Khảo sát hệ thống thông tin quang sử dụng DCF để bù tán sắc

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

“Khảo sát hệ thống thông tin quang sử
dụng DCF để bù tán sắc.”

Người hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện :
Lớp

:

ThS. NGUYỄN THỊ THU NGA
PHẠM THỊ HƯỜNG
D10VT5

Khoá :

2010 - 2015

Hệ

ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Hà Nội, tháng 11/2014.

:


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Danh mục hình vẽ

MỞ ĐẦU
Cuộc cách mạng khoa học và kĩ thuật đã và đang diễn ra một cách mạnh mẽ
trên toàn cầu. Cuộc cách mạng này đã đưa nhân loại tiến sang một kỉ nguyên mới, kỉ
nguyên của nền văn minh dựa trên cơ sở nền công nghiệp trí tuệ. Khoa học kĩ thuật đã
góp phần thúc đẩy kinh tế phát triển và tiến sang một giai đoạn mới đó là nền kinh tế
tri thức. Trong đó viễn thông là ngành công nghiệp của tương lai và đóng vai trò vô
cùng quan trọng trong mọi mặt của đời sống xã hội. Mạng truyền dẫn quang ra đời đã
đáp ứng được các nhu cầu của người sử dụng dịch vụ viễn thông về băng thông lớn ,
chất lượng tín hiệu đảm bảo. Điều này dẫn đến sự phát triển tất yếu của mạng truyền
dẫn quang. Nó nhanh chóng phát triển trở thành mạng đường trục tốc độ lớn với nhiều
công nghệ mới ra đời phục vụ cho mạng như WDM hay EDFA….
Cùng với sự phát triển của mạng truyền dẫn quang thì các công nghệ chế tạo
thiết bị quang cũng ngày càng phát triển. Các thiết bị mới ra đời nhằm tăng tốc độ và
chất lượng truyền dẫn cho mạng cũng như khắc phục các nhược điểm cố hữu của
mạng quang như là tán sắc, suy hao, khuyếch đại công suất …
Hệ thống thông tin quang có rất nhiều ưu điểm, được ứng dụng rộng rãi trên thế
giới nhưng bên cạnh đó còn tồn tại những nhược điểm. Nhược điểm chính của hệ
thống là ảnh hưởng của tán sắc. Tán sắc làm tín hiệu khi truyền dẫn trong sợi quang bị
suy hao và biến dạng dẫn đến hạn chế cự ly truyền dẫn và tốc độ truyền dẫn, làm giảm
dung lượng cũng như chất lượng của hệ thống. Vấn đề đặt ra hiện nay là việc khắc
phục những nhược điểm này. Vậy nên đồ án của em tập trung vào vấn đề nêu ra các
hiện tượng tán sắc và các phương pháp bù tán sắc mà trong đó, việc sử dụng sợi quang
bù tán sắc DCF là phương pháp đã mang lại hiệu quả cao. Vì vậy, em đã lựa chọn đề

tài:
“Khảo sát hệ thống thông tin quang sử dụng DCF để bù tán sắc”.
Nội dung chính của đồ án gồm ba chương:
Chương 1 – Tán sắc và ảnh hưởng của tán sắc lên hệ thống thông tin
quang.
Chương này giới thiệu tổng quát về hệ thống thông tin quang tốc độ cao các
giai đoạn phát triển, các ưu nhược điểm của hệ thống mà trong đó tán sắc là nhược
điểm lớn nhất. Đưa ra khái niệm tán sắc, các loại tán sắc và ảnh hưởng của tán sắc đến
hệ thống thông tin quang tốc độ cao.
Chương 2 – Các phương pháp bù tán sắc.
Nội dung chương 2 nói về các phương pháp bù tán sắc trong hệ thống thông tin
quang như: các giải pháp bù trước, các giải pháp bù sau và một số kỹ thuật bù quang.
Chương 3 – Khảo sát hệ thống thông tin quang sử dụng DCF để bù tán sắc.

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

2


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Danh mục hình vẽ

Chương 3 giới thiệu hệ thống thông tin quang sử dụng sợi DCF để bù tán sắc,
tổng quan về phần mềm Optisystem và sử dụng phần mềm này để khảo sát hệ thống
thông tin quang WDM sử dụng sợi bù tán sắc DCF.

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

3

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Để thực hiện và hoàn thành tốt đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ và hướng dẫn
tận tình của các thầy cô và bạn bè khoa Điện tử Truyền thông trường Học viện Công
nghệ Bưu chính Viễn thông.
Em xin gửi lời chân thành cảm ơn tới các thầy cô đã cung cấp cho em những
kiến thức vô cùng quý báu và cần thiết trong suốt thời gian học tập tại trường, đặc biệt
là cô giáo ThS. Nguyễn Thị Thu Nga đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt
thời gian thực hiện đồ án.
Tuy nhiên do giới hạn về mặt thời gian và kiến thức nên đồ án chắc chắn sẽ
không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự cảm thông cũng như sự
đóng góp của Hội đồng bảo vệ để em có thể hoàn thiện bài hơn.
Em trân trọng cám ơn!
Hà Nội, ngày 26 tháng 11 năm 2014.
Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Hường.

