Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao luận án thạc sĩ

Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Đoàn Thị Hồng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ


HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO




ĐOÀN THỊ HỒNG

TN
2012

THÁI NGUYÊN 2012

Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP





LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO




Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Học viên: ĐOÀN THỊ HỒNG
Người HD Khoa học: PGS.TS. LẠI KHẮC LÃI

THÁI NGUYÊN – 2012

Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: "Hệ thống
truyền dẫn quang tốc độ cao” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn
của PGS.TS. Lại Khắc Lãi. Đây không phải là bản sao chép của bất
kỳ một cá nhân, tổ chức nào. Các số liệu, kết quả trong luận văn đều
do tôi làm thực nghiệm, xác định và đánh giá.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã
trình bày trong Luận văn này.

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2012
HỌC VIÊN



Đoàn Thị Hồng

Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ………………………………………………………………….1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 3
1.1. Khái quát chung 3
1.2. Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống thông tin quang 4
1.2.1. Ưu điểm 4
1.2.2. Nhược điểm 4
1.3. Cấu hình hệ thống thông tin quang 4
1.4. Các thông số truyền dẫn quang cơ bản 5
1.4.1. Các sợi quang đơn mode dùng trong hệ thống quang tốc độ cao. 5
1.4.2. Suy hao tín hiệu truyền trong sợi quang. 8
1.4.2.1. Hấp thụ tín hiệu trong sợi quang 9

1.4.2.2. Suy hao do tán xạ 10
1.4.2.3. Suy hao uốn cong sợi 10
1.4.3. Tán sắc tín hiệu truyền trong sợi quang 11
1.4.3.1. Tán sắc vật liệu 12
1.4.3.2. Tán sắc dẫn sóng 13
1.4.3.3. Tán sắc vận tốc nhóm 14
1.4.3.4. Tán sắc bậc cao 15
1.4.3.5.Tán sắc phân cực mode 16
CHƢƠNG 2: TUYẾN TRUYỀN DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO………….18
2.1. Nguồn phát quang tốc độ cao (dùng cho hệ thống 40Gbit/s) 18
2.1.1. Laser phản hồi phân tán DFB 19
2.1.2. Phương thức điều chế nguồn phát quang tốc độ cao(hệ thống
40Gb/s) 20
2.1.2.1. Ưu điểm của nguồn điều chế ngoài. 21
2.1.2.2. Nguyên lý điều chế ngoài. 22
2.2. Bộ thu quang tốc độ cao (dùng cho hệ thống quang 40Gbit/s) 25
CHƢƠNG 3: ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỄU TRONG TUYẾN TRUYỀN
DẪN QUANG TỐC ĐỘ CAO 28
3.1. Khuêch đại đƣờng truyền. 28
3.1.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động. 28
3.1.2. Các đặc tính cơ bản của EDFA 30
3.1.2.1. Nguồn bơm quang 30
3.1.2.2. Hệ số khuếch đại 33
3.1.3. Bão hoà hệ số khuếch đại. 36
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
3.1.3.1. Hấp thụ và bức xạ giữa các phần: 38
3.1.3.2. Các phương trình tốc độ hạt mang và khuếch đại. 39
3.1.3.3. Độ đài tối ưu của EDFA: 40

3.1.3.4. Tạp âm và hệ số tạp âm 41
3.2. Các ứng dụng của EDFA. 45
3.2.1. Bộ khuếch đại công suất (BA-Booster Amplifier): 45
3.2.2. Tiền khuếch đại (PA: Pre-Amplifer) 46
3.2.3. Khuếch đại đường dây(LA-Line Amplifier) 47
3.2.4. Lựa chọn hệ thống sử dụng EDFA. 48
3.3. Một số hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao (40Gb/s)……………….48
3.3.1. Sơ lược về hệ thống 48
3.3.2. Phương pháp đánh giá hoạt động của hệ thống. 49
3.3.3. Hệ thống truyền dẫn 40Gb/s RZ trên tuyến có độ tán sắc được quản
lý (DM line). 51
3.3.3.1. Giải pháp xung ổn định (DM soliton) 51
3.3.3.2. Các đặc trưng truyền dẫn của hệ thống 40Gb/s với giải pháp xung
DM. 55
3.3.4. Hệ thống truyền dẫn 40Gb/s RZ với điều chế đồng bộ thông thường.
57
3.3.4.1.Cấu trúc hệ thống 40Gb/s sử dụng giải pháp điều chế đồng bộ thông
thường. 57
3.3.4.2. Đặc trưng của hệ thống truyền dẫn 40Gb/s với điều chế đồng bộ thông
thường. 58
3.3.5. Hệ thống truyền dẫn RZ 40Gb/s với điều chế đồng bộ cải tiến. 61
3.3.5.1. Cấu trúc của hệ thống 40Gb/s sử dụng công nghệ điều chế đồng bộ
cải tiến. 61
3.3.5.2. Đặc trưng truyền dẫn của hệ thống 40Gb/s với điều chế đồng bộ cải
tiến. 62
CHƢƠNG 4: ẢNH HƢỞNG CỦA TÁN SẮC VÀ BÙ TÁN SẮC TRONG
HỆ THỐN QUANG TỐC ĐỘ CAO 66
4.1. Ảnh hƣởng của tán sắc đến hệ thống 66
4.1.1. Các xung Gaussian bị lệch tần (chirp) 66
4.1.2. Tán sắc giới hạn tốc độ truyền dẫn 68

