Tổng quan về hệ thống wdm

MỤC LỤC
Lời nói đầu....................................................................................................................... 3
Lời cảm ơn ....................................................................................................................... 4
Chương I: Tổng quan về hệ thống WDM ....................................................................... 5
1.1 Giới thiệu chung ....................................................................................................5
1.1.1 Khái quát về WDM ........................................................................................5
1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống tách/ghép kênh quang ............................6
1.1.3 Đặc điểm của hệ thống WDM ........................................................................8
1.2 Một số tham số kỹ thuật trong hệ thống WDM .....................................................9
1.2.1 Suy hao xen ....................................................................................................9
1.2.2 Suy hao xuyên kênh......................................................................................10
1.2.3 Độ rộng kênh và khoảng cách kênh .............................................................11
1.2.4 Số lượng kênh ...............................................................................................11
1.3 Ứng dụng WDM ..................................................................................................13
Chương II: Các thành phần trong hệ thống WDM ........................................................ 16
Giới thiệu chung ........................................................................................................16
2.1 Bộ phát quang ......................................................................................................16
2.1.1 Yêu cầu đối với nguồn quang trong WDM ..................................................16
2.1.2 Nguyên lí Bragg ...........................................................................................18
2.1.3 LASER hồi tiếp phân bố (DFB) ..................................................................18
2.1.4 LASER phân bố phản xạ Bragg (DBR) ......................................................20
2.2 Bộ tách quang và bộ ghép quang .........................................................................20
2.2.1 Bộ lọc Mach-Zender .....................................................................................21
2.2.2Bộ lọc Fabry-Perot ........................................................................................29
2.2.3 Bộ tách kênh trong miền không gian............................................................38
2.3 Bộ khuếch đại quang ...........................................................................................49
2.3.1 Sự cần thiết sử dụng các bộ khuếch đại quang .............................................49
2.3.2 Bộ khuếch đại quang sợi EDFA ...................................................................49
2.4 Bộ thu quang ........................................................................................................52
2.5 Sợi quang .............................................................................................................53
3.1 Ổn định bước sóng của nguồn quang .................................................................54

3.2 Ảnh hưởng của tán sắc sợi quang đối với truyền dẫn .........................................55
3.2.1 Phương pháp bù tán sắc bằng điều chế tự dịch pha(SPM) ...........................55
3.2.3 Phương pháp bù tán sắc PDC .......................................................................57
3.2.4 Phương pháp bù tán sắc bằng Pre-chirp (dịch tần trước) .............................58
3.3 Ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến đến truyền dẫn ............................................59
3.3.1 Các hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống WDM .............................................59
3.3.2 Giải pháp khắc phục hiệu ứng phi tuyến của sợi quang ..............................62
3.4 Độ bằng phẳng của tăng ích bộ khuyếch đại quang sợi ......................................63
3.5 Tích luỹ tạp âm khi dùng bộ khuyếch đại quang EDFA nhiều tầng ...................63
Chương IV: Ứng dụng của hệ thống WDM .................................................................. 64
4.1 Ứng dụng của WDM trong mạng truyền dẫn ...................................................... 64
4.1.1 Tuyến truyền dẫn điểm - điểm dung lượng cao ...........................................64
4.1.2 Mạng quảng bá .............................................................................................67
4.2 Ứng dụng của WDM trong mạng đa truy nhập ...................................................70
4.2.1 Mở đầu ..........................................................................................................70

1


4.2.2 Mạng WDMA đơn chặng .............................................................................71
4.2.3 Mạng WDMA đa chặng ...............................................................................74
4.3 Ứng dụng của WDM trong mạng chuyển mạch quang .......................................76