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
A
AM

Amplitude Modulation

Điều chế biên độ

ASE

Applications Service Element

Phần tử dịch vụ ứng dụng

Sinh viên: Phạm Thị Hường - D10VT5

4


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời cảm ơn

C
CD

Chromatic Dispersion

Tán sắc đơn sắc

CDMA

Code Division Multiple Access

Ghép kênh đa truy nhập phân
chia theo mã

CMD

Channel Muxer & Demuxer

Thiết bị điều chế và giải điều
chế

CW

Call Waiting

Cuộc gọi chờ
D

DCF

Dispersion Compensation Fiber

Sợi bù tán sắc

DCM

Dispersion Compensation Module

Khối bù tán sắc

DFB

Distributed Feedback

Hồi tiếp phân tán

DGD

Differential Group Delay

Trễ nhóm vi sai

DSF

Dispersion Shifted Fiber

Sợi quang đơn mode tán sắc
dịch

DSP

Digital Signal Processing

Xử lý tín hiệu số

DWDM

Dense Wavelength Division
Multiplexing

Ghép kênh theo bước sóng mật
độ cao
E

EDFA

Bộ khuếch đại quang sợi
Erbium

Erbium Doped Fiber Amplifier
F

FP

Fabry Perot

Khoang cộng hưởng

FOM

Figure of Merit

Hệ số giá trị

FSK

Frequency Shift Keying

Điều chế dịch tần

FWHM

Full Width at Half Maximum

Độ rộng toàn phần tại nửa lớn
nhất

FWM

Four Waving Mixing

Phương pháp trộn 4 bước sóng
G

GVD

Group – Velocity Dispersion

Bù tán sắc vận tốc nhóm
I

ISDN

Integrated Services Digital Network

Mạng số tích hợp dịch vụ

IL

Insertion Loss

Suy hao xen
L

LA

Local Application

Ứng dụng nội bộ
M

Sinh viên: Phạm Thị Hường - D10VT5

5


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời cảm ơn

MFD

Mode Field Diameter

Đường kính của trường mode

MMF

Multi Mode Optical Fiber

Sợi quang đa mode
N

NRZ

NonReturn to Zero

Không trở về không

NZ-DSF

Non Zero Dispersion Shifted Fiber

Sợi tán sắc dịch không bằng
không

O
OA

Optical Amplifier

Bộ khuếch đại quang

OC

Operation Channel

Kênh hoạt động

OCDM
A

Orthogonal CDMA

CDMA trực giao

OPC

Originating Point Code

Mã của điểm phát sinh

OSNR

Optical Signal Noise Rate

Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm
quang

OTDM

Orthogonal TDM

TDM trực giao
P

PDL

Polarization Dependent Loss

Suy hao phụ thuộc phân cực

PMD

Polarization Mode Dispersion

Tán sắc mode phân cực
R

RDS

Relative Dispersion Slope

Tỉ lệ độ dốc tán sắc

RH

Multiple HDLC Receive

Nhận đa HDLC

Rx

Receiver/Receive

Nhận
S

SBS

Stimulated Brillouin Scattering

Tán xạ kích thích Brillouin

SC-DCF

Slope Compensating and Dispersion
Compensating Fiber

Độ dốc tán sắc và sợi bù tán
sắc

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Phân cấp số đồng bộ

SMF

Single Mode Fiber

Sợi quang đơn mode

SNR

Signal to Noise Ratio

Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

SONET

Synchronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

SPM

Hiệu ứng tự điều chế pha

SRS

Stimulated Raman Scattering

Tán xạ kích thích Raman

S-SMF

Standard Single Mode Fiber

Sợi quang đơn mode tiêu
chuẩn

STM

Synchronous Transmission Mode

Chế độ chuyển giao đồng bộ

Sinh viên: Phạm Thị Hường - D10VT5

6

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời cảm ơn

T
TDM

Time Division Multiplex

Ghép kênh khe thời gian

Tx

Transmitter/Transmit.

Truyền
W

WDM

Wavelength Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo
bước sóng

X
XPM

Cross Phase Modulation

Hiệu ứng điều chế xuyên pha

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

Sinh viên: Phạm Thị Hường - D10VT5

7


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1 – Tán sắc và ảnh hưởng của tán sắc lên hệ thống TTQ.

CHƯƠNG 1 – TÁN SẮC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC LÊN HỆ
THỐNG THÔNG TIN QUANG.
1.1. Tổng quan về hệ thống thông tin quang.
Hệ thống thông tin quang là hệ thống thông tin bằng ánh sáng sử dụng các sợi
quang để truyền thông tin. Hệ thống thông tin truyền thông tin từ nơi này đến nơi khác
mà khoảng cách giữa các nơi có thể từ vài trăm mét tới hàng trăm km thậm chí đến
hàng chục nghìn km.
1.1.1. Sự phát triển của thông tin quang.
Khởi đầu của thông tin quang là khả năng nhận biết của con người về chuyển
động hình dáng và màu sắc thông qua đôi mắt. Tiếp đó một hệ thống thông tin, điều
chế đơn giản xuất hiện bằng cách sử dụng các đèn hải đăng các đèn tín hiệu. Kế tiếp là
sự ra đời của một máy điện báo quang. Thiết bị này sử dụng khí quyển như một môi
trường truyền dẫn và do đó chịu ảnh hưởng của các điều kiện thời tiết để giải quyết
vấn đề này người ta đã chế tạo ra máy điện báo vô tuyến dùng để liên lạc giữa hai

người ở cách xa nhau.
Vào năm 1960 các nhà nghiên cứu đã chế tạo thành công ra lazer và đến năm
1966 đã chế tạo ra sợi quang có độ tổn thất thấp (1000dB/Km). Bốn năm sau Karpon
đã chế tạo ra cáp sợi quang trong suốt có độ suy hao truyền dẫn khoảng 20dB/Km. Từ
thành công rực rỡ này các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã bắt đầu tiến hành
nghiên cứu, phát triển và kết quả là công nghệ mới về giảm suy hao truyền dẫn, về
tăng dải thông, về các lazer bán dẫn đã được phát triển thành công vào những năm 70.
Sau đó giảm độ tổn hao xuống còn 0,18dB/Km còn lazer bán dẫn có khả năng thực
hiện giao động liên tục ở nhiệt độ khai thác đã được chế tạo, tuổi thọ kéo dài hơn 100
năm. Cho tới nay, sợi dẫn quang đã đạt tới mức suy hao rất nhỏ, giá trị suy hao dưới
0,154dB/Km đã cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sợi quang trong gần ba
thập niên qua.
Dựa trên công nghệ sợi quang và các lazer bán dẫn giờ đây có thể gửi một khối
lượng lớn các tín hiệu âm thanh dữ liệu đến các địa chỉ cách xa hàng trăm Km bằng
một sợi quang có độ dày như một sợi tóc và không cần các bộ tái tạo. Điều đó có nghĩa
là thông tin được chuyển thành ánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi
quang. Tại nơi nhận nó lại được biến đổi trờ lại thành thông tin ban đầu.
Hiện nay, các nhà hoạt động nghiên cứu đang tiến hành nghiên cứu một lĩnh
vực gọi là photon học, là một lĩnh vực tối quan trọng trong thông tin quang, có khả
năng phát hiện và xử lý trao đổi, truyền dẫn thông tin bằng các phương tiện ánh sáng.
Photon học có khả năng sẽ được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử và viễn
thông tương lai.

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

8


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1 – Tán sắc và ảnh hưởng của tán sắc lên hệ thống TTQ.

