Đồ Án Công Nghệ Ghép Kênh Quang Theo Bước Sóng WDM

Học viện công nghệ bu chính viễn thông
Khoa viễn thông

đồ án tốt nghiệp

công nghệ ghép kênh
quang theo bớc sóng WDM
công nghệ ghép kênh
quang theo bớc sóng WDM
Giáo viên hớng dẫn: TS. Bùi trung hiếu
Sinh viên thực hiện:
Phùng văn lơng
Lớp: Điện tử - Viễn thông khoá 1997 (D97-VT)

Hà Nội, tháng 03 - 2002

Lời nói đầu
Dới sự lãnh đạo của Đảng, toàn Đảng, toàn dân ta đang phấn đấu thi đua thực hiện
công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nớc. Bằng việc đi tắt đón đầu những công nghệ mới, tiên
tiến trên thế giới, công nghệ thông tin, điện tử viễn thông là những hớng phát triển tiên


phong góp phần đa đất nớc ta hớng tới một xã hội thông tin. Nghĩa vụ và trách nhiệm của
một sinh viên sắp ra trờng thật không nhỏ, vì đối với họ vận hội, và thách thức đang mở ra ở
phía trớc.
Với nhận thức ấy, bản luận văn tốt nghiệp này là báo cáo tổng kết một phần kiến thức
Khoa học Công nghệ về chuyên ngành Điện tử Viễn thông mà em đợc đào tạo sau gần 5
năm học tập tại trờng Đại học. Bản luận văn trình bày về công nghệ mới: công nghệ ghép
kênh theo bớc sóng quang WDM (Wavelength Division Multiplexing) và các ứng dụng của
nó trong việc phát triển mạng thông tin quang nhằm tăng dung lợng truyền dẫn của mạng,
đáp ứng đợc nhu cầu phát triển của các dịch vụ trong tơng lai.

Chuẩn bị trở thành một kỹ s, với những kiến thức bổ ích, sâu rộng về chuyên ngành
điện tử - viễn thông nh ngày hôm nay, đó là do em đã đợc sự dìu dắt, giúp đỡ của các thầy
cô giáo trong khoa điện tử - viễn thông, các thầy cô giáo tại Học viện Công nghệ Bu chính
Viễn thông, các cô chú cán bộ hớng dẫn thực tập tại VTI (công ty viễn thông quốc tế),
Công ty VINAFONE, tại dự án JICA-PTTC1, nhất là công lao đào tạo, hớng dẫn của thầy giáo
TS. Bùi Trung Hiếu.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, các cô chú cán bộ khoa học và các bạn bè đã
giúp đỡ em rất nhiều trong qúa trình hoàn thành bản luận văn này. Em mong rằng sẽ nhận đợc nhiều đóng góp của các thầy cô và bạn bè cho bản luận văn, để các nghiên cứu sâu hơn
sau này đạt kết quả tốt hơn nữa.


Mục lục
Các từ viết tắt
Chơng 1: Giới thiệu hệ thống Thông Tin Quang
và ph ơng pháp ghép kênh quang theo bớc sóng
WDM:-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------1
I. Giới thiệu hệ thống thông tin quang:-----------------------------------------------------1
II. Nguyên lý ghép kênh quang theo bớc sóng và các tham
số cơ bản:---------------------------------------------------------------------------------------------------------4
II.1. Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bớc sóng
WDM:---------------------------------------------------------------------------------------------------------4
Hệ
thống
truyền
dẫn
hai
chiều
trên
hai
sợi:

-------------------------------------------------------- 5
Hệ
thống
truyền
dẫn
hai
chiều
trên
một
sợi:
------------------------------------------------------- 6
II.2. Các tham số cơ bản:----------------------------------------------------------------------------7

Chơng 2: Các thiết bị quang thụ động trong WDM:-------------------------------------------

10
I. Các thiết bị WDM vi quang:--------------------------------------------------------------------------------11
I.1. Các bộ lọc trong thiết bị WDM:
--------------------------------------------------------------------------------12
a) Bộ tách hai kênh sử dụng bộ lọc:-----------------------------------------------------------------13
b) Bộ tách lớn hơn hai kênh sử dụng bộ lọc:-------------------------------------------------------14
c) Thiết bị kết hợp ghép/tách kênh sử dụng bộ lọc:-----------------------------------------------16
I.2. Thiết bị WDM làm việc theo nguyên lý tán sắc góc:-------------------------------------------------------18
I.2.1. Dùng lăng kính làm phần tử tán sắc góc:---------------------------------------------------18
I.2.2.
Dùng
cách
tử
làm
phân

tử
tán
sắc
góc:--------------------------------------------------------------------------------------------------------19
a)- Mở
đầu:
-------------------------------------------------------------------------------------19
b) Cách
tử
nhiễu
xạ
phẳng:


27
30

-------------------------------------------------------------------------------------20
c) ứng
dụng
của
cách
tử
nhiễu
xạ
phẳng:
-------------------------------------------------------------------------------------22
d) Cách
tử
hình

lòng
chảo:
-------------------------------------------------------------------------------------24
e) Cách
tử
Bragg:
-------------------------------------------------------------------------------------25
II. Các thiết bị WDM ghép sợi :-----------------------------------------------------------------------III. Một số kỹ thuật khác đợc sử dụng trong ghép WDM:----------------------------

III.1. Bộ ghép bớc sóng dùng công nghệ phân phối chức năng quang học
SOFT:
------------------------------------------------------------------------------------------30
III.1.1. Nguyên lý chung:
-----------------------------------------------------------------------------------------30
III.1.2.
Bộ
ghép
nhân
kênh
dùng
cách
tử:
-----------------------------------------------------31
III.1.3. ứng dụng thiết kế bộ ghép n bớc
sóng:-----------------------------------------------32
III.2. AWG và những nét mới về công nghệ trong thiết bị
WDM:------------------------------------------------------------------------------------------------------------------35

Chơng 3: Một số vấn đề kỹ thuật cần quan tâm
39

40
43
44
45

I.
II.

đối với hệ thống thông tin quang WDM:-------------------------------I. Số kênh sử dụng và khoảng cách ghép giữa các kênh:---------------------------II. Vấn đề ổn định bớc sóng của nguồn quang
và yêu cầu độ rộng phổ của nguồn phát:-----------------------------------------------III. Vấn đề xuyên nhiễu giữa các kênh tín hiệu quang:-------------------------------IV. vấn đề suy hao quỹ công suất của hệ thống:------------------------------------V. Vấn đề tán sắc - bù tán sắc:---------------------------------------------------45
VI. Vấn đề ảnh hởng của các hiệu ứng phi tuyến:---------------------47
VI.1.
Hiệu
ứng
SPM
(Self
Phase
Modulation):


