, độ rộng chùm sáng.
9
1.3.4. Sự tán sắc ánh sáng trong sợi quang.
* Tán sắc mode.
Trong các sợi quang đa mode, tốc độ lan truyền ánh sáng của các mode là khác
nhau. Khi một xung ánh sáng được đưa vào sợi quang đa mode thì xung tại đầu ra
có độ rộng lớn hơn độ rộng xung đầu vào. Nguyên nhân là do xung ánh sáng vào
mặc dù chỉ có bước sóng đơn nhưng lan truyền khác nhau. Hiện tượng này gọi là
tán sắc mode, nó làm khoảng trống thời gian giữa các xung cạnh nhau trở nên ngắn
hơn so với sợi nguyên bản của nó. Tán sắc mode chỉ phụ thuộc vào kích thước sợi
đặc biệt là đường kính lõi của sợi. Trong các sợi quang đa mode, độ rộng băng
truyền dẫn của nó bị giới hạn chủ yếu bằng tán sắc mode, các sợi đơn mode không
có tán sắc mode.
* Tán sắc bước sóng.
Trong một môi trường đồng nhất, chiết suất khúc xạ của nó biến đổi theo
bước sóng, kết quả là tốc độ truyền dẫn biến đổi cùng với bước sóng. Vì lí do này,

ánh sáng có phân bố tốc độ lan truyền khác nhau vì sự khác nhau của các thành
phần bước sóng ánh sáng (Bước sóng dài hơn, chiết suất khúc xạ đối với nó sẽ nhỏ
đi, tốc độ lan truyền sẽ lớn hơn). Đây là một yếu tố giới hạn độ rộng băng truyền
dẫn giống như tán xạ mode và yếu tố này được gọi là tán sắc vật liệu.
Khi chiết suất khúc xạ giữa lõi và vỏ của sợi quang khác nhau thì hiện tượng
phản xạ toàn phần tại bề mặt biên không hoàn toàn giống như trên bề mặt gương mà
còn có thêm những phần thẩm thấu ánh sáng qua lớp vỏ. Ngoài ra, mức độ của sự
thẩm thấu này biến đổi theo bước sóng làm độ dài của đường lan truyền thay đổi
theo bước sóng. Hiện tượng này được gọi là tán xạ cấu trúc.
Trong thông tin quang, tán sắc vật liệu và tán sắc cấu trúc được gọi chung là
tán sắc bước sóng.
Độ lớn của tán sắc được tóm tắt như sau:
Tán sắc mode >Tán sắc vật liệu>Tán sắc cấu trúc
Đối với sợi quang đa mode, độ rộng băng truyền bị giới hạn hầu như chỉ do nguyên
nhân tán sắc mode, tán sắc bước sóng chỉ có một giá trị rất nhỏ. Nói cách khác,
trong trường hợp sợi quang đơn mode thì tán sắc bước sóng lại là nguyên nhân
chính gây nên hạn chế độ rộng băng của sợi.

10
1.3.5. Phân loại sợi quang.
Để phân loại sợi quang ta có bảng sau :
Phân loại theo vật liệu điện môi
Sợi quang thạch anh
Sợi quang thuỷ tinh đa vật liệu
Sợi quang bằng nhựa
Phân loại theo mode truyền lan Sợi quang đơn mode
Sơi quang đa mode
Phân loại theo phân bố chiết suất khúc xạ Sợi quang chiết suất bậc
Sợi quang chiết suất biến đổi đều
* Phân loại sợi quang theo vật liệu điện môi.