1.1.2. Cấu trúc hệ thống thông tin quang.
Hình dưới đây biểu thị cấu hình cơ bản của một hệ thống thông tin quang. Tín
hiệu điện từ các thiết bị đầu cuối như: điện thoại, điện báo, fax số liệu… sau khi được
mã hóa sẽ được đưa đến thiết bị phát quang. Tại đây, tín hiệu điện sẽ được chuyển đổi
sang tín hiệu quang. Trong thực tế tín hiệu trong suốt quá trình truyền đi trong sợi
quang sẽ bị suy hao do đó trên đường truyền người ta đặt các trạm lặp nhằm khôi phục
lại.

Hình 1.1. Cấu hình đơn giản của hệ thống thông tin quang.
Chức năng của từng bộ phận trong hệ thống thông tin quang:
Bộ biến đổi điện – quang (E/O): Dùng để biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu
quang để truyền trong mội trường cáp quang (biến đổi xung điện thành xung quang).
Yêu cầu thiết bị E/O biến đổi trung thực (tức là ánh sáng bị điều biến theo quy
luật của tín hiệu điện).
Cáp quang: Là môi trường dùng để truyền dẫn tín hiệu là ánh sáng, được chế
tạo bằng chất điện môi có khả năng truyền được ánh sáng như: sợi thạch anh, sợi thủy
tinh, sợi nhựa…
Yêu cầu: Tổn hao năng lượng nhỏ, độ rộng băng tần lớn, không bị ảnh hưởng
của nguồn sáng lạ (không bị nhiễu).
Bộ biến đổi quang – điện (O/E): Thu các tín hiệu quang bị suy hao và méo
dạng trên đường truyền do bị tán xạ, tán sắc, suy hao bởi cự ly để biến đổi thành các
tín hiệu điện và trở thành nguồn tin ban đầu.
Yêu cầu: Độ nhạy máy thu cao, thời gian đáp ứng nhanh, nhiễu nhỏ, tiêu thụ
năng lượng điện ít.
Ngoài ra còn có các trạm lặp được sử dụng khi khoảng cách truyền dẫn lớn.
Trạm lặp biến đổi tín hiệu quang thu được thành tín hiệu điện để khuếch đại. Tín hiệu
đã được khuếch đại được biến đổi thành tín hiệu quang để tiếp tục truyền trên tuyến
cáp sợi quang.

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

9


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1 – Tán sắc và ảnh hưởng của tán sắc lên hệ thống TTQ.

1.1.3. Ưu nhược điểm và ứng dụng của hệ thống thông tin quang.
1.1.3.1. Ưu điểm
Trong thông tin sợi quang, các ưu điểm của sợi quang được sử dụng một cách
hiệu quả là độ suy hao truyền dẫn thấp và băng thông lớn. Thêm vào đó, chúng có thể
sử dụng để thiết lập các đường truyền dẫn nhẹ và mỏng, không có xuyên âm với các
đường sợi quang bên cạnh và không chịu ảnh hưởng của nhiễm cảm ứng sóng điện tử.
Trong thực tế sợi quang là phương tiện truyền dẫn thông tin hiệu quả và kinh tế nhất
đang có hiện nay. Với các ưu điểm chính là:
• Suy hao thấp: Suy hao thấp cho phép khoảng cách lan truyền dài hơn. Nếu so
sánh với cáp đồng trong một mạng, khoảng cách lớn nhất đối với cáp đồng
được khuyến cáo là 100m thì đối với cáp quang khoảng cách đó là 2000m.
Trong khi cáp đồng có suy hao tăng theo tần số của tín hiệu. Điều này có nghĩa
là tốc độ dữ liệu cao dẫn đến tăng suy hao công suất và giảm khoảng cách
truyền lan thực tế. Đối với cáp quang thì suy hao không thay đổi theo tần số tín
hiệu.
• Băng thông rộng: Băng thông rộng nên nó có thể truyền một khối lượng thông
tin lớn như các tín hiệu âm thanh, dữ liệu và các tín hiệu hỗn hợp thông qua
một hệ thống có cự ly đến 100GHz/Km. Tương ứng, bằng cách sử dụng sợi
quang, một khối lượng lớn các tín hiệu âm thanh, hình ảnh có thể được truyền
đến những địa điểm cách xa hàng trăm km mà không cần đến các bộ tái tạo.

Hiện nay, băng tần của sợi quang có thể lên đến hàng THz.
• Dễ lắp đặt: Do sợi quang có kích thước và trọng lượng nhỏ nên chúng có thể
được lắp đặt dễ dàng hơn cáp đồng, thuận lợi cho những thiết kế mạng chật hẹp
về không gian lắp đặt cáp.
• Không bị can nhiễu: do sóng điện từ và điện công nghiệp.
• Tính an toàn: Vì sợi quang là một chất điện môi nên nó không dẫn điện, có độ
an toàn cao.
• Tính bảo mật: Sợi quang rất khó trích tín hiệu vì nó không bức xạ năng lượng
điện từ nên không thể lấy trộm thông tin bằng các phương tiện điện thông
thường như sự dẫn điện bề mặt hay cảm ứng điện từ.
• Tính linh hoạt: Các hệ thống thông tin quang đều khả dụng cho hầu hết các
dạng thông tin số liệu, thoại và video.
Nhờ những ưu điểm này, sợi quang được sử dụng rộng rãi trong hệ thống viễn
thông ngày nay.
1.1.3.2. Nhược điểm.
Hệ thống thông tin quang có những nhược điểm như:
• Vấn đề biến đổi quang điện: Trước khi đưa một tín hiệu thông tin điện vào sợi
quang, tín hiệu đó pải được biến đổi thành sóng ánh sáng.

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

10


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1 – Tán sắc và ảnh hưởng của tán sắc lên hệ thống TTQ.