III.
IV.

------------------------------------------------------------------------------------------48
VI.2.
Hiệu
ứng
XPM
(Cross
Phase

Modulation):
------------------------------------------------------------------------------------------49
VI.3.
Hiệu
ứng
FWM
(Four
Wave
Mixing):
------------------------------------------------------------------------------------------50
VI.4.
Hiệu
ứng
SRS
(Stimulated
Raman
Sattering):
------------------------------------------------------------------------------------------51
VI.5.
Hiệu
ứng
SBS
(Stimulated
Brillouin
Sattering):
------------------------------------------------------------------------------------------51
VI.6. Phơng hớng giải quyết ảnh hởng của các hiệu ứng phi tuyến:
------------------------------------------------------------------------------------------53
VII. Bộ khuếch đại EDFA và một số vấn đề khi sử
dụng EDFA

trong mạng WDM:-----------------------------------------------------------------53
VII.1. Vấn đề tăng ích động có thể điều chỉnh của EDFA:
------------------------------------------------------------------------------------------54
VII.2.
Vấn
đề
tăng
ích
bằng
phẳng
của
EDFA:
------------------------------------------------------------------------------------------55
VII.3. Vấn đề tích luỹ tạp âm khi dùng bộ khuếch đại EDFA:
------------------------------------------------------------------------------------------56

Chơng 4: Công nghệ then chốt của hệ thống WDM:-------------------------------------------

57
I. Công nghệ lọc quang có điều chỉnh bớc sóng:----------------------------------------

58
I.1. Nguyên lý cơ bản và tham số của bộ lọc quang kiểu khoang F-P:----------------------------------58
I.2. Bộ lọc quang có công cụ tiêu chuẩn F-P: -------------------------------------------------------60
II. Công nghệ bộ chuyển phát quang (OTU):-------------------------------------------------60
II.1. Kết cấu cơ bản của OTU:-----------------------------------------------------------------------------------60
II.2. ứng dụng của OTU:--------------------------------------------------------------------------------61
a) Sử dụng OTU ở đầu phát:------------------------------------------------------------------------61
b) Sử dụng OTU trong bộ chuyển tiếp:------------------------------------------------------------62

c) Sử dụng OTU ở đầu thu:--------------------------------------------------------------------------

63
III. Công nghệ bộ khuếch đại quang sử dụng sợi quang
pha trộn Erbium (EDFA):--------------------------------------------------------------------------

64
III.1. Cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt động của EDFA:-----------------------------------------------------64
III.2. Đặc tính của EDFA:-------------------------------------------------------------------------------66
a) Đặc tính tăng ích của EDFA:--------------------------------------------------------------------66
b) Đặc tính công suất ra:----------------------------------------------------------------------------69
c) Đặc tính nhiễu: ------------------------------------------------------------------------------------69
III.3. Các phơng thức bơm sử dụng trong EDFA:-------------------------------------------------------------70

a) Bơm cùng chiều:------------------------------------------------------------------------------------

70
b) Bơm ngợc chiều:-----------------------------------------------------------------------------------71
c) Bơm hai chiều:-------------------------------------------------------------------------------------71
d) So ánh tính năng của 3 phơng thức bơm:-----------------------------------------------------71
III.4. ứng dụng của EDFA trong mạng WDM:----------------------------------------------------------------72
V.
IV.Công nghệ sợi quang:-------------------------------------------------------------74
IV.1. Phân loại sợi quang:------------------------------------------------------------------------------------------74
IV.2. Sợi quang dich chuyển vị trí tán sắc khác
không:
--------------------------------------------------------------------------------75
a) Sự xuất hiện hiệu ứng phi tuyến tính khi trong mạng có sử dụng DSF và
EDFA:

75
b) Nguyên lý làm việc của NZ-DSF:-----------------------------------------------------------------76
c) ứng dụng của NZ-DSF:----------------------------------------------------------------------------76
IV.3. Sợi quang bù tán sắc :
--------------------------------------------------------------------------------77
a) Nguyên lý cơ bản của bù tán sắc:-----------------------------------------------------------------77


b) Tính nâng và kết cấu của sợi bù tán sắc DCF:-------------------------------------------------78

IV4. Sợi quang tán sắc phẳng:
--------------------------------------------------------------------------------79
VI.
V.Công nghệ điều khiển giám sát hệ thống WDM:---------------------81
V.1. Tại sao cần điều khiển giám sát:------------------------------------------------------------------------------81
V.2. Yêu cầu đối với kênh điều khiển giám sát:-------------------------------------------------------------------81
V.3. Thực hiện điều khiển giám sát:--------------------------------------------------------------------82
a) Điều khiển giám sát sử dụng bớc sóng ngoài băng:-------------------------------------------82
b) Điều khiển giám sát sử dụng bớc sóng trong băng:-------------------------------------------83
c) Điều khiển giám sát sử dụng kết hợp bớc sóng trong băng và ngoài băng:---------------83
V.4. Các yêu cầu trong giám sát:-----------------------------------------------------------------------------------83

Chơng 5: Mạng WDM:----------------------------------------------------------------------------------------------

86
VII.
I. Phân cấp mạng WDM:--------------------------------------------------------------87
II. Hai kiểu chuyển mạch của mạng WD:------------------------------------------------------88
a) Mạng WDM chuyển mạch lênh:------------------------------------------------------------------88
b) Mạng WDM chuyển mạch gói:--------------------------------------------------------------------89

VIII.
III. Điểm nút của mạng WDM:-------------------------------------------------------90

a) Điểm nút OXC:----------------------------------------------------------------------------------------

95

90
b) Điểm nút OADM:------------------------------------------------------------------------------------93
IV. Phân phối và định tuyến bớc sóng trong mạng WDM:---------------------------

a) Kênh bớc sóng và kênh bớc sóng ảo:--------------------------------------------------------------

98

96
b) Chọn đờng trong mạng WDM:--------------------------------------------------------------------97
V. Bảo vệ mạng WDM:-------------------------------------------------------------------------------------


a) Bảo vệ kiểu 1+1 trên lớp SDH:-----------------------------------------------------------------------------

98
b) Bảo vệ đoạn ghép kênh: -----------------------------------------------------------------------------------100
VI. WDM và SDH:-----------------------------------------------------------------------------------------------100
VII. Mạng quang và mạng hỗn hợp quang điện:------------------------------------------101
VIII. Vấn đề phi tuyến tính trong mạng quang WDM.:---------------------------------102
IX. Thiết kế kết cấu mạng WDM.:------------------------------------------------------------------102
X. Mạng Ring tự hồi phục ghép bớc sóng:------------------------------------------------------103
X.1. Mở đầu:-----------------------------------------------------------------------------------------------103