- Sợi quang thạch anh: các sợi quang thạch anh không những chỉ chứa thạch
anh nguyên chất mà còn có thêm các tạp chất khác như Ge, B và Flo để làm thay
đổi chiết suất khúc xạ.
-Sợi thuỷ tinh đa vật liệu có thành phần chủ yếu soda lime, thuỷ tinh hay
thuỷ tinh boro-silicat.
-Sợi quang bằng nhựa: vật liệu sản xuất là silicon resin và arcelic resin
(polymethyl methacrylic: PMMA).
Đối với mạng viễn thông thì sợi quang thuỷ tinh thạch anh được sử dụng
nhiều nhất vì nó có khả năng cho sản phẩm có độ suy hao thấp và các đặc tính
truyền dẫn ổn định trong thời gian dài. Loại sợi làm bằng nhựa thường được sử
dụng ở những nơi cần truyền dẫn cự ly ngắn, khó đi cáp bằng máy móc, thuận tiện
cho lắp đặt thủ công nhưng tính truyền dẫn kém.
*Phân loại theo Mode lan truyền.
- Sợi quang đơn mode (SM) chỉ cho một mode lan truyền.
- Sợi quang đa mode cho phép nhiều mode lan truyền.
* Phân loại theo phân bố chỉ số khúc xạ.
- Sợi quang chiết suất phân bậc (SI): chiết suất thay đổi theo bậc giữa lõi và
vỏ.
- Sợi quang chiết suất biến đổi (GI): loại này chiết suất thay đổi một cách từ
từ.
Loại sợi quang SM nằm trong nhóm SI, tuy nhiên sự chênh lệch về chiết suất
khúc xạ giữa lõi và vỏ rất ít, thường dùng để chỉ sợi quang đa mode vì nó có chiết
11
suất thay đổi một cách rất rõ ràng giữa lõi và vỏ. Trong sợi quang loại GI, sợi quang
được làm theo cấu trúc đặc biệt để truyền tải ánh sáng nhiều mode, chiết suất khúc
xạ của lõi biến đổi một cách dần dần theo hướng đường kính sợi. Ánh sáng ở mode
cao hơn sẽ lan truyền qua một khoảng cách lớn hơn và hầu như lan truyền trong
phần có lõi có chiết suất phản xạ thấp

Hình1.3: Sự lan truyền ánh sáng theo phân bố khúc xạ.
1.4. CÁP QUANG
12
N
2
N
N
2
N
1
N
2
N
2
a. Sợi quang loại SI ( đa mode )
b. Sợi quang loại GI
N
2
N
1
N
2
c. Sợi quang loại SM
1.4.1. Yêu cầu chung của cáp quang.
*Đặc điểm, yêu cầu chung của cáp quang:
Cũng như kim loại, cáp quang cũng có những yêu cầu, đặc điểm cần phải
đáp ứng. Trước hết, lớp vỏ bọc bên ngoài để bảo vệ sợi quang khỏi ảnh hưởng của
môi trường như côn trùng, độ ẩm hoặc các lực cơ học tác động. Cáp cần phải đáp
ứng những yêu cầu sau:

- Không bị ảnh hưởng nhiễu điện từ.
- Không thấm nước.
- Chống được các ảnh hưởng của các lực cơ học như va chạm, lực kéo,
lực nén, lực uốn cong.
- ít bị lão hoá, có thời gian làm việc lâu.
- Trọng lượng nhỏ và kích thước bé.
* Khả năng của sợi và cáp quang:
Để đáp ứng yêu cầu trên, sợi và cáp quang được thiết kế rất ngặt nghèo để vừa
đảm bảo bền vững cơ học vừa đảm bảo được các đặc tính truyền dẫn. Trong một
chừng mực nào đó cáp quang thể hiện tính ưu việt so với kim loại.
-Sợi quang là vật liệu cách điện nên hoàn toàn không nhạy cảm với nhiễu
điện từ,
do đó cáp không cần có lớp bao che như đối với cáp kim loại.
-Sợi quang rất nhỏ, tốn ít nhiên liệu. Nên xét cùng khả năng truyền dẫn thì
mỗi gam thuỷ tinh làm sợi dẫn quang thay thế được vài kg đông để làm cáp kim
loại. Như vậy sợi cáp sẽ nhỏ hơn và nhẹ hơn kim loại nhiều. Về quan điểm kinh tế
thì cáp quang rất ưu việt, vì vật liệu rất sẵn để chế tạo sợi quang, trong khi kim loại
mầu để chế tạo cáp kim loại đang ngày càng khan hiếm.
- Sợi quang rất dòn, dễ gẫy, bị tác động của hơi nước (do ion OH
-
). Thế
nhưng lớp vỏ bảo vệ trực tiếp bao quanh sợi quang lại làm cho sợi tránh được tác
động cả độ ẩm, tănh độ bền cơ học lại rễ uốn dẻo được. Khi chế tạo cáp quang, cấu
trúc cáp được thiết kế còn vượt xa những đặc điểm của sợi.
Xét về phương diện truyền sóng, nếu sợi bị uốn cong nhỏ, thì năng lượng cả trường
lọt từ từ ruột ra vỏ gây ra tiêu hao phụ. Nếu bán kính uốn cong lớn hơn 60mm thì
tiêu hao phụ có thể bỏ qua, tuy nhiên nếu bán kính uốn cong nhỏ hơn 30mm thì đặc
tính truyền dẫn bị ảnh hưởng đáng kể. Nếu sợi quang trong cáp không bảo vệ cẩn
thận thì sẽ chịu tác động bên ngoài, chẳng hạn như do lực tác động ngang, sợi bị
13