• Dòn, dễ gãy: Sợi quang sử dụng trong viễn thông được chế tạo từ thủy tinh nên
dòn và dễ gãy. Hơn nữa kích thước sợi nhỏ nên việc hàn nối gặp nhiều khó

khăn. Muốn hàn nối phải có thiết bị chuyên dụng.
• Vấn đề sửa chữa và vấn đề an toàn lao động: Các quy trình sửa chữa đòi hỏi
phải có nhóm kỹ thuật viên có kỹ năng tốt cùng các thiết bị thích hợp.
Tuy các hệ thông thông tin quang đang được khai thác trên mạng viễn thông
hiện nay đều sử dụng các sợi quang truyền dẫn trong môi trường tuyến tính mà ở đó
các tham số sợi không phụ thuộc vào công suất quang. Tuy nhiên lại có các hiệu ứng
phi tuyến xuất hiện khi tốc độ dữ liệu, chiều dài truyền dẫn, số bước sóng và công suất
quang tăng lên. Các hiệu ứng phi tuyến này có ảnh hưởng trực tiếp lên chất lượng
truyền dẫn của hệ thống.
Ngoài ra, tín hiệu truyền dẫn trong hệ thống thông tin quang tốc độ cao bị tán
sắc dẫn tới hiện tượng méo, dãn xung tín hiệu. Xung tín hiệu dãn gây ra hiện tượng
chồng lấn các xung kề nhau xuất hiện lỗi tín hiệu, giới hạn khả năng truyền dẫn. Ở
những phần sau, em sẽ đề cập đến ảnh hưởng của tán sắc và các phương pháp được sử
dụng để khắc phục ảnh hưởng của tán sắc hiện nay.
1.1.3.3. Ứng dụng
Nhờ những ưu điểm trên mà sợi quang được ứng dụng trong các mạng lưới điện
thoại, số liệu, máy tính, phát thanh truyền hình (dịch vụ băng rộng) và sẽ được sử dụng
trong ISDN (là mạng kết hợp giữa kỹ thuật chuyển mạch kênh với kỹ thuật chuyển
mạch gẫy), trong điện lực, các ứng dụng y tế quân sự và cũng như các thiết bị đo.
• Ứng dụng trong viễn thông: mạng đường trục quốc gia, mạng trung kế, đường
cáp thả biển liên quốc gia…
• Ứng dụng trong dịch vụ tổng hợp: truyền số liệu, truyền hình cáp…
Hiện nay, các công ty truyền hình cáp đã và đang triển khai các đường cáp
quang để truyền tải những tín hiệu có chất lượng cao từ trung tâm đến các vị trí trung
chuyển phân bố xung quanh các thành phố. Sợi quang nâng cao được chất lượng của
các tín hiệu truyền hình và làm tăng số kênh khả dụng.

1.2. Tán sắc và ảnh hưởng của tán sắc lên hệ thống thông tin quang.
1.2.1. Hiện tượng tán sắc.
1.2.1.1. Khái niệm

Tán sắc là hiện tượng tín hiệu truyền dọc theo sợi quang bị biến dạng, làm cho
các xung tín hiệu lan truyền trong sợi quang bị dãn rộng ra gây méo tín hiệu. Nếu xung
tín hiệu dãn ra quá rộng (lớn hơn chu kì bit) sẽ gây ra hiện tượng chồng lấn lên các
xung kề nhau và khi sự chồng lấn vượt qua một mức nào đó thì thiết bị thu quang sẽ
không còn phân biệt được các dãy xung này nữa (không nhận diện được bit 1 hay bit 0
đã được truyền đi ở đầu phát). Điều này dẫn tới bộ quyết định trong đầu thu sẽ quyết
định sai, làm tỉ số BER tăng lên, tỉ số S/N giảm và chất lượng hệ thống giảm.
Hình dưới đây minh họa cho sự mở rộng xung do tán sắc:

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

11


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1 – Tán sắc và ảnh hưởng của tán sắc lên hệ thống TTQ.

Hình 1.2. Minh họa sự mở rộng xung do tán sắc.
Tán sắc là hiện tượng các sóng ánh sáng có tần số khác nhau truyền dẫn với tốc
độ khác nhau trong cùng môi trường.
Đơn vị đo tán sắc: ps/nm/km.
Ý nghĩa của đơn vị đo tán sắc: Với một sợi quang có hệ số tán sắc X ps/nm/km,
nếu ta truyền ở đầu phát hai bước sóng có khoảng cách với nhau 1nm, khi đó với mỗi
1km truyền qua, hai bước sóng này sẽ dãn cách về mặt thời gian là X ps.
Gọi D là độ tán sắc tổng cộng của sợi quang, đơn vị giây (s). Khi đó D được
xác định bởi:
(1.1)

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

12


Trong đó Ti, T0 lần lượt là độ rộng tại điểm một nửa công suất cực đại của xung
ngõ vào và ngõ ra của sợ quang (đơn vị là s). Độ tán sắc qua mỗi km sợi quang được
tính bằng ns/km hoặc ps/km.
Đối với loại tán sắc phụ thuộc vào bề rộng phổ của nguồn quang thì đơn vị của
hệ số tán sắc D được tính là ps/km.ns. Tán sắc tỉ lệ thuận với chiều dài sợi quang và độ
rộng phổ của nguồn quang. Xung quang ở cuối sợi quang sẽ bị dãn ra một lượng:
(1.2)
Trong đó là độ rộng phổ nguồn quang (nm), L là chiều dài sợi quang (km).

Hình 1.3. Tán sắc gây ra tăng tỉ số BER.
1.2.1.2. Nguyên nhân gây tán sắc
Nguyên nhân chính của hiện tượng tán sắc là do ảnh hưởng của sợi quang mà
thời gian khác nhau cho các thành phần ánh sáng phát đi đồng thời.
Tán sắc có ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn, cụ thể như sau:
-

Khi truyền tín hiệu digital, trong miền thời gian nó gây ra sự dãn rộng các
xung ánh sáng.
Khi truyền tín hiệu analog thì ở đầu thu biên độ tín hiệu giảm nhỏ tới giá trị
AE trên hình b và có hiện tượng dịch pha. Độ rộng băng truyền dẫn của sợi
do đó bị giới hạn.

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

13

Hình 1.4. Ảnh hưởng của tán sắc lên tín hiệu digital và analog.
S chỉ tín hiệu phát, E chỉ tín hiệu thu. a) Dãn xung. b) Sụt biên độ
Hậu quả của tán sắc là làm hạn chế biên độ băng truyền dẫn của sợi bởi vì để
thu được chính xác các xung thì phải chờ khi xung thứ nhất kết thúc, xung thứ hai mới
đến.
Nếu hai xung liên tục được phát với tần số rất lớn, ở đầu thu bị giãn rộng đè lên
nhau dẫn tới thu sai.
Ta thử xem xét ví dụ ở hình trên coi các xung phát và thu có dạng phân bố
Gauss gần đúng, xung 1 là xung phát, xung 2 là xung thu. Độ rộng xung ở giá trị biên
độ bằng một nửa biên độ lớn nhất τS , τE .
Độ rộng dãn xung là:
τ = τ E2 − τ S2

(1.3)
Trong trường hợp xung phát rất hẹp (τS << τE ) thì có thể coi gần đúng là:
τ = τE