X.2. Cấu trúc SHR/WDM đơn hớng:------------------------------------------------------------------104
a) Cấu trúc mạng Ring có 4 nút:---------------------------------------------------------------------104
b) Cấu trúc nút:-----------------------------------------------------------------------------------------105
c) Quan hệ giữa số lợng nút và số lợng bớc sóng:-------------------------------------------------106
X.3. Cấu trúc SHR/WDM hai hớng:-------------------------------------------------------------------106
X.4. So sánh SHR/ADM và SHR/WDM:---------------------------------------------------------108
XI. Kết luận:------------------------------------------------------------------------------------------------109
Tài liêu tham khảo:


Chơng 1

Giới thiệu hệ thống thông tin quang và phơng pháp
ghép kênh quang WDM
I. Giới thiệu hệ thống thông tin quang
Ngay từ xa xa để thông tin cho nhau, con ngời đã biết sử dụng ánh sáng để
báo hiệu. Qua thời gian dài của lịch sử phát triển nhân loại, các hình thức thông tin
phong phú dần và ngày càng đợc phát triển thành những hệ thống thông tin hiện
đại nh ngày nay, tạo cho mọi nơi trên thế giới có thể liên lạc với nhau một cách
Bộthuận
nối quang
lợi và nhanh chóng. Cách đây 20 năm, từ khi các hệ thống thông tin cáp sợi
quang đợc chính thức đa vào khai thác trên mang viễn thông, mọi ngời đều thừa
nhận rằng phơng thức truyền dẫn quang đã thể hiện khả năng to lớn trong việc
chuyển tải các dịch vụ viễn thông ngày càng phong phú và hiện đại của nhân loại.
Trong vòng 10 năm trở lại đây, cùng với sự tiến bộ vợt bậc của của công nghệ điện
tử - viễn thông, công nghệ quang sợi và thông tin quang đã có những tiến bộ vợt
bậc. Các nhà sản xuất đã chế tạo ra những sợi quang đạt tới giá trị suy hao rất nhỏ,
giá trị suy hao 0,154 dB/km tại bớc sóng 1550 nm đã cho thấy sự phát triển mạnh
mẽ của công nghệ sợi quang trong hơn hai thập niên qua. Cùng với đó là sự tiến bộ

lớn trong công nghệ chế tạo các nguồn phát quang và thu quang, để từ đó tạo ra
các hệ thống thông tin quang với nhiều u điểm trội hơn so với các hệ thống thông
tin cáp kim loại. Dới đây là những u điểm nổi trội của môi truờng truyền dẫn
quang so với các môi trờng truyền dẫn khác, đó là:

Suy hao truyền dẫn nhỏ
Mối hàn sợi

Băng tần truyền dẫn rất lớn
Không bị ảnh hởng của nhiễu điện từ
Có tính bảo mật tín hiệu thông tin cao
Có kích thớc và trọng lợng nhỏ
Sợi có tính cách điện tốt
Độ tin cậy cao
Sợi đợc chế tạo từ vật liệu rất sẵn có
Tínhệ
hiệu
điện thông
ra
Chính bởi các lý do trên mà
thống
tin quang đã có sức hấp dẫn
mạnh mẽ các nhà khai thác viễn thông. Các hệ thống thông tin quang không những
chỉ phù hợp với các tuyến thông tin xuyên lục địa, tuyến đờng trục, và tuyến trung
kế mà còn có tiềm năng to lớn trong việc thực hiện các chức năng của mạng nội
hạt với cấu trúc tin cậy và đáp ứng mọi loại hình dịch vụ hiện tại và tơng lai.

Mô hình chung của một tuyến thông tin quang nh sau:

Hình 1.1. Các thành phần chính của tuyến truyền dẫn
cáp sợi quang.
Các thành phần chính của tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi quang và
phần thu quang. Phần phát quang đợc cấu tạo từ nguồn phát tín hiệu quang và các
mạch điện điều khiển liên kết với nhau. Cáp sợi quang gồm có các sợi dẫn quang
và các lớp vỏ bọc xung quanh để bảo vệ sợi quang khỏi tác động có hại từ môi trờng bên ngoài. Phần thu quang do bộ tách sóng quang và các mạch khuếch đại, tái
tạo tín hiệu hợp thành. Ngoài các thành phần chủ yếu này, tuyến thông tin quang
còn có các bộ nối quang (connector), các mối hàn, bộ chia quang và các trạm lặp;
tất cả tạo nên một tuyến thông tin quang hoàn chỉnh.
Đặc tuyến suy hao của sợi quang theo bớc sóng tồn tại ba vùng mà tại đó có
suy hao thấp là các vùng xung quanh bớc sóng 850 nm, 1300 nm và 1550 nm. Ba
vùng bớc sóng này đợc sử dụng cho các hệ thống thông tin quang và gọi là các
vùng cửa sổ thứ nhất, thứ hai và thứ ba tơng ứng. Thời kỳ đầu của kỹ thuật thông
tin quang, cửa sổ thứ nhất đợc sử dụng. Nhng sau này do công nghệ chế tạo sợi
phát triển mạnh, suy hao sợi ở hai cửa sổ sau rất nhỏ cho nên các hệ thống thông
tin quang ngày nay chủ yếu hoạt động ở vùng cửa sổ thứ hai và thứ ba.
Nguồn phát quang ở thiết bị phát có thể sử dụng diode phát quang (LED)
hoặc Laser bán dẫn (LD). Cả hai loại nguồn phát này đều phù hợp cho các hệ
thống thông tin quang, với tín hiệu quang đầu ra có tham số biến đổi tơng ứng với
sự thay đổi của dòng điều biến. Tín hiệu điện ở đầu vào thiết bị phát ở dạng số
hoặc đôi khi có dạng tơng tự. Thiết bị phát sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu này thành
tín hiệu quang tơng ứng và công suất quang đầu ra sẽ phụ thuộc vào sự thay đổi
của cờng độ dòng điều biến. Bớc sóng làm việc của nguồn phát quang cơ bản phụ
thuộc vào vật liệu cấu tạo. Đoạn sợi quang ra (pigtail) của nguồn phát quang phải
phù hợp với sợi dẫn quang đợc khai thác trên tuyến.
Tín hiệu ánh sáng đã đợc điều chế tại nguồn phát quang sẽ lan truyền dọc
theo sợi dẫn quang để tới phần thu quang. Khi truyền trên sợi dẫn quang, tín hiệu
ánh sáng thờng bị suy hao và méo do các yếu tố hấp thụ, tán xạ, tán sắc gây nên.
Bộ tách sóng quang ở đầu thu thực hiện tiếp nhận ánh sáng và tách lấy tín hiệu từ
hớng phát đa tới. Tín hiệu quang đợc biến đổi trở lại thành tín hiệu điện. Các