2


Lời nói đầu
Thời gian gần đây, nhu cầu lưu lượng tăng mạnh do sự phát triển bùng nổ của
các loại hình dịch vụ Internet và các dịch vụ băng rộng đã tác động không nhỏ tới việc
xây dựng cấu trúc mạng viễn thông. Việc xây dựng mạng thế hệ sau NGN đang được

quan tâm như là một giải pháp hữu hiệu nhằm thoả mãn nhu cầu của mạng lưới trong
thời gian tới. Trong cấu trúc NGN, mạng truyền tải lưu lượng là khâu quan trọng nhất
có nhiệm vụ truyền thơng suốt lưu lượng lớn trên mạng, trong đó mạng truyền dẫn
được xem là huyết mạch chính. Để thoả mãn việc thông suốt lưu lượng với băng tần
lớn, các hệ thống thông tin quang sử dụng công nghệ WDM được xem là ứng cử quan
trọng nhất cho đường truyền dẫn. Công nghệ WDM đã và đang cung cấp cho mạng
lưới khả năng truyền dẫn cao trên băng tần lớn sợi đơn mode, nhiều kênh quang
truyền đồng thời trên một sợi, trong đó mỗi kênh tương đương một hệ thống truyền
dẫn độc lập tốc độ nhiều Gbps.
Với nhận thức ấy, đồ án tốt nghiệp của em báo cáo tổng quan về công nghệ
WDM. Bố cục của đồ án gồm 4 chương:
Chương I: Trình bày tổng quan về hệ thống WDM, trong chương này em sẽ trình
bày một số vấn đề khái quát về hệ thống, nguyên lí hoạt động của hệ thống tách /ghép
kênh quang cũng như đặc điểm và các tham số kỹ thuật trong hệ thống WDM.
Chương II: Giới thiệu về các thành phần trong hệ thống WDM gồm Bộ phát
quang, Bộ tách và ghép quang, Bộ khuyếch đại quang, Bộ thu quang và sợi quang.
Qua đây chúng ta cũng sẽ tìm hiểu rõ hơn về chức năng và nguyên lí hoạt động của
các thành phần trong hệ thống.
Chương III: Một số vấn đề công nghệ then chốt sẽ được nêu ra trong chương
này. Như là sự ổn định bước sóng của nguồn quang, ảnh hưởng của tán sắc sợi quang,
của hiệu ứng phi tuyến đối với truyền dẫn... Các vấn đề về chuẩn hóa các thành phần
trong hệ thống, các tham số của thiết bị, sự tác động qua lại giữa các thành phần
trong hệ thống cũng sẽ được nghiên cứu trong chương này.
Chương IV: Nêu lên một số ứng dụng của hệ thống WDM trong thực tế như trong
mạng truyền dẫn, mạng đa truy nhập, mạng chuyển mạch quang...

3


Lời cảm ơn

Lời đầu tiên cho phép em được cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ
- Trường Đại học Vinh trong suốt thời gian em học tập ở trường đã tận tình giảng
giạy để em có kiến thức thực hiện đồ án này.
Em cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến cô giáo, TS Nguyễn Thị
Quỳnh Hoa - người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ nhiệt tình trong thời
gian qua.
Qua đây em cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
nhất và có những ý kiến đóng góp bổ ích trong q trình em thực hiện đồ án này.
Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn rằng nội dung đồ án vẫn cịn
những vấn đề cịn phải xem xét thêm và khơng thể tránh khỏi những khiếm khuyết. Rất
mong được sự chỉ bảo của các thầy cơ giáo, sự đóng góp ý kiến của các bạn sinh viên
và nhũng bạn đọc quan tâm đến đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!
Vinh ... / 05 / 2010
Trần Đình Lợi

4


Chương I: Tổng quan về hệ thống WDM
1.1 Giới thiệu chung
Trong những năm gần đây, sự phát triển của các dịch vụ thoại và phi thoại mà
đặc biệt là Internet cũng như một số dịch vụ khác đã tạo ra một sự bùng nổ nhu cầu về
dung lượng. Điều này đặt lên vai những nhà cung cấp dịch vụ đường trục những khó
khăn và thách thức mới. Kĩ thuật ghép kênh theo miền thời gian TDM đã giải quyết
phần nào các yêu cầu trên nhưng vẫn còn rất hạn chế. Trong thực tế, tốc độ của tín
hiệu TDM thường nhỏ hơn hoặc bằng 10Gb/s. Do ảnh hưởng của hiện tượng tán sắc,
hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang và tốc độ của các thành phần điện tử nên khi tăng
tốc độ bit của một kênh TDM lên quá giới hạn này, chất lượng hệ thống khơng đảm
bảo. Để thích ứng với sự tăng trưởng khơng ngừng đó và thoả mãn u cầu tính linh