(1.4)

Độ dãn xung theo (1.3) thể hiện mức độ tán sắc tín hiệu do sợi gây ra, và nó có
ảnh hưởng đến độ rộng băng truyền dẫn và tốc độ truyền Bit.
Các xung ánh sáng có phân bố Gauss có phân bố biên độ giảm theo quy luật là:

)

(1.5)

Sau khi truyền qua sợi quang. Coi bộ lọc thông thấp Gauss tại mức suy hao
3dB, độ rộng băng truyền dẫn B có quan hệ với

τ

như sau:
(1.6)

Khi đồng thời có nhiều hiệu ứng tán sắc tác động thì tán sắc tổng cộng là:
(1.7)
Nếu tương ứng với τ1, τ2… có các giá trị B1, B2,… thì độ rộng băng truyền dẫn
của sợi khi có tác động tổng hợp của các hiện tượng tán sắc khác nhau là B và tính
theo công thức:
(1.8)
Người ta cũng định nghĩa một đại lượng đặc trưng cho dung lượng truyền dẫn
của sợi quang là tốc độ bít có thể truyền dẫn lớn nhất C (bit/s).
Do ảnh hưởng của tán sắc, các xung ở đầu vào máy thu bị dãn rộng nhưng hai
xung kề nhau còn phân biệt được khi độ dãn xung τ còn nhỏ hơn độ rộng xung phát đi
từ đó có tốc độ bít là:
(1.9)

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

14


Như vậy độ giãn xung τ, độ rộng băng tần truyền dẫn B và tốc độ bít C có quan
hệ ảnh hưởng lẫn nhau. Để truyền dẫn 2 bit/s thì về lý thuyết theo (1.7) cần có độ rộng
bằng khoảng 1Hz nhưng trên thực tế cần 1.6Hz cho nên ta có thể nói rằng tốc độ bit/s
lớn nhất của sợi quang bằng độ rộng băng tần truyền dẫn. Từ đó, để sợi cho phép
truyền được các luồng bit tốc độ cao hay là có băng tần rộng, cần phải giảm ảnh hưởng
của hiện tượng tán sắc đến mức thấp nhất để có độ dãn xung bé nhất thông qua chọn

loại sợi hoặc chọn các tham số cấu trúc tối ưu của sợi.
1.2.2. Phân loại tán sắc.
Trong thông tin quang người ta chia tán sắc thành 3 loại:
• Tán sắc mode
• Tán sắc mode phân cực
• Tán sắc sắc thể

Hình 1.5. Sơ đồ các loại tán sắc trong sợi quang.
Khi sợi truyền dẫn đa mode (có thể truyền cùng lúc nhiều mode sóng khác nhau
trong lõi) thì ta có tất cả các loại tán sắc nói trên. Sự ra đời của sợi đơn mode đã khắc
phục được tán sắc mode của sợi đa mode, nhưng không thể khắc phục được tán sắc
phân cực và tán sắc sắc thể, bởi vì bản chất chiết suất phụ thuộc vào bước sóng, mà
một nguồn sáng không thể phát ra ánh sáng đơn sắc mà là một chùng tia sáng với một
độ rộng phổ nào đó .
1.2.2.1. Tán sắc mode.
Một mode sóng có thể được xem là một trạng thái truyền ổn định của ánh sáng
trong sợi quang. Khi truyền trong sợi quang, ánh sang đi theo nhiều đường khác nhau,
trạng thái ổn định của các đường này được gọi là những mode sóng. Có thể hình dung
gần đúng một mode sóng ứng với một tia sáng.
Tán sắc mode là do năng lượng của ánh sáng bị phân tán thành nhiễu mode,
mỗi mode lại truyền đi với vận tốc khác nhau nên thời gian truyền đến đầu thu của các
mode là khác nhau gây ra tán sắc.

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

15


Tán sắc mode phụ thuộc vào kích thước sợi, đặc biệt là đường kính lõi của sợi,
nó chỉ tồn tại trong các sợi quang đa mode (MMF). Tuy nhiên trong thông tin quang

chỉ sử dụng sợi quang đơn mode (SMF) nên không tồn tại tán sắc mode.
Rõ ràng ta thấy tán sắc mode tồn tại ở sợi đa mode, do đó muốn bỏ tán sắc
mode thì ta phải sử dụng sợi đơn mode. Vì vậy khi xét đến tán sắc mode ta chỉ xét ở
sợi đa mode.
Như ta đã biết, khẩu độ số (NA) biểu diễn khả năng thu ánh sáng của sợi quang.
Khẩu độ số càng lớn thì càng dễ hướng ánh sáng vào sợi quang.
Như vậy khẩu độ số càng lớn thì càng tốt. Nhưng điều này là không đúng, có
một trở ngại khiến ta không thể tăng khẩu độ số lớn. Để hiểu được điều này ta hãy
xem xét các mode trong sợi quang.
Sự thật là ánh sáng chỉ có thể truyền trong sợi quang như một tập hợp của
những luồng sáng hoặc những tia sáng riêng lẻ. Nói cách khác, nếu ta có khả năng
nhìn vào sợi quang ta sẽ thấy một tập hợp những luồng sáng truyền với góc α biến
thiên từ 0 đến αc như được minh họa ở hình sau:

Hình 1.6. Cách thức các luồng sáng tương ứng với các mode
đi trong sợi quang.
Những luồng sáng khác nhau được gọi là những mode. Ta phân biệt các mode
bằng góc truyền của chúng, hay đánh số thứ tự để chỉ những mode riêng biệt. Nguyên
tắc là: góc truyền của mode càng nhỏ thì số thứ tự của mode càng thấp. Như vậy mode
truyền dọc theo tâm sợi là mode 0 (hay còn gọi là mode cơ bản) và mode truyền ở góc
truyền tới hạn αc (là mode có số thứ tự lớn nhất có thể của sợi quang. Nhiều mode có
thể cùng tồn tại trong sợi quang và sợi quang có nhiều mode truyền được gọi là sợi đa
mode.
Số lượng mode của sợi quang phụ thuộc vào đặc tính quang và hình học của
sợi. Nếu đường kính lõi càng lớn thì lõi càng chứa được nhiều mode sóng, bước sóng
ánh sáng càng ngắn sợi quang càng chứa được nhiều mode sóng, khẩu độ số càng lớn
thì số lượng mode sóng sợi thu được càng nhiều. Như vậy có thể kết luận là số lượng
mode sóng trong sợi quang tỉ lệ thuận với đường kính sợi (d), khẩu độ số (NA) và tỉ lệ
nghịch với bước sóng ánh sáng sử dụng (λ).