photodiode PIN và photodiode thác APD đều có thể sử dụng để làm các bộ tách
sóng quang trong các hệ thống thông tin quang, cả hai loại này đều có hiệu suất
làm việc cao và có tốc độ chuyển đổi nhanh. Các vật liệu bán dẫn chế tạo các bộ


tách sóng quang sẽ quyết định bớc sóng làm việc của chúng và đoạn sợi quang
đầu vào các bộ tách sóng quang cũng phải phù hợp với sợi dẫn quang đợc sử dụng
trên tuyến lắp đặt. Đặc tính quan trọng nhất của thiết bị thu quang là độ nhạy thu
quang, nó mô tả công suất quang nhỏ nhất có thể thu đợc ở một tốc độ truyền dẫn
số nào đó ứng với tỷ lệ lỗi bít cho phép của hệ thống.
Khi khoảng cách truyền dẫn khá dài, tới một cự ly nào đó, tín hiệu quang
trong sợi bị suy hao khá nhiều thì cần thiết phải có trạm lặp quang đặt trên tuyến.
Cấu trúc của thiết bị trạm lặp quang gồm có thiết bị phát và thiết bị thu ghép quay
phần điện vào nhau. Thiết bị thu ở trạm lặp sẽ thu tín hiệu quang yếu rồi tiến hành
biến đổi thành tín hiệu điện, khuếch đại tín hiệu này, sửa dạng và đa vào thiết bị
phát quang. Thiết bị phát quang thực hiện biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu
quang rồi lại phát tiếp vào đờng truyền. Những năm gần đây, các bộ khuếch đại
quang đã đợc sử dụng để thay thế một phần các thiết bị trạm lặp quang.
Trong các tuyến thông tin quang điểm nối điểm thông thờng, mỗi một sợi
quang sẽ có một nguồn phát quang ở phía phát và một bộ tách sóng quang ở phía
thu. Các nguồn phát quang khác nhau sẽ cho ra các luồng ánh sáng mang tín hiệu
khác nhau và phát vào sợi dẫn quang khác nhau, bộ tách sóng quang tơng ứng sẽ
nhận tín hiệu từ sợi này. Nh vậy muốn tăng dung lợng của hệ thống thì phải sử
dụng thêm sợi quang. Với hệ thống quang nh vậy, dải phổ của tín hiệu quang
truyền qua sợi thực tế rất hẹp so với dải thông mà các sợi truyền dẫn quang có thể
truyền dẫn với suy hao nhỏ (xem hình 1.2):

6

4

3
2

Suy hao sợi (dB/km)

5

Phổ một nguồn sáng

Multi mode

1
0
Single mode
Hình
1.2. Độ rộng phổ nguồn
quang và dải thông của sợi quang.
(m)
0,9lý khi
1,0 cho1,1
1,5 thời
1,6 nhiều
Một ý tởng O,7
hoàn O,8
toàn có
rằng 1,2
có thể 1,3
truyền1,4
dẫn đồng
tín hiệu quang từ các nguồn quang có bớc sóng phát khác nhau trên cùng một sợi

quang. Kỹ thuật ghép kênh quang theo bớc sóng WDM ra đời từ ý tởng này.

II. nguyên lý ghép kênh quang theo bớc sóng WDM và các
tham số cơ bản:
IX.

II.1. Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bớc sóng:

Đặc điểm nổi bật của hệ thống ghép kênh theo bớc sóng quang (WDM) là
tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong khu vực tổn hao thấp của sợi


quang đơn mode, nâng cao rõ rệt dung lợng truyền dẫn của hệ thống đồng thời hạ
giá thành của kênh dịch vụ xuống mức thấp nhất. ở đây việc thực hiện ghép kênh
sẽ không có quá trình biến đổi điện nào. Mục tiêu của ghép kênh quang là nhằm để
tăng dung lợng truyền dẫn. Ngoài ý nghĩa đó việc ghép kênh quang còn tạo ra khả
năng xây dựng các tuyến thông tin quang có tốc độ rất cao. Khi tốc độ đờng truyền
đạt tới một mức độ nào đó ngời ta đã thấy đợc những hạn chế của các mạch điện
trong việc nâng cao tốc độ truyền dẫn. Khi tốc độ đạt tới hàng trăm Gbit/s, bản
thân các mạch điện tử sẽ không thể đảm bảo đáp ứng đợc xung tín hiệu cực kỳ hẹp;
thêm vào đó, chi phí cho các giải pháp trở nên tốn kém và cơ cấu hoạt động quá
phức tạp đòi hỏi công nghệ rất cao. Kỹ thuật ghép kênh quang theo bớc sóng ra đời
đã khắc phục đợc những hạn chế trên.
Hệ thống WDM dựa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để mang
đi nhiều bớc sóng ánh sáng khác nhau, điều thiết yếu là việc truyền đồng thời
nhiều bớc sóng cùng một lúc này không gây nhiễu lẫn nhau. Mỗi bớc sóng đại
diện cho một kênh quang trong sợi quang. Công nghệ WDM phát triển theo xu hớng mà sự riêng rẽ bớc sóng của kênh có thể là một phần rất nhỏ của 1 nm hay 10 -9
m, điều này dẫn đến các hệ thống ghép kênh theo bớc sóng mật độ cao (DWDM).
Các thành phần thiết bị trớc kia chỉ có khả năng xử lý từ 4 đến 16 kênh, mỗi kênh
hỗ trợ luồng dữ liệu đồng bộ tốc độ 2,5 Gbit/s cho tín hiệu mạng quang phân cấp

số đồng bộ (SDH/SONET). Các nhà cung cấp DWDM đã sớm phát triển các thiết
bị nhằm hỗ trợ cho việc truyền nhiều hơn các kênh quang. Các hệ thống với hàng
trăm kênh giờ đây đã sẵn sàng đợc đa vào sử dụng, cung cấp một tốc độ dữ liệu kết
hợp hàng trăm Gbit/s và tiến tới đạt tốc độ Tbit/s truyền trên một sợi đơn. Có hai
hình thức cấu thành hệ thống WDM đó là:
a) Truyền dẫn hai chiều trên hai sợi:

X.

Hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều trên hai sợi là: tất cả kênh quang cùng
trên một sợi quang truyền dẫn theo cùng một chiều (nh hình 1.3), ở đầu phát các
tín hiệu có bớc sóng quang khác nhau và đã đợc điều chế 1 , 2 ,...., n thông qua
bộ ghép kênh tổ hợp lại với nhau, và truyền dẫn một chiều trên một sợi quang. Vì
các tín hiệu đợc mang thông qua các bớc sóng khác nhau, do đó sẽ không lẫn lộn.
ở đầu thu, bộ tách kênh quang tách các tín hiệu có bớc sóng khác nhau, hoàn
thành truyền dẫn tín hiệu quang nhiều kênh. ở chiều ngợc lại truyền dẫn qua một
sợi quang khác, nguyên lý giống nh trên.