uốn cong đột ngột tại chỗ nào đó, hoặc khi sợi cáp bị uốn cong với đường kính nhỏ
thì sợi bị uốn cong theo gây ra tiêu hao phụ.
Bởi vậy cáp quang phải được thiết kế sao cho nó bền vững với các tác động
cơ học và nhiệt độ của môi trường, vừa đảm bảo sợi không bị đứt, vừa không giảm
sút các đặc tính truyền dẫn trong mọi điều kiện sử dụng cáp.
1.4.2. Cấu trúc cáp quang.
Cấu trúc của sợi cáp phải thoả mãn yêu cầu chính là bảo vệ sợi quang trước
các tác dụng cơ học của điều kiện bên ngoài trong quá trình thi công lắp đặt và
trong cả quá trình sử dụng lâu dài. Các lực cơ học có thể làm đứt sợi quang tức khắc
hoặc làm tăng suy hao và làm giảm tuổi thọ của cáp quang.
Cáp quang cũng được chế tạo phù hợp với mục đích sử dụng của viễn thông
bao gồm: cáp treo, cáp chôn, cáp thả biển (cáp dưới nước), cáp trong nhà. Mỗi loại
cáp có một vài chi tiết đặc biệt ngoài cấu trúc chung của cáp.
* Các thành phần của cáp:
Bao gồm:
- Sợi quang: các sợi quang đã được bọc lớp phủ và lớp vỏ sắp xếp theo một
thứ tự nhất định. Lớp vỏ có thể có dạng đệm lỏng, đệm khít, băng dẹt.
- Thành phần chịu lực: bao gồm thành phần chịu lực trung tâm và thành
phần chịu lực bao bên ngoài.
- Chất nhồi: để làm đầy ruột cáp và chống ẩm.
- Lớp gia cường: để bảo vệ sợi cáp trong những điều kiện khắc nghiệt.
Hình 1.4: Cấu trúc tổng quát của cáp quang
14
- Vỏ cáp: Vỏ cáp có tác dụng bảo vệ ruột cáp tránh ảnh hưởng của các điều kiện
bên ngoài như các lực cơ học, tác dụng của các chất hoá học, nhiệt độ và hơi ẩm.
Khi chọn vật liệu làm vỏ cáp cần lưu ý đến các đặc tính sau:
+ Đặc tính khí hậu.
+ Khả năng chống ẩm.
+ Độ bền cơ học.
+ Tính trơ với các chất hoá học.

+ Bảo đảm cho cáp có kích thước nhỏ, trọng lượng nhỏ.
+ Khó cháy.
Hai loại vật liệu thông dụng nhất dùng làm vỏ cáp quang là:
+Vỏ PE: màu đen, có tác dụng ngăn bức xạ cực tím, thông dụng với cáp
để ngoài trời.
+Vỏ PVC: thường có màu, có đặc tính khó cháy nên thích hợp cho cáp
trong nhà.
- Thành phần chịu lực:
Vì sợi quang làm bằng thuỷ tinh, dễ bị gãy nên trong cáp sợi quang phải có
thành phần chịu lực để giữ cho sợi quang không bị kéo căng trong quá trình lắp
cũng như sử dụng.
Các thành phần chịu lực bao gồm:
+ Thành phần chịu lực trung tâm: nằm ở trục cáp. Thành phần chịu lực trung
tâm có thể làm bằng sợi kim loại hoặc sợi phi kim.
+ Thành phần chịu lực bao quanh ruột cáp: băng tơ hoặc sợi aramide được
bện bao quanh ruột cáp.
- Thành phần chống ẩm (chất nhồi)
Để tránh sự xâm nhập của nước dọc theo ruột cáp người ta bơm đầy khoảng
trống trong ruột cáp bởi một hợp chất nhờ dưới áp suất rất cao. Hợp chất nhờn cũng
phải có đặc tính giống như chất nhồi trong ống đệm lỏng, tức là:
+Có tác dụng ngăn ẩm.
+Không tác dụng hoá học với các thành phần khác của cáp.
+Dể tẩy sạch khi hàn nối.
+Khó cháy.
Ngoài ra ruột cáp còn được bao bọc bởi một lớp ngăn ẩm bằng kim loại
mỏng (thường là nhôm) hoặc plastic đối với cáp không chứa thành phần kim loại.
15
Lớp kim loại dát mỏng thường được làm gợn sóng để tăng lực chịu đựng cơ học.
Đối với cáp không cần độ chống ẩm cao, như cáp dùng trong nhà thì không
cần bơm chất nhờn cũng như không cần lớp kim loại chống ẩm.