hoạt của mạng, các cơng nghệ truyền dẫn khác nhau đã được nghiên cứu, triển khai
thử nghiệm và đưa vào ứng dụng, trong số đó phải kể đến công nghệ WDM, OTDM,
Soliton… Phương pháp ghép kênh theo bước sóng WDM(Wavelength Division
Multiplexing) đã tận dụng hữu hiệu nguồn tài nguyên băng rộng trong khu vực tổn hao
thấp của sợi quang đơn mode. Ghép kênh theo bước sóng WDM nâng cao dung lượng
truyền dẫn của hệ thống mà không cần phải tăng tốc độ của từng kênh trên mỗi bước
sóng. Do đó, WDM chính là giải pháp tiên tiến trong kĩ thuật thông tin quang, đáp ứng
được nhu cầu truyền dẫn và cả những yêu cầu về chất lượng truyền dẫn của hệ thống.
1.1.1 Khái quát về WDM
Trong hệ thống WDM, tín hiệu điện của từng kênh quang được điều chế với các
sóng mang quang khác nhau. Sau đó, chúng được ghép lại và truyền trên cùng một sợi
quang đến đầu thu. Phía thu thực hiện q trình tách tín hiệu quang thành các kênh
quang riêng biệt có bước sóng khác nhau. Mỗi kênh này được đưa đến một máy thu
riêng. Công nghệ WDM cho phép khai thác được tiềm năng băng thơng to lớn của sợi
quang. Ví dụ, hàng trăm kênh 10Gb/s có thể truyền trên cùng một sợi quang. Khoảng
cách giữa các kênh khoảng 50GHz. Dưới đây là một tính tốn cho thấy sự hấp dẫn của
cơng nghệ WDM:
Hình 1.1 chỉ ra hai cửa sổ truyền dẫn 1,3 và 1,5 cửa sợi quang. Mỗi cửa sổ có
băng thông truyền dẫn(suy hao thấp) của sợi quang là rất lớn; Chỉ với riêng cửa sổ
quang 1550 nm thì dải bước sóng có thể sử dụng là 1500 nm – 1600 nm, tương ứng với
dải tần rộng cỡ 12,5 THz !.

5


 [dB]

Băng tần cửa sổ 1550
nm

Phổ của một
nguồn quang

1,5
1,6
 [m]
0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

Hình 1.1. Băng tần truyền dẫn của sợi quang là rất lớn!
Sử dụng cho tốc độ truyền tin cỡ 10 Gbps thì chỉ cần sử dụng một phần rất nhỏ
trong băng tần truyền dẫn này. Rõ ràng, có thể thấy dung lượng yêu cầu cỡ hàng trăm
Gbps là hoàn toàn nằm trong khả năng của hệ thống WDM. Thêm vào đó, hệ thống

cịn rất mềm dẻo khi có các phần tử như bộ tách ghép quang, bộ nối chéo quang,
chuyển mạch quang, các bộ lọc quang thực hiện lựa chọn kênh động hoặc tĩnh…
Khái niệm về WDM đã được biết đến từ những năm 1980, khi mà hệ thống
quang đã được bắt đầu thương mại hóa. Dạng đơn giản nhất của WDM là truyền hai
kênh tín hiệu trên hai cửa sổ khác nhau. Ví dụ, truyền trên hai bước sóng 1,3m và
1,55m. Khi đó, khoảng cách giữa các kênh là 250nm. Sau đó, khoảng cách giữa các
kênh giảm dần đi. Năm 1990, khoảng cách giữa các kênh chỉ còn nhỏ hơn 0,1nm.
Trong suốt thập kỉ 90, hệ thống WDM đã được nhiều nước trên thế giới quan tâm
nghiên cứu. Hiện nay, kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng đã được ứng dụng ở nhiều
nước trên thế giới. Ở nước ta, Tổng cơng ty bưu chính viễn thơng Việt Nam quyết định
nâng cấp tuyến truyền dẫn Bắc Nam bằng giải pháp ghép kênh theo bước sóng.
1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống tách/ghép kênh quang
Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống truyền dẫn quang đơn hướng ghép kênh
theo bước sóng được mơ tả như hình 1.2.
1