1

n

Máy
phát
Máy
phát

1

Máy thu

quang

n

Máy thu
quang

1

Bộ ghép
kênh

O

n

Bộ
khuếc
h đại
sợi

O

Bộ tách
kênh

1, 2 ....... n
O

Bộ tách

kênh

Bộ
khuếc
h đại
sợi

O

1, 2 ....... n

1

Bộ ghép
kênh
n

Máy thu
quang

1

Máy thu
quang

n

Máy
phát

1

Máy
phát
quang

n

Hình 1.3. Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên hai


b) Truyền dẫn hai chiều trên một sợi:
Hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều trên một sợi là: ở hớng đi, các kênh
quang tơng ứng với các bớc sóng 1, 2, ..., n qua bộ ghép/tách kênh đợc tổ hợp lại
với nhau truyền dẫn trên một sợi. Cũng sợi quang đó, ở hớng về các bớc sóng n+1,
n+2,..., 2n đợc truyền dẫn theo chiều ngợc lại (xem hình 1.4). Nói cách khác ta
dùng các bớc sóng tách rời để thông tin hai chiều (song công).
1

Máy thu quang

Máy phát quang 1

1

1, 2 ....... n
n

Máy phát quang n

1

Máy thu quang

n

Máy thu quang

Bộ khuếch đại sợi quang
Bộ ghép/ O
OBộ tách/ ghép kênh
tách kênh

n+1, n+2 ....... 2n

Máy thu quang

n

Máy phát quang
n+1

1

Máy phát quang
2n

n

Hình 1.4. Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên cùng một

sợi quang.
Hệ thống WDM hai chiều trên hai sợi đợc ứng dụng và phát triển tơng đối
rộng rãi. Hệ thống WDM hai chiều trên một sợi thì yêu cầu phát triển và ứng dụng
cao hơn, đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt. ở phía phát, các thiết bị
ghép kênh phải có suy hao nhỏ từ mỗi nguồn quang tới đầu ra của bộ ghép kênh. ở
phía thu, các bộ tách sóng quang phải nhạy với dải rộng của các bớc sóng quang.
Khi thực hiện tách kênh cần phải cách ly kênh quang thật tốt với các bớc sóng
khác bằng cách thiết kế các bộ tách kênh thật chính xác, các bộ lọc quang nếu đợc
sử dụng phải có bớc sóng cắt chính xác, dải làm việc ổn định.
Hệ thống WDM đợc thiết kế phải giảm tối đa các hiệu ứng có thể gây ra suy
hao truyền dẫn. Ngoài việc đảm bảo suy hao xen của các thiết bị thấp, cần phải tối
thiểu hoá thành phần công suất có thể gây ra phản xạ tại các phần tử ghép, hoặc tại
các điểm ghép nối các module, các mối hàn...., bởi chúng có thể làm gia tăng vấn
đề xuyên kênh giữa các bớc sóng, dẫn đến làm suy giảm nghiêm trọng tỉ số S/N
của hệ thống. Các hiệu ứng trên đặc biệt nghiêm trọng đối với hệ thống WDM
truyền dẫn hai chiều trên một sợi, do đó hệ thống này có khả năng ít đợc lựa chọn
khi thiết kế tuyến.


ở một mức độ nào đó, để đơn giản ta có thể xem xét bộ tách bớc sóng nh
bộ ghép bớc sóng chỉ bằng cách đổi chiều tín hiệu ánh sáng. Nh vậy hiểu đơn giản,
từ bộ ghép - multiplexer trong trờng hợp này thờng đợc sử dụng ở dạng chung để
xét cho cả bộ ghép và bộ tách; loại trừ trờng hợp cần thiết phải phân biệt hai thiết
bị hoặc hai chức năng. Ngời ta chia loại thiết bị OWDM làm ba loại: Các bộ ghép
(MUX), các bộ tách (DEMUX) và các bộ ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX).
Các bộ MUX và DEMUX đợc sử dụng trong các phơng án truyền dẫn theo một hớng, còn loại thứ ba MUX-DEMUX đợc sử dụng cho các phơng án truyền dẫn theo
hai hớng. Hình 1.5 mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp.
Các tín hiệu đợc ghép
Ik(k)
O(k)

Sợi dẫn quang

I(i)
Ii(i)
Các tín
hiệuhợp
đợc (MUX-DEMUX).
tách
Hình 1.5. Mô tả thiết bị ghép/tách
hỗn

II.2. Các tham số cơ bản:
Các tham số cơ bản để mô tả đặc tính của các bộ ghép/tách hỗn hợp là suy
hao xen, suy hao xuyên kênh và độ rộng kênh. Để đơn giản, ta hãy phân biệt ra
thành thiết bị một hớng (gồm các bộ ghép kênh và tách kênh độc lập) và thiết bị
hai hớng (bộ ghép/tách hỗn hợp). Các ký hiệu I(i) và O(k) tơng ứng là các tín
hiệu đợc ghép đang có mặt ở đờng chung. Ký hiệu Ik(k) là tín hiệu đầu vào đợc
ghép vào cửa thứ k, tín hiệu này đợc phát từ nguồn phát quang thứ k. Ký hiệu
Oi(i) là tín hiệu có bớc sóng i đã đợc tách và đi ra cửa thứ i. Nhìn chung, các tín
hiệu quang không phát một lợng công suất đáng kể nào ở ngoài độ rộng phổ kênh
đã định trớc của chúng, cho nên vấn đề xuyên kênh là không đáng lu tâm ở đầu
phát. Bây giờ ta xem xét các thông số:

Suy hao xen: đợc xác định là lợng công suất tổn hao sinh ra trong tuyến

truyền dẫn quang do tuyến có thêm các thiết bị truyền dẫn quang WDM.
Suy hao này bao gồm suy hao do các điểm ghép nối các thiết bị WDM với
sợi và suy hao do bản thân thiết bị ghép gây ra. Suy hao xen đợc diễn giải
tơng tự nh suy hao đối với các bộ ghép coupler chung, nhng cần lu ý là ở

WDM là xét cho một bớc sóng đặc trng:

Li(MUX)

O( i )
= -10log I i ( i )

(1.1)


Li(DEMUX)

Oi ( i )
= -10log I ( i )

(1.2)

Với Li là suy hao tại bớc sóng i khi thiết bị đợc ghép xen vào tuyến truyền
dẫn. Các tham số này luôn phải đợc các nhà chế tạo cho biết đối với từng
kênh quang của thiết bị.
Oi(i) + Ui(k)

Sợi quang
I(1) ....... I(k)

Ij(j)

DEMUX

I(1) ....... I(k)

j
k

Oi(i) + Ui(k) + Ui(j)

O(j)

Sợi quang

a)Hình 1.6. Xuyên kênh ở bộ tách kênh (a) b)
và ở bộ ghép - tách hỗn hợp (b)

Suy hao xuyên kênh: mô tả một lợng tín hiệu từ kênh này đợc ghép sang
kênh khác. Các mức xuyên kênh cho phép nằm ở dải rất rộng tuỳ thuộc
vào trờng hợp áp dụng. Nhng nhìn chung, phải đảm bảo mức xuyên kênh
nhỏ hơn (-30dB) trong mọi trờng hợp.