- Thành phần gia cường.
Khi cáp được lắp đặt trong những môi trường đặc biệt như: dưới nước, chôn trực
tiếp trong những vùng có nhiều loại gặm nhất, côn trùng, treo trực tiếp thì cần lớp gia
cường bao quanh vỏ cáp.
Lớp gia cường thường bằng kim loại hoặc dạng lá mỏng bao quang vỏ cáp. Cần có biện
pháp bảo vệ lớp gia cường chống lại sự ăn mòn. Tuy nhiên các ưu điểm của cáp quang
như trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ sẽ bị mất đi khi có thêm lớp gia cường.
1.4.3. Phân loại cáp quang.
Có thể phân loại cáp quang theo các hướng sau:
- Phân loại theo cấu trúc:
+Cáp có cấu trúc cổ điển: Các sợi hoặc các nhóm cáp quang được phân bố
đối xứng theo hướng xoay vòng đồng tâm. Loại cấu trúc này hiện nay rất phổ biến.
+Cáp có lõi trục có rãnh: các sợi hoặc các nhóm sợi được đặt trên rãnh có
sẵn trên một lõi cáp.
+Cáp có cấu trúc băng dẹt: nhiều sợi quang được ghép trên một băng và
trong ruột cáp có nhiều băng xếp chồng lên nhau.
+Cáp có cấu trúc đặc biệt: do nhu cầu, trong cáp có thể có các dây kim loại
để cấp nguồn từ xa, để cảnh báo, để làm nghiệp vụ hoặc cáp đi trong nhà, chỉ cần
hai sợi là đủ.
- Phân loại theo mục đích sử dụng :
Có thể phân chia ra các loại cáp sau:
+Cáp dùng trên mạng thuê bao nội hạt, nông thôn.
+Cáp trung kế giữa các tổng đài.
+Cáp đường dài.
- Phân loại theo điều kiện lắp đặt: bao gồm các loại cáp sau:
+ Cáp chôn trực tiếp.
+ Cáp đặt trong cống.
+ Cáp thả dưới nước.
+ Cáp treo ngoài trời.
+ Cáp dùng trong nhà.

16
CHƯƠNGII: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH
QUANG TRONG THÔNG TIN QUANG
Khái niệm, một chuyển mạch thực hiện chuyển lưu lượng từ một cổng lối
vào hoặc kết nối lưu lượng trên một khối chuyển mạch tới một cổng lối ra. Hệ
thống chuyển mạch quang là một hệ thống chuyển mạch cho phép các tín hiệu bên
trong các sợi cáp quang hay các mạch quang tích hợp được chuyển mạch có lựa
chọn từ một mạch này tới một mạch khác.
Tùy thuộc vào kỹ thuật chuyển mạch mà các thông tin được trao đổi dưới
dạng thời gian thực (chuyển mạch kênh). Chuyển mạch kênh là một phương pháp
thông tin sử dụng để thiết lập giữa 2 điểm. Số liệu được truyền trên cùng một tuyến
và thông tin truyền đi trong thời gian thực. Khác với chuyển mạch kênh, chuyển
mạch gói thực hiện truyền các gói số liệu độc lập. Mỗi gói đi từ một cổng này tới
một cổng khác theo một đường nào đó. Các gói không thể gửi tới nút kế tiếp khi
chưa thực hiện thành công tại nút trước đó. Mỗi nút cần có các bộ đệm để tạm thời
lưu các gói. Mỗi nút trong chuyển mạch gói yêu cầu một hệ thống quản lý để thông
báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trong trường hợp số liệu truyền bị lỗi.
2.1. KHÁI QUÁT VỀ CÁC BỘ CHUYỂN MẠCH QUANG
2.1.1. Chức năng, nhiệm vụ:
Các bộ chuyển mạch quang là một khối chức năng cơ bản của mạng thông
tin quang hiện nay và tiến tới là mạng toàn quang, mà ở đó nó thực hiện việc đấu
nối các tín hiệu quang ở đầu vào tới các đầu ra khác nhau. Một bộ chuyển mạch
quang cơ bản được xây dựng nên từ 3 thành phần cơ bản như hình vẽ 2.1.
Hình 2.1: Sơ đồ khối cơ bản của một bộ chuyển mạch quang
17
Chuyển mạch
Giao
tiếp
đầu
vào