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

16


Gọi V là tần số chuẩn hóa, ta có:
với

(1.11)

Số lượng mode sẽ được tính như sau:
(1.12)
(1.13)
Như vậy, ta thấy đối với sợi đa mode khi luồng sáng phát ra từ nguồn quang đi
vào sợi quang chia thành một tập hợp mode. Trong sợi, công suất quang tổng cộng
được mang bởi nhiều mode riêng lẻ, và tại đầu ra những phần nhỏ hợp lại thành luồng
ra với công suất của nó.
1.2.2.2. Tán sắc vận tốc nhóm.
Trong thông tin quang, các xung ánh sáng được dùng để truyền thông tin là
những nhóm sóng ngắn, trong đó có những sóng ánh sáng với vận tốc khác nhau. Bên
trong những nhóm như vậy, các sóng riêng biệt sẽ truyền với vận tốc khác nhau do
chúng có bước sóng khác nhau. Tốc độ truyền của một nhóm sóng gọi là vận tốc nhóm
(Group-Velocity).
Xét trong sợi quang đơn mode không còn tán sắc đơn mode, nhưng sự dãn xung
không hoàn mất đi vì vận tốc nhóm của mode cơ bản thì phụ thuộc vào tần số do tán
sắc sắc thể. Kết quả là các thành phần phổ khác nhau của xung truyền có vận tốc nhóm
khác nhau một chút, tán sắc đó gọi là tán sắc vận tốc nhóm.
Khảo sát một sợi quang đơn mode có chiều dài L. Nguồn phát có thành phần
phổ đặc trưng tại bước sóng λ, tần số góc là ω sẽ đi từ đầu vào tới đầu ra của sợi sau
một thời gian trễ trong đó là vận tốc nhóm được xác định như sau:

(1.14)
• β là hằng số lan truyền dọc theo trục sợi:
Khi đó ta được: trong đó là chiết suất nhóm xác định bởi:
(1.15)
Chỉ số chiết suất khúc xạ n và chỉ số chiết suất khúc xạ nhóm n g đều là hàm của
bước sóng λ. Trong thủy tinh silica, n và ng đều giảm khi λ tăng.
Do các thành phần phổ khác nhau của xung bị tán sắc trong khi lan truyền và
không đến ngõ ra của sợi cùng một lúc nên vận tốc nhóm phụ thuộc vào tần số, dẫn
đến sự mở rộng xung.
Đặt ∆ω là độ rộng phổ của xung thì khoảng thời gian của độ dãn xung ∆T khi
truyền qua sợi có độ dài L là:
(1.16a)
Hoặc với ω=2πc/λ và ta được:

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

17


(1.16b)
Trong đó:
•

là tham số tán sắc vận tốc nhóm (tham số GVD), quyết định xung quanh
bị mở rộng bao nhiêu khi lan truyền trong sợi quang.
• là hệ số tán sắc có đơn vị là ps/km.nm
Ảnh hưởng của tán sắc lên tốc độ bit B có thể được ước tính bằng cách sử dụng
điều kiện B.∆T < 1 hay:
B.L.|D|∆λ < 1

(1.17)

Điều kiện trên cho ta một ước tính về tích B.L của sợi quang đơn mode. Đối với
sợi quang đơn mode chuẩn thì D tương đối nhỏ trong vùng bước sóng 1,3μm (D xấp xỉ
1ps/km.nm). Đối với lazer bán dẫn có độ rộng phổ ∆λ từ 2nm đến 4nm thì giá trị của
B.L có thể vượt quá 100Gbps.km. Trong thực tế các hệ thống hoạt động tại bước sóng
1.3 μm có tốc độ bit là 2Gbps với khoảng cách trạm lặp từ 40km đến 50km. Giá trị
B.L của sợi đơn mode có thể vượt quá 1Tbps.km khi lazer bán dẫn đơn mode được sử
dụng để giảm ∆λ dưới 1nm.
Hệ số tán sắc D thay đổi đáng kể khi bước sóng làm việc dịch ra khỏi vùng 1,3μm. Sự
phụ thuộc của D vào bước sóng được chi phối từ sự phụ thuộc vào tần số của chỉ số
mode n. Từ biểu thức của D có thể viết lại được:
(1.18)
Nếu sử dụng điều kiện ngưỡng của tần số chuẩn thị hệ số D có thể viết được dưới
dạng:
D = DM + DW

(1.19)

Trong đó DM và DW tương ứng là hệ số tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng.
Tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng có một mối liên quan phức tạp với nhau vì
các đặc tính phân tán của chỉ số chiết suất cũng tạo ra tán sắc dẫn sóng.
1.2.2.3.Tán sắc sắc thể.
Tán sắc sắc thể là nguyên nhân chính gây hạn chế tốc độ bit. Có thể nói nguyên
nhân sâu xa của tán sắc sắc thể là do bộ phát quang (LED, LAZER) không phát ra ánh
sáng đơn sắc mà phát ra một chùm tia sáng có bước sóng trung tâm (tại công suất phát
cực đại) và các bước sóng biên, hay còn gọi là độ rộng phổ nguồn phát. Tức là nguồn
phát phát ra ánh sáng nằm trong một dải tần (dải bước sóng).
Như ta đã biết, chiết suất của sợi làm từ Silica là một hàm phụ thuộc vào bước
sóng (hay tần số), nên vận tốc lan truyền của các thành phần tần số khác nhau là khác

nhau và phụ thuộc vào bước sóng theo công thức:
(1.20)