Trong một bộ tách kênh lý tởng, sẽ không có sự dò công suất tín hiệu từ kênh
thứ i có bớc sóng i sang các kênh khác có bớc sóng khác với i. Nhng trong
thực tế, luôn luôn tồn tại một mức xuyên kênh nào đó, và làm giảm chất lợng
truyền dẫn của thiết bị. Khả năng để tách các kênh khác nhau đợc diễn giải
bằng suy hao xuyên kênh và đợc tính bằng dB nh sau:
Di(k) = -10log [Ui(k)/I(k)]

(1.3)

Theo sơ đồ đơn giản mô tả bộ tách kênh ở hình 1.6 a) thì U i(k) là lợng tín
hiệu không mong muốn ở bớc sóng k do có sự dò tín hiệu ở cửa ra thứ i, mà
đúng ra chỉ có tín hiệu ở bớc sóng i. Trong thiết bị ghép/tách hỗn hợp nh ở

hình 1.6 b), việc xác định suy hao xuyên kênh cũng đợc xác định nh ở bộ
tách. ở trờng hợp này, phải xem xét cả hai loại xuyên kênh. Xuyên kênh đầu
xa là do các kênh khác đợc ghép đi vào đờng truyền gây ra, ví dụ nh I(k)
sinh ra Ui(k). Xuyên kênh đầu gần là do các kênh khác ở đầu vào sinh ra,
nó đợc ghép ở bên trong thiết bị, nh Ui(j). Khi cho ra các sản phẩm, các nhà
chế tạo cũng phải cho biết suy hao kênh đối với từng kênh của thiết bị.

Độ rộng kênh: là dải bớc sóng mà nó định ra cho từng nguồn phát quang

riêng. Nếu nguồn phát quang là các diode Laser thì độ rộng kênh đợc yêu
cầu vào khoảng vài chục nanomet để đảm bảo không bị nhiễu giữa các
kênh do sự bất ổn định của các nguồn phát gây ra (ví dụ khi nhiệt độ làm
việc thay đổi sẽ làm trôi bớc sóng đỉnh hoạt động). Đối với nguồn phát


quang là diode phát quang LED, yêu cầu độ rộng kênh phải lớn hơn 10
đến 20 lần bởi vì độ rộng phổ của loại nguồn phát này rộng hơn.

Chơng 2

Các thiết bị quang thụ động trong WDM


Trong chơng trớc, chúng ta đã có tầm nhìn bao quát về một tuyến truyền dẫn
quang và công nghệ ghép kênh quang theo bớc sóng WDM. Các thiết bị OWDM
rất đa dạng, có thể thực hiện qua các phần tử tích cực hay thu động, nguồn quang
phổ hẹp, các thiết bị vi quang, các thiết bị phân cực quang, quay pha, cách tử
quang, ghép sợi .... Nhng tu trung lại, chúng làm việc chủ yếu theo hai nguyên tắc
chính: nguyên tắc tán sắc góc và nguyên tắc lọc quang. Ngày nay, cùng với những
tiến bộ không ngừng trong nhiều lĩnh vực khác của ngành công nghiệp truyền

thông, đặc biệt là với công nghệ mới đầy hấp dẫn này, các thiết bị WDM không
ngừng đợc đổi mới và cải tiến cho phù hợp nhằm vơn tới những ngỡng dung lợng
truyền dẫn khổng lồ với chi phí đầu t thấp. Chơng này nhằm đề cập đến các vấn đề
kỹ thuật từ cơ bản đến phức tạp đã và đang đợc sử dụng trong các thiết bị WDM.

Các phần tử sử dụng trong hệ thống OWDM rất đa dạng, nhng có thể phân
loại ra nh hình 2.1:
Thiết bị WDM
Thụ động

Tích cực
Các nguồn phát quang và các bộ tách sóng quang nhiều bớc sóng

Thiết bị vi quang

Ghép sợi
Thiết bị quang tổ hợp
Các thiết bị khác

Tán sắc góc

Thiết bị có bộ lọc
PhiXI.
tuyến

Tán sắc vật liệu

Cách tử

XIII.

Giao thoa

Phân cực

XII.
Hình 2.1. Phân loại các thiết bị WDM.

Để đơn giản khi xem xét các thiết bị WDM, chúng ta chủ yếu lấy bộ tách
kênh theo bớc sóng để phân tích, bởi vì nếu xét ở một mức độ nào đó thì nguyên lý
các thiết bị WDM có tính thuận nghịch về cấu trúc, do đó hoạt động của các bộ
ghép kênh cũng đợc giải thích tơng tự bằng cách đơn giản là thay đổi hớng tín hiệu
đầu vào và đầu ra.


Các bộ tách (hay các bộ ghép) đợc chia ra làm hai loại chính theo công nghệ
chế tạo là:

Thiết bị WDM vi quang
Thiết bị WDM ghép sợi.
ở loại thứ nhất, việc tách/ghép kênh dựa trên cơ sở các thành phần vi quang.
Các thiết bị này đợc thiết kế chủ yếu sử dụng cho các tuyến thông tin quang dùng
sợi đa mode, chúng có những hạn chế đối với sợi dẫn quang đơn mode. Loại thứ
hai dựa vào việc ghép giữa các trờng lan truyền trong các lõi sợi kề nhau. Kỹ thuật
này phù hợp với các tuyến sử dụng sợi đơn mode.
I. Các thiết bị WDM vi quang:
Các thiết bị WDM vi quang đợc chế tạo dựa trên hai phơng pháp công nghệ
khác nhau là: các thiết bị có bộ lọc và các thiết bị phân tán góc. Thiết bị lọc chỉ
hoạt động mở cho một bớc sóng (hoặc một nhóm các bớc sóng) tại một thời điểm,
nhằm để tách ra một bớc sóng trong nhiều bớc sóng. Để thực hiện thiết bị hoàn

chỉnh, ngời ta phải tạo ra cấu trúc lọc theo tầng. Còn thiết bị phân tán góc lại đồng
thời đa ra tất cả các bớc sóng.
I.1. Các bộ lọc trong thiết bị WDM:
Trong thiết bị ghép-tách bớc sóng vi quang thờng sử dụng bộ lọc bớc sóng
bằng màng mỏng. Thí dụ bộ tách bớc sóng dùng bộ lọc màng mỏng thể hiện nh
hình 2.2.
1, 2, ...., n
1