Giao
tiếp
đầu ra
Điều khiển chuyển mạch
Các khối giao tiếp vào ra thực hiện việc biến đổi, đồng bộ các tín hiệu đầu
vào, ra trước và sau chuyển mạch. Toàn bộ hoạt động của chúng được điều khiển và
giám sát bởi khối điều khiển chuyển mạch.
2.1.2. Phân loại chuyển mạch quang.
- Phân loại theo cấu trúc dẫn sóng:
Chuyển mạch quang có thể phân chia thành hai loại: sử dụng ống dẫn sóng
và chuyển mạch trong không gian tự do.
Chuyển mạch quang sử dụng ống dẫn sóng là chuyển mạch sử dụng các ống
dẫn sóng nhằm duy trì hệ số tác động lẫn nhau cao giữa các điện tử và photon.
Chuyển mạch ống dẫn sóng thường sử dụng điện trường tác động lên các hạt tải
điện, sử dụng tương tác giữa điện tử và photon để điều khiển chuyển mạch.
- Phân loại theo tín hiệu điều khiển:
Các thiết bị chuyển mạch thường được điều khiển nhờ thay đổi chiết suất
hoặc hệ số hấp thụ trong vùng tích cực của thiết bị bán dẫn thông qua các hạt tải
điện bị kích thích, thông qua điện trường hoặc xung quang kích thích.
Chuyển mạch điều khiển bởi dòng phun, là các hạt tải điện bị kích thích, do
thời gian sống của các hạt tải điện ngắn, cỡ nano giây.
Chuyển mạch điều khiển nhờ điện trường có tốc độ chuyển mạch không phụ
thuộc vào thời gian sống của hạt tải điện, vì thế tốc độ chuyển mạch có thể lên tới
100GHz.
Chuyển mạch điều khiển bằng các xung quang kích thích không tạo ra các
hạt tải thực sự, có tốc độ chuyển mạch cỡ pico giây.
- Phân loại theo miền chuyển mạch:
+Chuyển mạch quang phân chia theo không gian.
Không gian được phân chia thành các vùng khác nhau. Tín hiệu truyền độc
lập trong từng vùng không gian của mình. Khi chuyển mạch, tín hiệu được chuyển

từ vùng không gian này sang vùng không gian khác. Chuyển mạch quang phân chia
theo không gian là dạng chuyển mạch cơ bản và quan trọng nhất.
+ Chuyển mạch quang phân chia theo thời gian.
Thời gian được phân nhỏ thành các khoảng bằng nhau gọi là các khe thời
gian ( TS - Time Slot). Các khe thời gian khác nhau có thể mang thông tin khác
nhau. Chuyển mạch phân chia theo thời gian chuyển các tín hiệu quang đã ghép
18
kênh giữa các khe thời gian t
i
và t
j
. Trong thông tin quang, chuyển mạch phân chia
thời gian khó thực hiện do các photon không thể dễ dàng lưu trữ và hồi phục. Cách
thường dùng là sử dụng một tập hợp các dây trễ, làm trễ tín hiệu trong các khe thời
gian theo các khoảng thời gian khác nhau trước khi được ghép kênh trở lại.
+ Chuyển mạch quang phân chia theo bước sóng.
WDM cần được dùng phổ biến trong mạng truyền dẫn. Hiển nhiên, chuyển
mạch cần có khả năng chuyển mạch cho hai tín hiệu trên hai bước sóng khác nhau.
Chuyển mạch sử dụng WDM thường gặp là quảng bá - lựa chọn và định tuyến bước
sóng.
Chuyển mạch quảng bá và lựa chọn quảng bá tín hiệu đầu vào đến tất cả các
đầu ra. Các đầu ra sẽ cho/không cho phép tín hiệu trên một bước sóng nào đó đi
qua. Đầu ra có thể được chuyển đổi bước sóng một lần nữa trong trường hợp bước
sóng cho mỗi đầu ra là cố định.
Chuyển mạch định tuyến bước sóng sử dụng bước sóng để chuyển mạch
trong không gian. Dựa vào tính chất giao thoa giữa các sóng, các bước sóng khác
nhau có các vân giao thoa phân bố tại các vị trí khác nhau. Đặt các đầu thu tại các vị
trí này sẽ thu được tín hiệu trên các bước sóng khác nhau. Tín hiệu được đưa ra
ngoài và có thể được chuyển đổi bước sóng nếu cần.
+ Chuyển mạch quang phân chia theo mã.