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

18


Tán sắc sắc thể có hai nguyên nhân: thứ nhất, các thành phần tần số khác nhau
di chuyển với tốc độ khác nhau, và tán sắc do nguyên nhân này gây ra được gọi là tán
sắc vật liệu, đây là nguyên nhân chủ yếu của tán sắc sắc thể. Thành phần thứ hai là tán
sắc ống dẫn sóng, mà nguyên nhân sinh ra nó là do năng lượng ánh sáng truyền đi có
một phần trong lõi và một phần trong lớp bọc. Sự phân bố năng lượng giữa lõi và lớp
bọc nhiều hơn. Như vậy nếu bước sóng thay đổi, sự phân bố năng lượng sẽ thay đổi và
kết quả là hệ số lan truyền β cũng thay đổi.
1.2.2.3.1. Tán sắc vật liệu.
Đối với các bước sóng trong phạm vi 1550nm thì tán sắc vật liệu là nguyên
nhân chính gây nên hiện tượng tán sắc. Tán sắc vật liệu sinh ra là do trong một sợi cáp
quang, ánh sáng truyền trong đó không phải là đơn sắc mà có độ rộng phổ xác định và
tốc độ lan truyền của các thành phần phổ là khác nhau (do chiết suất là hàm của bước
sóng). Vì vậy các thành phần có thời gian truyền lệch nhau gây ra tán sắc vật liệu.
Về mặt vật lí, tán sắc vật liệu cho biết mức độ nới rộng xung của mỗi nm bề
rộng phổ nguồn quang qua mỗi km sợi quang. Đơn vị của độ tán sắc do chất liệu là
ps/nm.km. Tán sắc vật liệu DM xuất hiện là do chỉ số chiết suất của thủy tinh dùng để
chế tạo ra sợi quang và những thay đổi của chúng theo tần số quang ω (tức là phụ
thuộc vào bước sóng tín hiệu).

Hình 1.7. Sự thay đổi của chiết suất n và chiết suất nhóm ng theo
bước sóng của Silica tinh khiết.
Hình trên cho thấy sự phụ thuộc vào bước sóng của chiết suất n và chiết suất

nhóm ng trong dải 0,5μm đến 1,6 μm đối với sợi Silica tinh khiết.
Tán sắc vật liệu DM được tính từ phân tích ng theo bước sóng:
(1.21)
Từ hình vẽ ta nhận thấy tồn tại một giá trị λ mà tại đó D M bằng 0. Với thủy tinh
thuần khiết, tại bước sóng λ = λZD = 1,276μm là bước sóng có tán sắc bằng 0. Giá trị
λZD có thể thay đổi trong khoảng 1,27μm đến 1,29μm với lõi và vỏ có pha tạp chất.

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

19


Tham số DM có giá trị âm khi λ < λZD và dương khi λ > λZD. Trong dải bước sóng từ
1,25μm đến 1,66μm, tán sắc vật liệu có thể được tính xấp xỉ bằng biểu thức:

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

20


(1.22)
Bước sóng có tán sắc bằng 0 (λZD) của sợi quang cũng phụ thuộc vào bán
kính lõi a và bước nhảy chiết suất ∆ của sợi quang.
1.2.2.3.2. Tán sắc ống dẫn sóng.
Trong sợi đa mode, tán sắc ống dẫn sóng là một phần nhỏ trong tán sắc
tổng, do đó thường thấy thuật ngữ tán sắc sắc thể và tán sắc vật liệu có thể sử
dụng hoán đổi cho nhau. Nhưng đối với sợi đơn mode, tán sắc ống dẫn sóng lại là
một thành phần quan trọng. Tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng phụ thuộc lẫn
nhau, do đó ta phải xét chúng cùng nhau. Do xấp xỉ nên ta có thể bỏ qua sự phụ
thuộc để xét riêng chúng.

Tán sắc ống dẫn sóng gây ra bởi sự phân bố năng lượng ánh sáng trong sợi
quang phụ thuộc vào bước sóng, do sợi quang đơn mode chỉ chiếm được khoảng
80% năng lượng trong lõi, còn 20% ánh sáng được truyền ở ngoài vỏ nhanh hơn
năng lượng trong lõi.

Hình 1.8. Tán sắc ống dẫn sóng:
(a) Phần lõi của xung, (b) Phần lớp bọc của xung, (c) Xung tổng cộng.
Hai thành phần ánh sáng trong lõi và lớp bọc truyền với vận tốc khác nhau
(do lõi và lớp bọc có chiết suất khác nhau) nên đến cuối sợi quang vào các thời
điểm khác nhau gây ra tán sắc.
Từ hình trên ta thấy tán sắc ống dẫn sóng phụ thuộc vào sự phân bố trường
mode giữa lõi và lớp bọc, tức là phụ thuộc vào đường kính của trường mode
(MFD – Mode Field Diameter), mà MFD lại phụ thuộc vào bước sóng, nên tán sắc
ống dẫn sóng phụ thuộc vào bước sóng.
Tán sắc ống dẫn sóng DW phụ thuộc vào tần số chuẩn hóa V (tham số V)
của sợi quang. V đắc trưng cho tần số hoạt động của sợi quang và bước sóng công
tác λ0:
(1.23)

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

21


Tán sắc ống dẫn sóng DW được tính theo công thức:
(1.24)
Trong đó:
• n2g là chỉ số nhóm của vật liệu.
• là hằng số lan truyền chuẩn.
• là chỉ số mode có giá trị nằm trong dải n1 > n > n2.

• là hằng số lan truyền dọc theo trục sợi.
• là hằng số lan truyền trong không gian tự do.
• là giá trị chênh lệch chiết suất (giả thiết là tham số không phụ thuộc vào
tấn số).
Hình vẽ sau đây cho thấy DM, DW và tổng D = DM + DW của một sợi quang
đơn mode thông thường. Ta sẽ thấy tán sắc ống dẫn sóng DW làm cho bước sóng
có tán sắc bằng 0 (λZD) dịch khoảng 30 đến 40nm để tán sắc tổng D bằng 0 ở gần
bước sóng 1,31μm. Ngoài ra, tán sắc ống dẫn sóng còn làm giảm tán sắc tổng từ
giá trị tán sắc vật liệu DM trong dải bước sóng từ 1,3μm đến 1,6μm. Giá trị tiêu
biểu của D là từ 15 đến 18 ps/km.ns ở gần bước sóng 1,55μm. Khi D lớn sẽ hạn
chế hoạt động của hệ thống tại bước sóng 1,55μm.

Hình 1.9. Tán sắc tổng công D và sự phân bố tương đối của tán sắc chất liệu và
tán sắc ống dẫn sóng của sợi đơn mode thông thường.
Tại vùng bước sóng từ 0 đến 1,6 μm thì DW < 0. Tán sắc ống dẫn sóng DW
phụ thuộc vào hệ số lan truyền β, vào thiết kế sợi và các tham số bán kính lõi a,
n , λ nên có thể thay đổi giá trị của DW bằng cách chế tạo sợi có λZD nằm trong
cùng bước sóng suy hao thấp lân cận giá trị 1550nm tạo nên các sợi tán sắc dịch
chuyển (sợi dịch tán sắc). Ta còn có thể ghép sự phân bố ống dẫn sóng để D tương
đối nhỏ qua một dải bước sóng 1,3μm đến 1,6μm để tạo nên sợi san bằng tán sắc.