4.1.3. Ảnh hưởng của chirp tần số 70
4.2. Bù tán sắc trong hệ thống 70
4.2.1. Bù tán sắc bằng sùi tán sắc cao 71
4.2.2. Kỹ thuật bù trước 74
4.3. Ảnh hƣởng của các hiệu ứng phi tuyến đến hệ thống thông tin quang.76
4.3.1. Các hiệu ứng liên quan đến hiệu ứng KERR 76
4.3.1.1. Hiệu ứng Self-phase ModulatioD (SPM) 76
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
4.3.1.2. Hiệu ứng Cross-phase Modulation (XPM) 79
4.3.1.3. Hiệu ứng Four-wave Mixing (FWM) 81
4.3.2. Các hiệu ứng liên quan đến tán xạ 83
4.3.2.1. Hiệu ứng Raman (SRS) 83
4.3.2.2. Hiệu ứng Brillouin (SBS) 86
CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN CHO TUYẾN TRUYỀN DẪN
QUANG 88
5.1. Sơ đồ thuật toán của chƣơng trình 88
5.2. Các chức năng chính của phần mềm: 88
5.2. Các chức năng chính của phần mềm: 89
5.3. Các form chính của phần mềm 89
5.4. Các hàm thiết kế chính: 94
5.4.1. Hàm nhập thiết bị EDFA: 94
5.4.2. Hàm xoá thiết bị EDFA 96
5.4.3. Hàm thiết kế tuyến 96
5.4.4. Hàm tính toán thông số hệ thống 98
5.4.5. Hàm mô phỏng hệ thống trình bày trong chương 6 101
KẾT LUẬN ………………………………………………………………….103
TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu

CÁC TỪ VIẾT TẮT
APD : Avalanche Photodiode
ASE : Amplified Spontaneous Emission
BA : Booster Amplifier
BER : Bit Error Rate
DFB : Distributed Feedback
DM : Dispersion Management
DSF : Dispersion Shifted Fiber
EDFA : Erbium Doped Fiber Amplifier
ESA : Excited State Absorption
FWHM : Full Width Half Max
FWM : Four Wave Mixing

GVD : Group Velocity Dispersion
LA : Line Ampifier
LD : Laser Diode
LEAF : Lerger Effective Area Fiber
MZ : Mach - Zehnder
MMF : Multi-Mode Fiber
NRZ : Non_Return to Zero
NZ-DSF : Nonzero Dispersion Shifted Fiber
NEP : Noise Equivalent Power
NF : Noise Figure
O/E : Optical- Electric converter
OEIC : Optoelectronic Intergrated Circuit
PA : Power Amplifier
PMD : Polarization Mode Dispersion
PRBS : Psedo-Random Bit Sequences
PIN : P_type Intrinsic N_type
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
SBS : Simulated Brilium Scattering
SOA : Semiconductor Optical Amplifier
SNR : Signal to Noise Rate
SMF : Single Mode Fiber
SPM : Self Phase Modulation
SRS : Stimulated Raman Scattering
TL : Teralight
RZ : Return to Zero
WDM : Wavelength Division Multiplexing
XPM : Cross Phase Modulation
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao

HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Tán sắc của các loại sợi SMF. DSF và NZ-DSF 6
Hình 1.2 Các đặc tính suy hao theo bước sóng của sợi dẫn quang với các cơ chế 10
Hình 1.3. Sự suy hao do uốn cong thay đổi theo bán kính R 11
Hình 1. 4. Chỉ số chiết suất và chỉ số nhóm 12
Hình 1.5. Tham số b và các vi phân của nó d (Vb) và Vd
2
thay đổi theo V 13
Hình 1.6. Các loại tán sắc cho sợi đơn mode. M: tán sắc vật liệu G: tán sắc dẫn sóng; T:
tán sắc tổng P: tán sắc do mặt cắt gây ra, R: tán sắc dư 14
Hình 1.7. Tán sắc phân cực mode trong sợi quang 16
Hình 2.1. Cấu trúc của DFB 19
Hình 2. 2 Nguồn phát sử dụng kĩ thuật điều chế ngoài. 20
Hình 2.3. Bộ điều chế Mach-zehnder 22
Hình. 2.4. Sơ đồ nguyên lý của một bộ biến điệu điện quang Mach-zehnder 23
Hình 2. 5. Bộ điều chế âm quang 25
Hình 2.6. Cấu trúc bộ thu quang tổ hợp OEICs 27
Hình 3.1: Các cấu trúc cơ bản của bộ khuếch đại quang EDFA 29
Hình 3.2: Các mức năng lượng trong EDFA 30
Hình 3.3. Giản đồ năng lương của Er
3+qe
31
Hình 3.4. Bơm 1540nm, do ảnh hưởng Stark nên xảy ra sự tách biệt trong mức cơ bản và
mức gần ổn định ra nhiều mức nhỏ riêng biệt 31
Hình 3.5. Hai loại bơm (a)bơm dọc (b) bơm ngang 33
Hình 3.6. Tính năng của 3 phương thức bơm 33
Hình 3.7. Phổ khuếch đại của EDFA ở bước sóng bơm 980nm 34
Hình 3.8. Quan hệ giữa hệ số khuếch đai và nồng độ trộn Er

3+
34
Hình 3.9 miêu tả sự thay đổi hệ số khuếch đại, mức nhiễu, công suất bão hòa 35
Hình. 3.10. Đặc tuyến vào ra của EDFA 37
Hình 3.11.Phổ hấp thụ của Er ở bước sóng 1540 nm 39
Hình 3.12. độ dài sợi EDF 41
Hình 3.13. Hàm mật độ phổ công suất của tạp âm ASE 42
Hình 3.14. Minh họa cách tính NF 43
Hình 3.15. Hệ số tạp âm của EDFA 44
Hình 3 16: Các ứng dụng của EDFA 45
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Hình 3.17. Cấu hình của hệ thống 40Gb/s RZ trên tuyến Dm gồm SMF và DCF. 49
Hình 3.18. Sự phát triển của độ rộng xung quang phổ và D
chirp
được đo tại EDFA (a) Độ
rộng phổ; (b) D
chirp
52
Hình 3.19. Độ rộng phổ và D
chirp
xung DM đươc đo ở một EDFA như một hàm của năng
lương xung 54
Hình 3.20. Khoảng cách truyền dẫn qua đó hệ số Q>7 trong hệ thống 40Gb/s trong tuyến
DM gồm SMF. 56
Hình 3.21. Cấu trúc của hệ thống 40Gb/s RZ dùng công nghệ điều chế đồng bộ đội tuyến
thông thường và cấu trúc cua bộ điều chế đồng bộ 58
Hình 3.22. Chỉ ra khoảng cách truyền dẫn cho hệ số Q >7 trong hệ thống 40Gb/s với sự
điều chế đồng thông thường như được chỉ ra ở hình 5.5 59