Hiện đang được nghiên cứu và phát triển, chuyển mạch phân chia theo mã
được đánh giá là chuyển mạch thông minh với khả năng tự định tuyến (self-
routing), dung lượng lớn và thích hợp cho cả mạng không dây. Ý tưởng cơ bản là sử
dụng các mã giả ngẫu nhiên để trải phổ tín hiệu cần truyền. Phía thu phải có bản sao
của mã được sử dụng khi trải phổ để nén phổ thì mời thu được tín hiệu ban đầu.
2.1.3. Các yêu cầu kỹ thuật.
Các bộ chuyển mạch quang được xây dựng dựa trên các phần tử chuyển
mạch quang 1x2 hoặc 2x2 cơ sở. Các yêu cầu sau đây cần được chú ý khi xây dựng
các bộ chuyển mạch quang:
- Số lượng phần tử cơ bản: các mạng chuyển mạch kích thước lớn được xây dựng
dựa trên các phần tử chuyển mạch cơ bản 1x2 hoặc 2x2. Khi kích cỡ chuyển mạch
tăng, số lượng các phần tử cơ bản này tăng tương ứng, dẫn đến suy hao tín hiệu khi
đi qua mạng chuyển mạch. Hơn nữa, số lượng phần tử cơ bản tăng làm tăng giá
thành.
19
- Suy hao đều: các tín hiệu từ các đầu vào đi qua mạng chuyển mạch đến các đầu
ra theo các đường khác nhau, số lượng phần tử trên mỗi đường chuyển mạch có thể
khác nhau, nên suy hao tại mỗi đầu ra sẽ khác nhau. Khi thiết kế mạng chuyển
mạch, cần giữ sao cho số lượng phần tử chuyển mạch trên tất cả các đường có thể
giữa hai đầu đầu vào và ra bất kỳ không quá khác nhau, đảm bảo suy hao tại các
đầu ra xấp xỉ nhau.
- Số lượng các điểm giao nhau nhỏ nhất: trong mạng chuyển mạch quang, các
phần tử chuyển mạch cơ bản thường được tích hợp trên cùng một đế. Các đường nối
kết giữa các phần tử chuyển mạch là các ống dẫn sóng. Khi hai ống dẫn sóng giao
nhau, các hiệu ứng không mong muốn sẽ xảy ra làm ảnh hưởng đến chất lượng tín
hiệu đầu ra.
- Đặc tính tắc nghẽn: trong mạng chuyển mạch, tắc nghẽn xảy ra khi một đầu vào
có yêu cầu kết nối với một đầu ra đang rỗi nhưng mạng chuyển mạch không thể
cung cấp đường kết nối giữa hai đầu vào/ra này. Một chuyển mạch là không nghẽn
khi mọi kết nối giữa cặp đầu vào/ra bất kỳ luôn thực hiện được. Khái niệm không