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

22


Hình sau đây cho thấy các ví dụ tiêu biểu về sự phụ thuộc bước sóng của D
đối với sợi chuẩn (sợi thường), sợi dịch tán sắc và sợi san bằng tán sắc.

Hình 1.10. Sự phụ thuộc vào bước sóng của hệ số tán sắc D đối với sợi chuẩn,

sợi dịch tán sắc và sợi san bằng tán sắc.
1.2.2.4. Tán sắc bậc cao hơn.
Ta thấy giá trị B.L (trong công thức 1.17) của sợi đơn mode có thể tăng lên
đến vô cùng khi hoạt động tại bước sóng λZD vì D = 0. Tuy nhiên các ảnh hưởng
tán sắc không biến đi mất hoàn toàn tại bước sóng λZD. Các xung quang vẫn trải
rộng do ảnh hưởng của tán sắc bậc cao hơn. Tán sắc tổng (D) không thể bằng 0
tại tất cả các bước sóng trong dải phổ của một xung tập trung tại bước sóng λZD.
Rõ ràng là sự phụ thuộc vào bước sóng của D sẽ đóng một vai trò quan trọng
trong sự mở rộng xung. Các ảnh hưởng của tán sắc bậc cao hơn bị chi phối bởi độ
dốc tán sắc S = dD/dλ, tham số S còn được gọi là tham số tán sắc vi phân.
Giá trị của độ dốc tán sắc (S) đóng một vai trò quan trọng trong việc thiết
kế các hệ thống WDM hiện nay. Vì S > 0 đối với hầu hết các loại sợi, các kênh
khác nhau có giá trị GVD hơi khác nhau. Điều này gây khó khăn cho việc bù tán
sắc tất cả các kênh cùng một lúc. Để giải quyết vấn đề này, các loại sợi quang mới
đã được phát triển, chúng có S không những nhỏ (độ dốc tán sắc giảm) mà còn âm
(sợi tán sắc ngược). Bảng sau cho ta danh sách các đặc tính của các loại sợi hiện
có trên thị trường.
Bảng 1.1. Đặc tính của một số loại sợi quang có tính thương mại trên thị
trường.
Fiber Type and
Trade Name

Aeff
(µm2)

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

λZD (nm)

23

D z(C
band)
(ps/nm.km)

Slope S
(ps/nm.km)


Corning SMF-28
Lucent All Wave
Alcatel Color Lock

80
80
80

1302 – 1322
1300 – 1322
1300 – 1320

16 to 19
17 to 20
16 to 19

0.090
0.088
0.090

Corning Vascade

Lucent TrueWave-RS
Corning LEAF
Lucent TrueWave-XL
Alcatel TeraLight

101
50
72
72
65

1300 – 1310
1470 – 1490
1490 – 1500
1570 – 1580
1440 – 1450

18 to 20
2.6 to 6
2 to 6
-1.4 to -4.6
5.5 to 10

0.060
0.050
0.060
0.112
0.058

Từ biểu thức 1.17 ta thấy giới hạn tốc độ bit của kênh hoạt động tại bước

sóng λZD là cô cùng lớn. Tuy nhiên, S sẽ trở thành nhân tố giới hạn trong trường
hợp này. Chúng ta có thể ước tính tốc độ bit giới hạn bằng việc chú ý là đối với
nguồn có độ rộng phổ Δλ, giá trị hiệu dụng của hệ số tán sắc trở thành D = S.Δλ và
biểu thức 1.17 trở thành:
(1.25)

Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

24


Đối với Lazer bán dẫn đa mode có Δλ = 2nm và một sợi quang dịch tán sắc có S
= 0,05 ps/nm2km tại bước sóng 15µm thì B.L đạt 5 Tbps.km (giá trị này sẽ được cải
thiện nếu dùng Lazer bán dẫn đơn mode).
1.2.2.5.Tán sắc mode phân cực.
Tán sắc mode phân cực (PMD - Polarization Mode Dispersion) là do sợi quang
sản xuất thực tế không đạt lý tưởng, lõi của nó không tròn đều, không đối xứng nên
gây ra sự phản xạ hai lần do chiết suất mode ứng với các thành phần phân cực trực
giao của mode cơ bản là khác nhau.
Khi ánh sáng lan truyền trong lõi sợi quang ở tốc độ cao do sự không hoàn hảo
của lõi sợi quang nên các thành phần trực giao này truyền đi trên hai đường truyền có
hệ số khúc xạ khác nhau, vận tốc nhóm khác nhau đáng kể, đến đầu thu sẽ bị trễ khác
nhau.

Hình 1.11. Cấu tạo lõi của sợi quang.
Ta có khái niệm trễ nhóm vi sai DGD (Differential Group Delay) là hiện tượng
một xung đơn sẽ phân cực, tách ra như hai xung gây lỗi ISI. Vì tán sắc phân cực phụ
thuộc vào cấu trúc của lõi sợi quang nên mỗi loại sợi quang khác nhau sẽ có đặc tính
tán sắc phân cực khác nhau. Trên mỗi đoạn sợi quang cũng thể hiện đặc tính tán sắc
phân cực khác nhau dưới tác động thay đổi của điều kiện nhiệt độ, cơ khí lên chiều dài

sợi quang làm cho DGD có thể gấp nhiều lần giá trị trung bình. Để tránh ánh hưởng
nghiêm trọng, DGD nhỏ hơn 0.3 chu kỳ bit. Do vậy khi tăng tốc độ bit lên đồng nghĩa
với giảm chu kỳ bit, thì tán sắc phân cực mới ánh hưởng đáng kể. Theo thống kê tại
Anh: PMD trung bình bằng 0.75ps/km1/2, PMD xấu nhất bằng 27.4 ps/km1/2.
Về mặt bản chất thì hiện tượng tán sắc phân cực trong sợi quang đơn mode có
thể hiểu một cách đơn giản là do tín hiệu ánh sáng được lan truyền theo hai phương
trực giao với vận tốc khác nhau dẫn đến dãn xung của tín hiệu tổng hợp phía đầu thu
gây chồng phổ, tăng lỗi bit đối với các hệ thống truyền dẫn tốc độ cao. Về phương
diện này ảnh hưởng của tán sắc phân cực cũng giống như ảnh hưởng của tán sắc ống
Sinh viên: Phạm Thị Hường – D10VT5

25