Hình 3.23. Dạng sóng của xung 60
Hình 3.24.Cấu trúc của hệ thống 40 Gb/s RZ sử dụng công nghệ điều chế đồng bộ nội
tuyến cải tiến 61
Hình.3.25. Khoảng cách truyền dẫn của hệ thống 40Gb/s RZ với Q> 7 trên tuyến 62
Hình 3.26. Sự phát triển độ rộng xung, độ rộng phổ và Dchirp khi một xung đơn được
truyền trên tuyến DM với điều chế đồng bộ cải tiến. 63
Hình 3.27. Sự phát triển dạng sóng của xung trên tuyến DM với điều chế đồng bộ cái
tiến (a)sự truyền dẫn xung đơn; truyền dẫn 2 xung ………………………………… 64
Hình 4.1. Hệ số giãn xung phụ thuộc vào cự ly truyền dẫn đối với các xung Gaussian 67
Hình 4. 2 Giới hạn tốc độ bít của sợi đơn mode phụ thuộc vào cự ly 69
Hình 4.3. Đặc tính tán sắc của hai sợi DCF 73
Bảng 4.1. Thông số các sợi quang và sợi bù tương ứng 74
Hình 4.4 Sự phụ thuộc của FWM vào D trong sợi quang 80
Hình 4. 5. Sự tương tác giữa photon và phonon quang 84
Hình 4. 6. Hiện tượng Raman nghiêng 85
Hình 4 .7. Phổ khuếch đại Ra man của silic ở bước sóng bơm
p
1m
86

Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Một số loại sợi NZ-DSF 7
Bảng 3.1.So sánh các công nghệ ghép bước sóng: 32
Bảng 4.1. Thông số các sợi quang và sợi bù tương ứng 74
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng

Số hóa bởi trung tâm học liệu
1
LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm vừa qua, cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ điện tử -
viễn thông, công nghệ quang sợi và thông tin quang đã có những tiến bộ vượt bậc, giá
thành không ngừng giảm xuống tạo điều kiện cho việc sử dụng ngày càng rộng rãi trên
nhiều lĩnh vực. Hiện nay, hệ thống thông tin quang đã nổi lên và là các hệ thống thông tin
tiên tiến bậc nhất. Trong tương lai, cáp sợi quang được sử dụng rộng rãi và là môi trường
truyền dẫn lí tưởng. Cảnh quang chung về mạng quang qua các giai đoạn như sau:
Thế hệ quang thứ nhất được thương mại hóa từ năm 1980, hoạt động ở bước sóng
800nm và sử dụng laser bán dẫn GaAs. Tốc độ dữ liệu của hệ thống khoảng 45Mb/s
với khoảng lặp là 10km.
Thế hệ quang thứ 2 được thương mại hóa từ sau những năm 1980, hoạt động ở
bước sóng gần l.3
m
, trong đó suy hao quang <l dB/km và sợi quang có tán sắc nhỏ
nhất trong vùng này. Năm 1987, hệ thống truyền dẫn quang thế hệ 2 đã có tốc độ bít
1.7 Gb/s và khoảng lặp 50km.
Hệ thống quang thế hệ 3 có tốc độ bít 2.5Gb/s và được thương mại hóa từ năm
1990. Nó được biết đến với sợi quang silic có suy hao tối thiểu (0.2dB/km) ở gần bước
sóng 1550nm. Không may là sợi quang lại có tán sắc lớn ở vùng bước sóng 1550nm.
Để giải quyết vấn đề này, người ta đã đưa ra loại sợi quang tán sắc dịch chuyển và
laser đơn mode dọc. Mặt hạn chế của mạng quang thế hệ 3 là tín hiệu phải được phát
lại một cách tuần hoàn bằng điện khi qua các bộ lặp với khoảng cách lặp tiêu biểu là
60 -70km.
Việc sử dụng EDFA và WDM là một đặc điểm nổi bật của mạng quang thế hệ
thứ 4 được phát triển từ những năm 1985 và được thương mại hóa từ năm 1990. EDFA
làm cho cho tín hiệu quang có thể truyền tới khoảng cách hàng nghìn km mà không
cần sử dụng bộ tái tạo điện. Việc phát minh ra kỹ thuật WDM đã mở ra một cuộc cách

mạng về dung lượng truyền dẫn quang. Thời gian này, người ta đã có thể truyền qua
khoảng cách 11.300km sử dụng cáp quang vượt biển ở tốc độ dữ liệu 5Gb/s.
Mạng quang thế hệ tiếp theo, thế hệ 5, hệ thống quang lại tiếp tục phát triển và
tập trung vào 2 nội dung chính sau. Một là để tăng bước sóng đến dải L (1570nm
1610nm) và dải S (1485nm - 1520nm) để tăng số kênh WDM. Hiện nay, hệ thống
sóng quang được hoạt động ở cửa sổ bước sóng truyền thống là dải C (1530nm -
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
2
1565nm). Hai là tập trung vào việc tăng tốc độ dữ liệu của mỗi kênh. Rất nhiều thí
nghiệm đã thành công ở tốc độ 10 Gb/s và 40 Gb/s từ năm 2000. Ở tốc độ cao như thế,
việc quản lý bù tán sắc và chống lại các hiệu ứng phi tuyến như SPM, XPM và FWM
là rất quan trọng.
Luận văn sẽ trình bày một số nội dung liên quan đến hệ thống truyền dẫn tốc độ
cao, đặc biệt là hệ thống truyền dẫn quang 40 Gb/s. Cụ thể như sau:
Chương 1: Tổng quan hệ thống thông tin quang
Chương 2: Tuyến truyền dẫn quang tốc độ cao
Chương 3: Ảnh hưởng của nhiễu trong tuyến truyền dẫn quang tốc độ cao
Chương 4: Ảnh hưởng của tán sắc và bù tán sắc trong hệ thống quang tốc độ cao
Chương 5: Mô phỏng tính toán cho tuyến truyền dẫn quang.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình nghiên cứu, hoàn thành đề tài song do
trình độ và thời gian có hạn nên không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được ý
kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo, chuyên gia chuyên nghành, đồng nghiệp.
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
3
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
1.1. Khái quát chung