nghẽn còn có thể chia thành không nghẽn theo nghĩa rộng và không nghẽn có thể
sắp xếp lại. Không nghẽn theo nghĩa rộng chỉ các mạng chuyển mạch có khả năng
kết nối một đầu vào bất kỳ với một đầu ra bất kỳ đang rỗi mà không ảnh hưởng đến
các kết nối đang có. Không nghẽn có thể sắp xếp lại là các mạng chuyển mạch có
khả năng cung cấp kết nối cho một đầu vào bất kỳ đến một đầu ra bất kỳ đang rỗi
nhưng các kết nối đang có phải được sắp xếp lại. Mạng không nghẽn có thể sắp xếp
lại có ưu điểm hơn mạng không nghẽn theo nghĩa rộng ở chỗ số lượng phần tử
chuyển mạch cơ sở ít hơn, tuy nhiên cần có một giải thuật định tuyến thông minh và
phức tạp cho mạng, đặc biệt khi kích thước mạng tăng lên. Một vấn đề khác với
mạng không nghẽn có thể sắp xếp lại là đa số các ứng dụng không chấp nhận sự
ngắt các kết nối đang tồn tại để chuyển sang kết nối mới.
2.2. THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA CÁC BỘ CHUYỂN MẠCH QUANG
Các bộ chuyển mạch quang được xây dựng từ các phần tử cơ bản như: bộ
ghép quang, bộ lọc quang, các phần tử chuyển đổi bước sóng
2.2.1. Bộ ghép quang.
Bộ ghép quang được dùng để kết hợp hoặc tách hai tín hiệu quang. Bộ ghép
2x2 được cho trên hình vẽ. Có thể thay đổi chiều dài vùng ghép để thay đổi tỷ số
công suất ghép.
20
Hình 2.2: Bộ ghép định hướng
Gọi P
i1
, P
i2
, P
o1
, P
02
lần lượt là công suất các đầu vào Input1, 2 và đầu ra
Output1, 2. Gọi α là hệ số ghép, ta có:

212
121
)1(
)1(
iio
iio
PPP
PPP
αα
αα
−+=
−+=
( 2.1)
Bộ ghép quang cũng được sử dụng để tách một phần nhỏ tín hiệu từ đầu vào
đưa vào các bộ đo đạc, giám sát và điều khiển. Ngoài ra, bộ ghép quang là thành
phần cơ bản trong các bộ giao thoa Mach-Zehner (MZI).
Bằng cách phối ghép các bộ ghép 2x2 trên chúng ta có thể tạo ra các bộ ghép
hình sao NxN. Ví dụ: Ta có thể xây dựng được một bộ ghép hình sao 8x8 từ 12 bộ
ghép 2x2 như sau:
Hình 2.3: Bộ ghép hình sao 8x8
21
Input 1
Input 2
Output 1
Output 2
1
2
3
4
5

6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
Đầu vào Đầu ra
2.2.2. Bộ cách ly quang.
Trong bộ cách ly, khi tín hiệu truyền theo hướng thuận thì đầu ra giống đầu
vào, nhưng nếu thay đổi chiều truyền sóng, thì sóng không thể đi qua được bộ cách
ly từ lối ra ngược về phía lối vào.
Hình 2.4: Bộ cách ly quang dựa vào phân cực của sóng ánh sáng
Tín hiệu ánh sáng vào được lọc lấy thành phần thẳng đứng nhờ bộ lọc phân
cực đứng. Sau đó, tín hiệu phân cực được quay pha 45
o
nhờ bộ quay Faraday (Bộ
quay phân cực Faraday có đặc tính không đối xứng, tức là tín hiệu đi từ bên nào qua
cũng bị quay phân cực đi 45
o
theo chiều kim đồng hồ) Sau khi quay phân cực, tín
hiệu đi qua bộ lọc phân cực 45
o
và đi ra ngoài. Giả sử có một phần tín hiệu quay trở
về do phản xạ. Tín hiệu sau khi qua bộ lọc phân cực 45
o

lại bị xoay phân cực 45
o
một lần nữa và trở thành phân cực ngang và bộ lọc phân cực thẳng đứng sẽ ngăn
không cho tín hiệu này đi qua theo chiều ngược lại.
2.2.3. Bộ lọc quang.
- Bộ lọc dùng buồng cộng hưởng Fabry-Perot.
Cấu trúc buồng cộng hưởng Fabry-Perot bao gồm hai gương bán phản xạ, có hệ số
phản xạ R đặt song song cách nhau đoạn l.
22
Ánh sáng
vào
Ánh sáng
vào
Ánh sáng
bị chặn
Ánh sáng
phản xạ
1 2 3
Ánh sáng
vào
Ánh sáng
ra
Ánh sáng
bị chặn
Ánh sáng
phản xạ
1 2 3
1: Bộ lọc phân cực đứng
2: Bộ quay phân cực Faraday (45
0