2, ...., n

Bộ lọc

Hình 2.2. Bộ tách bớc sóng dùng bộ lọc màng mỏng.
Bộ lọc có cấu trúc đa lớp gồm các lớp điện môi rất mỏng, có chiết suất cao
và thấp đặt xen kẽ nhau. Bộ lọc làm việc dựa trên nguyên lý buồng cộng hởng
Fabry-Perot, gồm hai gơng phản xạ một phần đặt song song cách nhau chỉ bởi một
lớp điện môi trong suốt.
Chiết suất thấp

Chiết suất cao

Lớp phân cách trong suốt


XIV.

Hình 2.3. Cấu trúc của bộ lọc điện môi.

Bề dày các lớp bằng 1/4 bớc sóng truyền đối với bộ lọc bậc 0 và bằng 3/40

đối với bộ lọc bậc 1 và đợc chế tạo từ vật liệu có hệ số chiết suất thấp nh MgF2 có
n = 1,35 hoặc SiO2 có n = 1,46 và vật liệu có chỉ số chiết suất cao nh TiO2 có n =
2,2.
Khi chùm tia sáng đi vào thiết bị, thì hiện tợng giao thoa ánh sáng xảy ra do
phản xạ nhiều lần trong khoang cộng hởng. Nếu bề dày của lớp đệm là số nguyên
lần của nửa bớc sóng ánh sáng tới thì giao thoa xếp chồng xảy ra và công suất
quang của bớc sóng đạt giá trị cực đại và bớc sóng đó sẽ đợc truyền dẫn thông suốt
nhất. Các chùm ánh sáng ở những bớc sóng khác trong buồng cộng hởng hầu nh bị
phản xạ hoàn toàn. Đờng cong phân bố công suất ở đầu ra của bộ lọc có dạng nh
hình 2.4:
POUT

XV.
XVI.

Hình 2.4. Phân bố công suất ở đầu ra của0 bộ lọc.

Bộ lọc thông thấp hoặc thông cao có bớc sóng cắt c (hình 2.5a là thông cao
và hình 2.5b là thông thấp). Bộ lọc thông giải có bớc sóng trung tâm 0 và độ rộng
giải (hình 2.5c). T là hàm truyền đạt của bộ lọc.
T(%)

T(%)
Thông cao (
c

(nm)

T(%)

Thông thấp (>c)

c

(nm)

Băng thông
0-/2 << 0+/2

0

(nm)

Hình
2.5. Các đặc tính phổ truyền
dẫn của các loại bộ lọc giao
thoa cắt
a) SWPF
a) LWPF
a) BPF
(a)(b) và băng thông (c).
Các bộ lọc thông thấp hoặc thông cao thờng đợc sử dụng để tách 2 bớc sóng
có khoảng cách xa nhau, chẳng hạn 850 nm và 1300 nm hoặc 1300 nm và 1550
nm. Loại bộ lọc nh vậy, thích hợp cho hệ thống WDM sử dụng nguồn quang có dải
phổ rộng (LED). Bộ lọc thông giải đợc sử dụng trong WDM khi nguồn quang có
phổ hẹp (LASER). Đối với bộ lọc thông giải có một vài yêu cầu: đó là độ dốc sờn


Sợi quang

a)

đờng cong hàm truyền đạt phải đủ lớn để tránh xuyên âm giữa các kênh kề nhau,
mặt 1,
khác
2 độ rộng giải có dung sai cho phép để đề phòng dịch bớc sóng trung
tâm của nguồn quang khi nhiệt độ thay đổi.
Dới đây ta xem xét một số thiết bị tách bớc sóng dùng bộ lọc màng mỏng:
a) Bộ tách 2 bớc sóng:
Cấu trúc cơ bản của bộ tách hai kênh nh ở 1hình 2.6a, trong khi đó việc thực
hiện thực tế cấu trúc này chỉ đơn giản nh ở hình 2.6b. Các phần tử chuẩn trực và
hội tụ là các lăng kính GRIN 1/4 chu kỳ P. Bộ lọc đợc thiết kế để phát đi 1 và
2
phản xạ 2 sẽ đợc đặt giữa hai lăng kính.
Thấu kính

Kính lọc

1, 2

Lăng kính Grin (1/4 P)

1

2

Bộ lọc

Hình 2.6. Cấu trúc bộ tách hai kênh

b) sử dụng bộ lọc giao thoa
a) Cấu hình cơ bản và b) Cấu hình khi thực hiện trong thực tế.
Các thiết bị tách bớc sóng này có sẵn trên thị trờng thơng mại và đợc sử
dụng rộng rãi ở các hệ thống thông tin quang sử dụng các nguồn phát LED ở bớc
sóng 850 nm và 1300 nm, hoặc sử dụng các nguồn phát phổ hẹp của các tổ hợp bớc sóng nh: 800 nm và 830 nm; 800 nm và 890 nm; 1200 nm và 1300 nm; hoặc
1300nm và 1550 nm vv..., với suy hao xen nhỏ hơn 3dB (cho mỗi cặp) và suy hao
xuyên kênh cao hơn 25dB.

b) Bộ tách lớn hơn 2 bớc sóng:
Thiết bị này sử dụng các bộ lọc nối tiếp nhau, và mỗi bộ lọc cho đi qua một
bớc sóng và phản xạ các bớc sóng còn lại (xem hình 2.7):


1, 2,......, n
Bộ lọc (1)
1
2
3
4

XVII.

Hình 2.7. Cấu trúc cơ bản của một bộ tách nhiều bớc sóng.

Trong thực tế, thiết bị tách nhiều bớc sóng ngoài các bộ lọc còn có thấu kính,
các sợi quang vv...
suốt.