Cuộc sống ngày nay ngày càng phụ thuộc nhiều vào thông tin, yêu cầu chúng ta
phải luôn nắm thông tin trong tay mình bất cứ lúc nào, bất cứ dạng thông tin
nào chúng ta cần. Thông tin được cung cấp thông qua mạng lưới có phạm vi
toàn cầu của các mạng truyền tin, chúng được bổ xung liên tục hàng ngày bằng
mạng internet và mạng truyền tin chế độ đồng bộ (ATM), nhưng thật không
may, không đử năng lực để chứa dung lượng (dải thông) đòi hỏi.
Việc đi vào công nghệ sợi quang được xem như là một giải pháp cứu tinh cho
việc đáp ứng những đòi hỏi trên bởi những tiềm năng vô hạn của nó:
1 Giải thông lớn
2 Độ suy giảm tín hiệu nhỏ
3 Méo tín hiệu nhỏ
4 Yêu cầu công suất nhỏ
5 Sử dụng vật liệu thấp
6 Yêu cầu về khoảng không nhỏ
7 Giá thành thấp
Sợi quang là một công nghệ mới trong vài thập kỷ trước đây, bây giờ nhiệm vụ
của chúng ta là đưa những hứa hẹn của nó vào trong thực tiễn để đáp ứng những đòi
hỏi về mạng thông tin trong những thập kỷ tới.
Càng ngày càng có nhiều người sử dụng mạng dữ liệu, các loại hình sử dụng
của họ cũng liên tục phát triển điều này dẫn tới dải thông càng ngày càng phải lớn, các
ứng dụng mạng tập trung như lướt WEB, ứng dụng JAVA…Vấn đề nổi bật lên là các
thiết bị truyền dẫn mạng có dung lượng cao, mà năng lực của nó có thể truyền tới các
điểm ở xa với dòng tốc độ cao (ATM) mạng có thể cung cấp.
Băng thông của một sợi đơn mode có thể đạt tới gần 50Tbps, có tốc độ lớn gấp
nhiều lần tốc độ điện chỉ cỡ vài gigabit/1s(Gbps).
Sự thực rằng tốc độ lớn nhất ở các end_user có thể truy nhập vào mạng bị giới
hạn bởi tốc độ điện ( khoảng vài Gbps ), vấn đề chính trong việc thiết kế mạng thông
tin quang là yêu cầu khai thác được băng thông cực lớn để có thể đưa cùng một lúc
nhiều sự truyền dẫn user vào trong các kiến trúc và các giao thức mạng. Trong một
mạng thông tin quang, sự đồng thời này có thể nhận được bằng bước song hay tần số(

Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
4
bộ ghép kênh phân chia bước song WDM ), khe thời gian( bộ ghép kênh phân chia khe
thời gian TDM ), hay dạng song( ghép kênh phân chia mã ).
1.2. Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống thông tin quang
1.2.1. Ưu điểm
+ Dải thông lớn
+ Độ suy giảm tín hiệu nhỏ
+ Méo tín hiệu nhỏ
+ Yêu cầu công suất nhỏ
+ Yêu cầu công suất nhỏ
+ Sử dụng vật liệu thấp
+ Yêu cầu về khoảng không nhỏ
+ Giá thành thấp…
1.2.2. Nhược điểm
Hệ thống thông tin quang yêu cầu công nghệ chế tạo các linh kiện rất tinh vi và
đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối đặc biệt là trong việc hàn nối sợi quang là rất phức tạp.
Việc cấp nguồn điện cho trạm trung gian là khó vì không lợi dụng luôn được
đường truyền như ở trong các hệ thống thông tin điện.
1.3. Cấu hình hệ thống thông tin quang
Thông tin quang có thể tổ chức hệ thống cũng tương tự như các hệ thống thông
tin khác, vì thế mà thành phần cơ bản nhất của hệ thống thông tin quang luôn tuân thủ
theo một hệ thống thông tin chung như hình 1.

Hình 1.1. Các thành phần cơ bản của một hệ thống thông tin

Đây là nguyên lý thông tin mà loài người đã sử dụng ngay từ khi khai sỉnha các
hình thức thông tin. Trong sơ đồ này, tín hiệu cần truyền đi sẽ được phát vào môi
Nơi tín
hiệu
phát đi
Thiết bị
phát
Môi
trường
truyền
dẫn
Thiết bị
thu
Nơi tín
hiệu
đến
Phía
phát tín
hiệu
Phía
thu tín
hiệu
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
5