)
3: Bộ lọc phân cực 45
0
Hình 2.5: Buồng cộng hưởng Fabry-Perot
Ánh sáng đi vào từ bên trái buồng cộng hưởng. Trong buồng cộng hưởng, tia
sáng phản xạ nhiều lần trên hai gương bán phản xạ. Những sóng ánh sáng có bước
sóng thoả mãn điều kiện:
π
22 mkl
=
(2.2)
với:
λ
π
n
k
2
=
và n là chiết suất môi trường trong buồng cộng hưởng mới tạo
thành sóng dừng trong buồng cộng hưởng, các sóng còn lại tự triệt tiêu lẫn nhau.
Khi truyền ra ngoài, thành phần ánh sáng có bước sóng thoả mãn điều kiện cộng
hưởng chiếm ưu thế. Vì vậy buồng cộng hưởng Fabry-Perot có thể sử dụng như bộ
lọc ánh sáng.
Bộ lọc Fabry-Perot có thể thay đổi bước sóng cộng hưởng bằng cách thay
đổi chiều dài buồng cộng hưởng hay chiết suất môi trường bên trong buồng cộng
hưởng.
- Bộ lọc màng mỏng điện môi.
Cấu tạo bộ lọc màng mỏng gồm các buồng cộng hưởng Fabry-Perot, với các
gương do các lớp điện môi màng mỏng có chiết suất lớn nhỏ đặt xen kẽ nhau tạo
thành.

Bộ lọc phản xạ lại tất cả các bước sóng và chỉ cho đi qua một bước sóng định
trước. Sử dụng kết hợp các bộ lọc, mỗi bộ lọc có bước sóng đi qua khác nhau, ta có
bộ tách kênh. Bộ lọc màng mỏng đang được sử dụng rộng rãi trong mạng ghép kênh
theo bước sóng.
23
Hình 2.6: Bộ lọc màng mỏng điện môi
- Bộ lọc dùng cách tử nhiễu xạ.
Cách tử được cấu tạo gồm nhiều rãnh (như răng cưa), trên bề mặt của các
rãnh phủ một lớp phản xạ, số lượng rãnh trên cách tử có thể lên tới vài nghìn rãnh
trên 1 mm.
Hình 2.7: Cách tử nhiễu xạ
Cách tử có khả năng truyền hoặc tán xạ ánh sáng theo những hướng nhất
định tuỳ thuộc vào bước sóng của ánh sáng đó. Góc tán xạ phụ thuộc vào khoảng
cách rãnh (gọi là bước cách tử) và góc tới.
24
Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động của cách tử truyền qua
Gọi θ
i
, θ
d
lần lượt là góc tới và góc nhiễu xạ, α là khoảng cách giữa các cách
tử (chu kỳ cách tử). Giả thiết chùm sáng chiếu đến cách tử là song song, mặt phẳng
ảnh cách mặt phẳng cách tử đủ lớn (rất lớn so với α).
Sự giao thoa của chùm tia tới có bước sóng λ sẽ xảy ra tại mặt phẳng ảnh
dưới góc θ
d
nếu thoả mãn điều kiện:
( ) ( )
[ ]
λθθ

ma
di
=−
sinsin
(2.3)
Trong đó: m nhận các giá trị nguyên và được gọi là bậc của cách tử.
Đặt các thiết bị thu quang tại các vị trí giao thoa trên mặt phẳng ảnh sẽ thu được
thông tin từ các bước sóng khác nhau.
Ánh sáng không đơn sắc ở đầu vào, sau khi qua cách tử sẽ được tách thành
các tia sáng đơn sắc ở đầu ra theo các góc khác nhau. Khi tách kênh (tách bước
sóng) bằng cách tử, nguồn sáng tới gồm nhiều bước sóng từ sợi quang sẽ được tách
ra thành các tia đơn sắc tương ứng với các bước sóng được truyền trên sợi theo các
góc khác nhau. Ngược lại khi ghép kênh, một số kênh bước sóng λ
1
, λ
2
, , λ
n
đến
từ các hướng khác nhau có thể được kết hợp thành một hướng và được đưa tới
truyền dẫn trên cùng một sợi quang.
25