Hình 2.8 là bộ tách 5 bớc sóng dùng thấu kính GRIN và khối thuỷ tinh trong

2

1,......, 5

4
Sợi quang
Lăng kính GRIN

Khối thuỷ tinh trong suốt

Bộ lọc

1

3

5

Đôi khi
có 2.8.
thể Một
thực
ra 5bộ
tách
Hình
bộ hiện
tách vitạo
quang
kênh
thựckênh

tế. mà không cần sử dụng đến các
phần tử chuẩn trực. Ví dụ nh ở hình 2.9, thiết bị không có lăng kính, mà các bộ lọc
giao thoa ở đây đợc đặt trên từng đoạn một cách thích hợp và đầu sợi đợc mài
nhẵn.
1

2

1,......, 4

Bộ lọ


Hình 2.9. Cấu trúc cơ bản của bộ tách nhiều kênh sử dụng bộ lọc giao
thoa
gắn trực tiếp vào sợi.
c) Thiết bị kết hợp ghép và tách bớc sóng (MUX-DEMUX):
Hình 2.10 thể hiện thiết bị MUX-DEMUX 4 bớc sóng. Các bớc sóng 0,81
àm và 0,89 àm từ hai nguồn quang khác nhau đợc ghép thành một tia chung để
truyền qua sợi quang. Các bớc sóng 1,2 àm và 1,3 àm từ sợi quang đến đợc tách
thành hai tia ứng với mỗi bớc sóng để đa đếnBPF
diode
tách quang.
kính GRIN
1,2 m
1,2Thấu
m
tại cổng vào dùng loại 1/4PBPF
phân
cổng

dùng loại 1/4P hội tụ.
1,3kì,
m tại
Khối
thuỷra
tinh
1,3 m

Thấu kính GRIN

1,2 m và 1,3 m

0,81 m và 0,89 m


BPF 0,89m

Hình 2.10. Thiết bị MUX-DEMUX 4 bớc sóng.
Trong đó:
BPF

- Bộ lọc thông giải

LWPF - Bộ lọc thông thấp
SWPF - Bộ lọc thông cao.
Độ rộng của kênh là 25 nm và 32 nm trong cửa sổ thứ nhất; 47 nm và 50 nm
trong cửa sổ thứ hai của sợi quang. Suy hao xen là 1,4 dB cho bớc sóng 0,89 àm;
2,6 dB cho bớc sóng 1,2 àm; 2,2 dB cho bớc sóng 1,3 àm khi dùng Laser diode và
5,2 dB cho bớc sóng 0,81 àm khi dùng LED. Suy hao xuyên âm bằng -18 dB cho
bớc sóng ngắn dùng LED, còn nếu dùng Laser diode thì suy hao xuyên âm bằng

-3,9 dB.
Một thí dụ khác của bộ MUX-DEMUX dùng gơng cầu lõm nh hình 2.11.

0,825 m

Sợi chung

0,825 m
0,870 m; 1,3 m

0,870 m
1,3 m
C

B

A

D

0,89m


SWPF
LWPF

Hình 2.11. Thiết bị MUX-DEMUX 3 bớc sóng.
Các đầu sợi quang đặt trên mặt phẳng tiêu D. Gơng cầu lõm A phản xạ bớc
sóng 0,825 àm tới đầu ra. Gơng cầu lõm B phản xạ bớc sóng 0,870 àm từ sợi
chung vào và tới sợi ra. Gơng cầu lõm C phản xạ bớc sóng 1,3 àm từ sợi chung vào

và tới sợi ra khác. Suy hao xen và suy hao xuyên âm nh bảng dới đây:

Suy hao xen (dB)
Suy hao xuyên âm đầu gần (dB)
Suy hao xuyên âm đầu xa (dB)

0,825 àm
0,4

0,870 àm
0,75
- 0,6
- 78

1,3 àm
1,3
- 40
- 120

I.2. Thiết bị WDM làm việc theo nguyên lý tán sắc góc:
Thiết bị WDM sử dụng bộ lọc màng mỏng không thích hợp cho hệ thống có
quá nhiều bớc sóng hoặc khi bớc sóng này quá gần nhau. Trong trờng hợp này phải
sử dụng phần tử tán sắc góc. Ưu điểm của phần tử tán sắc góc là tán xạ đồng thời
tất cả các bớc sóng.

Connector

I.2.1. Dùng lăng kính làm phần tử tán sắc góc:

Trong giai đoạn đầu của kỹ thuật WDM ngời ta thờng dùng lăng kính làm

phần tử tán sắc góc (hình 2.12). Do hiện tợng chiết suất phụ thuộc vào bớc sóng
ánh sáng tức là n = n() nên chùm tia sáng có các bớc sóng khác nhau ở đầu vào sẽ
bị lăng kính phân thành các tia sáng đơn sắc khác nhau theo các hớng khác nhau ở
đầu ra theo định luật Sneel (sự phụ thuộc của chiết suất vật liệu làm lăng kính theo
bớc sóng).
r
i

di dn
sin A
=
ì
d cos r / cos i

i Với:
A i

i

là góc tới
là góc ló

A là góc đỉnh của lăng kính
n

là chiết suất vật liệu làm lăng kính.

(2.1)

Hình 2.12. Tán sắc dùng lăng kính
Nhợc điểm: tán sắc dùng lăng kính có mức độ tán sắc thấp, nên khó tách đợc các bớc sóng gần nhau. Vì vậy ngời ta chỉ có thể dùng lăng kính trong trờng
hợp tách các bớc sóng ở hai cửa sổ truyền dẫn khác nhau (ví dụ bớc sóng 1 ở cửa
sổ 1300 nm; bớc sóng 2 ở cửa sổ 1550 nm). Do nhợc điểm không tách đợc các tia
sáng có bớc sóng gần nhau nên lăng kính ngày nay không đợc sử dụng trong công
nghệ WDM nữa, thay vào đó ngời ta sử dụng cách tử nhiễu xạ làm phần tử tán sắc
góc.
I.2.2. Dùng cách tử làm phần tử tán sắc góc:
a) Mở đầu:
Cách tử đợc cấu tạo gồm nhiều rãnh (nh răng ca), đợc khắc bằng dụng cụ kim
cơng, trên bề mặt của các rãnh này đợc ơhủ một lớp phản xạ, số lợng rãnh trên
cách tử có thể lên tới vài nghìn rãnh trên 1 mm. Cách tử có khả năng truyền hoặc
tán xạ ánh sáng theo những hớng nhất định tuỳ thuộc vào bớc sóng của ánh sáng
đó. Góc tán xạ phụ thuộc vào khoảng cách rãnh (gọi là bớc cách tử) và góc tới.

Cách tử

n
1, 2,....., n
1

2

Hình 1.14. Sử dụng cách tử để tách bớc sóng.
Cũng giống nh lăng kính, ánh sáng không đơn sắc ở đầu vào, sau khi qua
cách tử sẽ đợc tách thành các tia sáng đơn sắc ở đầu ra theo các góc khác nhau.
Khác với lăng kính, cách tử nhiễu xạ cho các góc tán xạ lớn hơn.