trường truyền dẫn tương ứng, ở đầu thu sẽ thu lại tín hiệu cần truyền. Như vậy tín hiệu
đã được thông tin từ nơi gửi tín hiệu tới nơi gửi tín hiệu đến.
1.4. Các thông số truyền dẫn quang cơ bản
1.4.1. Các sợi quang đơn mode dùng trong hệ thống quang tốc độ cao.
Khi phân tích các sợi quang ta thấy rằng sợi đơn mode có suy hao nhỏ và có băng
tần rất lớn. Điều đó khẳng định vai trò và năng lực của nó trong mạng viễn thông hiện đại
và trong tương lai. Tuy nhiên để nâng cao hơn nữa khả năng sử dụng sợi đơn mode thông
thường người ta tiếp tục thay đổi một số tham số trong cấu trúc sợi này. Nhờ tối ưu hoá
sợi đơn mode, công nghệ quang sợi đã cho ra đã cho ra đời một loại sợi mới có suy hao
rất nhỏ, có chất lượng truyền dẫn tốt hơn, tích băng tần cự li lớn và có tuổi thọ cao sẽ đáp
ứng được yêu cầu cao của những hệ thống truyền dẫn tốc độ cao.
Có thể nhận thấy rằng có thể tạo được các loại sợi quang dẫn mới khi thay đổi
mặt cắt chỉ số chiết suất của lõi sợi. Cho tới nay người ta đã thiết kế và chế tạo hai loại
sợi quang mới dùng khá hiệu quả trong các hệ thống thông tin quang dựa theo nguyên
tắc trên, đó là sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển DSF (Dispertion-Shifted Fiber)
và sợi đơn mode tán sắc dịch chuyển không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác
không NZ-DSF(Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber).
Sợi DSF là sợi quang đơn mode có bước sóng λο nằm trong vùng bước sóng bước
sóng 1550 nm (1525nm- 1575nm) mà tại đó giá trị tán sắc bằng không, và sợi này được sử
dụng tối ưu cho các bước sóng nằm xung quanh 1550nm. Do sợi quang đơn mode DSF có
cả suy hao nhỏ giống như sợi đơn mode SMF thông thường và tán sắc cũng nhỏ cho nên rất
có hiệu quả trong việc ứng dụng vào các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng bước
sóng 1550nm hoặc là các hệ thống sử dụng khuyếch đại quang sợi pha tạp Erbium
EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier), trong đó hiệu quả nhất là đối với các hệ thống đơn
kênh quang. Như vậy, nhờ loại sợi này mà ta có thể xây dựng được các hệ thống thông tin
quang có tốc độ cao, cự ly xa chẳng hạn như các hệ thống thông tin cáp quang biển.
Sợi NZ-DSF là sợi quang đơn mode có giá trị tán sắc mà giá trị tuyệt đối của nó nhỏ
nhưng không bằng không trong vùng bước sóng 1550nm, bước sóng mà tại đó tán sắc
bằng không nằm ở ngoài vùng bước sóng 1500nm - 1600nm. Sợi này được coi là tối ưu
trong các hệ thống thông tin quang hoạt động tại các bước sóng nằm trong vùng bước

sóng 1500nm - 1600nm, khi kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng trên 1 sợi quang,
lúc này phi tuyến của sợi quang lại cần phải xem xét kĩ lưỡng. Đáp ứng phi tuyến này gây
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
6
ra thêm một loạt các hiệu ứng phi tuyến như hiệu ứng trộn bốn sóng FWM(Four Wave
Mixing), tự điều chế pha SPM(Self Phase Modulation). Trong các hiệu ứng này, hiệu ứng
FWM gây ra nhiều phức tạp hơn cả. Do hiệu suất của hiệu ứng FWM phụ thuộc vào tán
sắc của sợi quang cho nên sợi tán sắc dịch chuyển DSF không thích hợp với các hệ thống
WDM có dung lượng vả cự ly xa. Sự ra đời của sợi NZ-DSF vào năm 1994 đã giải quyết
được vấn đề này. Đặc tính suy hao của sợi này tương tự như sợi đơn mode thông thường
SMF, nhưng điểm nổi bật của nó là có tán sắc nhỏ nhưng khác không với giá trị tiêu biểu
là 0,lps/km.nm Dmin Dmax 6 ps/km. nm trong vùng bước sóng 1530nm- 1565nm.
Có hai loại sợi NZ-DSF. Loại sợi +NZ-DSF có điểm tán sắc bằng không nằm ở
vùng bước sóng < 1500nm như được thể hiện trong hình 2.4. Loại sợi -NZ- DSF có
điểm tán sắc bằng không nằm ở vùng bước sóng > 1600nm. Ngoài ra còn có loại sợi
NZ-DSF có hai điểm tán sắc bằng không thuộc loại sợi tán sắc phẳng.


Hình 1.2. Tán sắc của các loại sợi SMF. DSF và NZ-DSF
Ngoài các ưu điểm về suy hao và tán sắc như đã phân tích ở trên, sợi NZ-DSF
còn có các đặc điểm rất mạnh khác như khả năng giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng
phi tuyến và giảm tán sắc phân cục mode. Nhìn chung các sợi quang được thiết kế để
dịch chuyển tán sắc thường có diện tích hiệu dụng Aeff khoảng 50-60
2
m
. Trong khi
đó ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến tại tỉ lệ nghịch với Aeff đối với các hiệu ứng
tán xạ Brillouin được kích thích SBS(Stimulated Brillouin Scattering), tán xạ Raman

được kích thích SRS (Stimulate Raman Scattering), SPM, FWM. Còn các ảnh hưởng
của các hiệu ứng phi tuyến lại tỉ lệ nghịch với (Aeff)
2
đối với hiệu ứng XPM. Do đó để
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
7
giảm ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến thì phải tăng diện tích hiệu dụng của sợi.
Các sợi NZ-DSF đã sử dụng cơ chế này để nâng cao năng lực ứng dụng của chúng.
Cũng vì vậy mà sợi quang cho phép có thể tiếp nhận công suất tín hiệu quang lớn hơn
và làm cự ly truyền dẫn càng dài thêm, làm giảm tổng số thiết bị sử dụng trên tuyến.
Hiện nay đã có 1 số sợi tiên tiến thuộc loại NZ-DSF ra đời. Tiêu biểu là sợi NZ-
DSF của Corning có tên là SMF-LS ra đời năm 1997, LEAF ra đời năm 1998. Lucent
thì sản xuất sợi True wave RS.Và đặc biệt Alcatel cho ra đời sợi Teralight năm 1999,
tiếp đó Teralight metro và teralight Ultra, những loại cáp này hoàn toàn phù hợp với
hệ thống tốc độ cao 40Gb/s.
Như vậy có thể thấy rằng loại sợi tán sắc dịch chuyển DSF ra đời với mục đích dịch
chuyển vùng tán sắc tối ưu của sợi đơn mode tiêu chuẩn SMF về vùng bước sóng 1550nm,
còn sợi NZ-DSF tiếp tục hợp lý hoá sợi DSF để trở thành sợi có khả năng hạn chế hiệu ứng
phi tuyến mà tiêu biểu là giảm FWM, để ứng dụng hiệu quả cho các hệ thống WDM mà
vẫn đảm bảo cự ly truyền dẫn dài. Về đặc tính suy hao của cả ba loại sợi SMF, DSF, NZ-
DSF nhìn chung đều giống như nhau. Tuy nhiên chỉ có tán sắc CD và tán sắc PMD là có sự
khác nhau. Từ các đặc tính của các loại sợi như vậy cho nên nếu sử dụng chúng phù hợp
trong từng ứng dụng cụ thể sẽ có rất nhiều hiệu quả cả về mặt kỹ thuật và kinh tế.
Bảng 1.1. Một số loại sợi NZ-DSF
Loại sợi
SMF-
LS NS-
DSF

Submarine
SMF-LS
NS-DSF
LEAF
LEAF
Enhanced
Teralight
ultra
Thời điểm ra đời
4/1997

2/1998
9/1998
1999
Đường kính vỏ phản xạ,
m

125,0 1

125,0 1

125,0 1

125,0 1

125,0 1

Đường kính vỏ phản xạ,
m
ngoài,

m

245
5

245
5

245
5

245
5

245
7

Đường kính trường mode tại
1550nm,
m

8,4 0,5
7,9 8,9
9,0 9,6
9,0 9,6
9,2 0,5
Độ đồng tâm của trường
mode tại 1550nm,
m

0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Độ không
tròn đều, %
Trường mode
Rất nhỏ
Rất nhỏ
Rất nhỏ
Rất nhỏ
Rất nhỏ
Vỏ phản xạ
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
8
Hệ số tán sắc vùng 1550nm,
ps/nm
2
. km
4,4
4,4
3,7
3,7
8
Độ dốc tán sắc, ps/km.nm
0,12
0,07

07
07
0,052
PMD, ps/km
1/2

0,5
0,1
0,1
0,08
0,1
Hệ số suy hao tại 1550nm,
dB/km
0,25
0,22
0,23
0,23
0,22
Suy hao uốn cong tại
1550nm với bán kính
37,5nm, dB
0,05
0,05
0,05
0,5
05
Diện tích hiệu dụng
2
m

55
70
70 120
70 120
63

1.4.2. Suy hao tín hiệu truyền trong sợi quang.
Việc truyền tín hiệu từ phía phát tới phía thu sẽ bị suy hao và méo tín hiệu, đây là
hai yếu tố quan trọng, nó tác động vào toàn bộ quá trình thông tin, định cỡ về khoảng cách
và tốc độ tuyến truyền dẫn cũng như xác định cấu hình của hệ thống thông tin quang.
Sự suy hao trong sợi quang dẫn đến việc giảm công suất tín hiệu khi lan truyền
qua một khoảng cách nào đó . Để xác định khoảng cách lớn nhất mà một tín hiệu có
thể truyền đối với một công suất phía phát đưa ra và độ nhạy máy thu thì phải xét tới
sự suy giảm tín hiệu. Độ nhạy của máy thu là công suất nhỏ nhất mà máy thu yêu cầu
để nhận được tín hiệu. Gọi P(L) là công suất của xung quang, L là khoảng cách (km)
từ đầu phía phát và A là hệ số suy giảm của sợi (dB/km). Sự suy giảm được đặc trưng
bởi phương trình:
P(L) = P(0) 10
-AL/10

(1.1)
Tại P(0) là công suất quang ở đầu phát. Đối với một tuyến dài L (km) thì P(L)
phải lớn hoặc bằng
MAX 10
r
P0
10
L log
AP
(1.2)

Khoảng cách lớn nhất giữa đầu phát và đầu thu (hay khoảng cách giữa các bộ
khuyếch đại) phụ thuộc vào suy hao chung A nhiều hơn công suất đưa ra của đầu phát
như trước chúng ta đã nói suy hao thấp nhất = 0,2dB/km xảy ra ở 1550nm.
Trên một tuyến thông tin quang, các suy hao ghép nối giữa nguồn phát quang và sợi
quang, giữa sợi quang và sợi quang với đầu thu quang cũng có thể coi là suy hao trên
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
9
tuyến truyền dẫn. Quá trình sợi bị uốn cong quá giới hạn cho phép cũng tạo ra suy hao.
Các suy hao này là suy hao ngoài bản chất của sợi do đó có thể làm giảm chúng bằng
nhiêu biện pháp khác nhau. Vấn đề ta xét ở đây là suy hao bản chất ở bên trong sợi. Trong
quá trình truyền ánh sáng bản thân sợi dẫn quang cũng có suy hao và làm cho tín hiệu bị
yếu đi khi qua một cự ly lan truyền ánh sáng nào đó. Cơ chế suy hao cơ bản trong sợi
quang là suy hao do hấp thụ, do tán xạ hay do bức xạ năng lượng ánh sáng. Trong các suy
hao trên, suy hao do hấp thụ có liên quan tới vật liệu sợi bao gồm hấp thụ do tạp chất hấp
thụ vật liệu và hấp thụ điện, còn suy hao do tán xạ có liên quan tới cả vật liệu sợi và tính
không hoàn hảo về cấu trúc sợi. Còn suy hao bức xạ là do tính xáo trộn về hình học của
sợi gây ra.
Từ phương trình trên ta có suy hao là
10
r
P0
10
A log
AP
(1.3)
1.4.2.1. Hấp thụ tín hiệu trong sợi quang
Hấp thụ ánh sáng trong sợi dẫn quang là yếu tố quan trọng trong việc tạo nên bản
chất suy hao của sợi quang . Hấp thụ này sinh do 3 cơ chế sau:

Hấp thụ do tạp chất: Nhân tố hấp thụ nổi trội trong sợi dẫn quang là sự có mặt
của tạp chất có trong vật liệu sợi. Trong thuỷ tinh thông thường, các tạp chất như nước
và con kim loại chuyển tiếp đã làm tăng đặc tính suy hao, đó là các ion sắt, crôm,
coban, đồng và các ion nước OH. Các sợi dẫn quang trước đây với lượng tạp chất từ 1
đến 10 phần tỷ(ppb) có suy hao vào khoảng 1 đến 10 db/km
Hấp thụ vật liệu: Có thể thấy rằng hoạt động ở bước sóng dài hơn sẽ cho suy hao
nhỏ hơn. Nhưng các liên kết nguyên tử lại có liên quan tới vật liệu và sẽ hấp thụ ánh
sáng có bước sóng dài, trường hợp này gọi là hấp thụ vật liệu.
Hấp thụ điện tử: Trong vùng cực tím, ánh sáng bị hấp thụ là do các photon kích
thích các điện tử trong nguyên tử lên một trạng thái năng lượng cao hơn. Lúc này bờ
cực tím của các dải hấp thụ điện tử của cả hai vật liệu không kết tinh và kết tinh có
quan hệ sau đây:
0
E/E
uv
Ce
(1.4)
C, E
0
là hằng số rút ra từ kinh nghiệm, E là năng lượng photon. Do E tỉ lệ nghịch
với bước sóng, cho nên đặc tính hấp thụ cực tím đi xuống theo bậc hàm mũ so với
chiều tăng của bước sóng.
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
10

Hình 1.3. Các đặc tính suy hao theo bước sóng của sợi quang với các cơ chế
1.4.2.2. Suy hao do tán xạ
Suy hao tán xạ trong sợi dẫn quang là do tính không đồng đều rất nhỏ của lõi sợi

gây ra. Đó là do có những thay đổi rất nhỏ trong vật liệu, tính không đồng đều về cấu
trúc hoặc các khiếm khuyết trong quá trình chế tạo sợi. Như vậy trong cấu trúc lõi sợi
sẽ bao gồm cả mật độ phân tử cao hơn và mật độ phân tử thấp hơn mật độ trung bình.
Do các yếu tố này làm tăng sự thay đổi chiết suất, chúng tạo ra tán xạ ánh sáng gọi là
tán xạ Rayleigh. Thực tế thì suy hao này làm giảm đi 1/4 công suất của bước sóng.
Đối với thuỷ tinh thuần khiết:
3
2
2
scat B f T
4
8
n 1 k T
3
(1.5)
trong đó n: chiết suất
k
B
: hằng số Boltzman
T
: hệ số nén đẳng nhiệt
T
f
: nhiệt độ hư cấu là nhiệt độ mà tại đó tính bất ổn định về mật độ bị đông lại
thành thuỷ tinh.
Đối với các loại thuỷ tinh nhiều thành phần tán xạ này được tính như sau:
3
2
2
scat

4
8
nV
3
(1.6)
Ở đây, tính bất ổn định về mật độ và thành phần lớn hay nhỏ là không thể biết
được, do đó phải qua số liệu tán xạ thực nghiệm mới biết được. Do tán xạ Rayleigh
phụ thuộc theo
4
nên nó giảm mạnh theo chiều tăng của bước sóng. Giá trị suy hao
này đáng kể ở vùng bước sóng dưới 1nm.
1.4.2.3. Suy hao uốn cong sợi
-Vi uốn cong: Khi sợi quang bị chèn ép tạo nên những chỗ uốn cong nhỏ thì suy
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
11
hao sợi cũng tăng lên. Sự suy hao này xuất hiện do tia sáng bị lệch trục khi đi qua
những chỗ uốn cong đó. Đặc biệt sợi đơn mode rất nhạy cảm với những chỗ vi uốn
cong, nhất là về phía bước sóng dài.
-Uốn cong. Khi sợi bị uốn cong với bán kính uốn cong càng nhỏ thì suy hao càng
tăng. Dĩ nhiên không thể tránh khỏi việc uốn cong sợi quang trong quá trình chế tạo và
lắp đặt. Song nếu giữ cho bán kính uốn cong lớn hơn một bán kính tối thiểu cho phép
thì suy hao do uốn cong không đáng kể. Bán kính uốn cong tối thiểu do nhà sản xuất
đề nghị thông thường từ 30mm đến 50 mm.

Hình 1.4. Sự suy hao do uốn cong thay đổi theo bán kính R
1.4.3. Tán sắc tín hiệu truyền trong sợi quang
Khi ánh sáng truyền lan trong sợi dẫn quang, hiện tượng làm cho các xung ánh
sáng phát dọc theo sợi bị rộng ra được gọi là tán sắc ánh sáng. Các xung lân cận bị dãn

ra tới một mức độ nào đó sẽ phủ chùm lên nhau, lúc đó việc thu và tách các xung này
ra ở đầu thu sẽ gặp nhiều khó khăn. Tín hiệu thu được sẽ sai lệch đi và dẫn tới lỗi bit
(BER). Vì vậy tán sắc sẽ hạn chế cự ly đường truyền L (km) cũng như tốc độ truyền
dẫn B(Gb/s)

Tín hiệu truyền dọc theo sợi dẫn sẽ bị méo. Hiện tượng méo này là do tán sắc bên
trong mode và hiệu ứng trễ giữa các mode gây ra. Các hiệu ứng tán sắc ở đây được
giải thích nhờ việc khảo sát trạng thái các vận tốc nhóm của các mode truyền dẫn, mà
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
12
ở đây vận tốc nhóm là tốc độ mà tại đó năng lượng ở trong các mode riêng biệt lan
truyền dọc theo sợi. Tán sắc bên trong mode là sự dãn xung tín hiệu ánh sáng xảy ra ở
trong một mode. Vì tán sắc bên trong mode phụ thuộc vào bước sóng cho nên ảnh
hưởng của nó tới méo tín hiệu sẽ tăng lên theo sự tăng của độ rộng phổ nguồn phát. Độ
rộng phổ là dải bước sóng mà nguồn quang phát tín hiệu ánh sáng trên nó. Độ dãn
xung có thể được mô tả bằng công thức như sau:
n
s
d
L
d
(1.7)
L: Độ dài sợi quang.
n
: Sự trễ nhóm đối với một đơn vị độ dài.
s
:Bước sóng trung tâm. :Độ rộng trung bình bình phương của phổ nguồn phát
1.4.3.1. Tán sắc vật liệu

Tán sắc vật liệu xuất hiện là do chỉ số chiết suất của thuỷ tinh, loại vật liệu dùng
để chế tạo ra sợi quang và những thay đổi của chúng theo tần số sợi quang. Có thể viết
tán sắc vật liệu như sau:
2g 2g
M
2
dn dn
21
D
d c d
(1.8)
n
2g
: chỉ số nhóm của vật liệu vỏ sợi
Nguồn gốc của tán sắc vật liệu có liên quan tới đặc tính tần số cộng hưởng mà tại
đó vật liệu sẽ hấp thụ sự phát xạ điện tử. Chỉ số chiết suất của lõi và vỏ sợi được làm
xấp xỉ bằng phương trình Sellmeier và được tính chung bằng công thức sau:
2
M
jj
2
1,2
22
j1
j
B
n1
(1.9)
j
: tần số cộng hưởng Bj: Cường độ dao động

Hình 1.5. Chỉ số chiết suất và chỉ số nhóm
Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
13
Các tham số Bj,
j
thu được từ kinh nghiệm thông qua việc điền các đường cong
tán sắc đo được vào biểu thức trên với M=3. Chúng phụ thuộc vào hàm lượng các chất
kích tạp và được xếp thành vài loại sợi. Chỉ số chiết suất n và chỉ số nhóm n
g
thay đổi
theo bước sóng đã gây ra tán sắc vật liệu. Tán sắc vật liệu D
M
có ràng buộc với đường
bao của n
g
bằng đẳng thức:
g
M
dn
1
D
cd
(1.10)
1.4.3.2. Tán sắc dẫn sóng
Tán sắc dẫn sóng Dw là một thành phần đóng góp vào tham số tán sắc tổng, nó
phụ thuộc vào tần số chuẩn hoá V của sợi quang và được viết như sau:

Hình 1.6. Tham số b và các vi phân của nó d (Vb)dV và Vd
2
(Vb) Vd
2
thay đổi theo V
22
2g 2g
2
W
22
2
nn
Vd Vb Vd Vb
2
D
n dV dV
(1.11)
n
2g
: Chỉ số nhóm của vật liệu vỏ sợi. b: Hằng số lan truyền chuẩn
Hình 1.5 chỉ ra d(Vb)dV và Vd
2
(Vb)dV
2
thay đổi theo V. Do cả hai đạo hàm là dương
nên D
w
là âm trong toàn bộ vùng bước sóng
0 1,6 m
.

Luận văn cao học Hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao
HV: Đoàn Thị Hồng
Số hóa bởi trung tâm học liệu
14

Hình 1.7. Các loại tán sắc cho sợi đơn mode. M: tán sắc vật liệu G: tán sắc
dẫn sóng; T: tán sắc tổng P: tán sắc do mặt cắt gây ra, R: tán sắc dư
Hình 1.6 mô tả các tán sắc D
w
, D
M
và tán sắc tổng D= D
W
+D
M
cho sợi quang đơn
mode tiêu biểu. Tác động chính của tán sắc dẫn sóng là để dịch bước sóng
ZD
đi một
một lượng 30-40nm nhằm để thu được tán sắc tổng D bằng không tại gần 1310nm. Nó
cũng làm giảm D từ giá trị tán sắc vật liệu D
M
trong vùng bước sông 1,3 - 1,6
m
nơi rất
hấp dẫn cho các hệ thống thông tin quang. Giá trị tiêu biểu của tham số tán sắc D nằm
trong dải 15 20ps/km.nm ở gần bước sóng 1,55
m
. Vùng bước sóng này đang được
quan tâm rất nhiều vì có suy hao sợi nhỏ nhất. Khi giá trị tán sắc D cao sẽ làm hạn chế

đặc tính của các hệ thống thông tin quang hoạt động ở vùng bước sóng 1550nm.
1.4.3.3. Tán sắc vận tốc nhóm
Vận tốc nhóm kết hợp với mode cơ bản là một đặc trưng phụ thuộc tần số. Vì vậy
mà các thành phần phổ khác nhau của xung sẽ lan truyền với các vận tốc nhóm hơi
khác nhau, hiện tượng này được gọi là tán sắc vận tốc nhóm GVD(Group-Velocity
Dispersion), tán sắc bên trong mode.
Xét một sợi quang đơn mode có độ dài L. Nguồn phát có thành phần phổ đặc
trưng tại tần số sẽ đi từ đầu vào tới đầu ra của sợi sau một thời gian trễ T = L/v
g
với
v
g
là vận tốc nhóm được xác định:
1
g
d
v
d
(1.12)
Việc vận tốc nhóm phụ thuộc tần số sẽ làm dãn xung là do các thành phần phổ
khác nhau của xung đã bị phân tán trong khi lan truyền trong sợi quang và không đến