Tx

1 , 2 ,...n

1

OMUX
n

Tx

n

1

Rx

1

ODMUX
Sợi
quang

n

Rx

n

Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống WDM đơn hướng

6


Tại mỗi bộ phát, tín hiệu điện của mỗi kênh quang được điều chế với sóng
mang quang có độ rộng phổ rất hẹp. Tín hiệu quang tại đầu ra của mỗi bộ phát có bước
sóng khác nhau là 1 ,  2 ... n . Các kênh quang này được ghép với nhau nhờ bộ ghép
kênh quang OMUX và truyền trên một sợi quang duy nhất đến đầu thu. Yêu cầu của
bộ ghép kênh là phải có độ suy hao nhỏ để đảm bảo tín hiệu tới đầu ra của bộ ghép ít
bị suy hao, giữa các kênh có khoảng bảo vệ nhất định để tránh gây nhiễu sang nhau.
Tại phía thu, bộ ODMUX thực hiện q trình tách tín hiệu thu được thành các kênh
khác nhau. Mỗi kênh này tương ứng với một bước sóng. Mỗi kênh được đưa đến một
đầu thu riêng. Để tránh xuyên nhiễu giữa các kênh, yêu cầu thiết kế bộ giải ghép thật
chính xác.

1
n

Tx

Tx

1

1 2 ....... n

n
 n 1

1

Rx

n

Rx

2 n

1

MUX/
DMUX

MUX/

DMUX
 n 1 ...... 2 n

n

Rx

1

Rx

n

Tx

1

Tx

n

 n 1
2 n

Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống WDM hai hướng

Phần trên trình bày phương án truyền dẫn ghép bước sóng quang một hướng,
tức là tín hiệu được ghép tại một đầu và tách tại đầu kia, tín hiệu truyền trên sợi quang
theo một hướng. Ngoài ra người ta có thể thực hiện truyền dẫn ghép bước sóng quang
hai hướng trên cùng một sợi quang như hình 1.3.

Trong hệ thống truyền dẫn hai hướng, n kênh quang có bước sóng 1…n được
ghép lại và truyền đi theo một hướng, n kênh quang khác có bước sóng n+1…2n được
ghép lại và truyền đi theo hướng ngược lại trên cùng sợi quang. Phương pháp này yêu
cầu rất nghiêm ngặt về độ rộng phổ của từng kênh và chất lượng của bộ tách kênh.
Trong hệ thống mà các bước sóng của các kênh quang cách xa nhau, thường
thuộc các cửa sổ khác nhau, được gọi là ghép thưa SWDM (Sparse Wavelength
Division Multiplexing). Hệ thống có khoảng cách giữa các kênh quang rất nhỏ, các
kênh quang có bước sóng gần nhau được gọi là hệ thống ghép kênh mật độ cao

7


DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Khi đó vấn đề trở nên phức tạp
hơn nhiều và yêu cầu về chất lượng các thành phần trong hệ thống quang rất cao.
1.1.3 Đặc điểm của hệ thống WDM
1.1.3.1 Tận dụng tài nguyên
Công nghệ WDM tận dụng tài nguyên băng thông truyền dẫn to lớn của sợi
quang, làm cho dung lượng truyền dẫn của sợi quang so với truyền dẫn bước sóng đơn
tăng từ vài lần tới hàng trăm lần, từ đó tăng dung lượng của sợi quang, hạ giá thành hệ
thống. Hiện nay, dải tần truyền dẫn có suy hao thấp của sợi quang mới chỉ được sử dụng
một phần rất nhỏ. Nếu ứng dụng cơng nghệ WDM thì hiệu quả tận dụng băng tần sợi
quang trong vấn đề truyền dẫn quả là hết sức to lớn.
Dùng cơng nghệ WDM có thể ghép N bước sóng truyền dẫn trong sợi quang
đơn mode và có thể truyền dẫn hồn tồn song cơng. Do vậy, khi truyền dẫn thông tin
đường dài với dung lượng lớn, có thể tiết kiệm số lượng lớn sợi quang. Thêm vào đó là
khả năng mở rộng dung lượng cho hệ thống quang đã xây dựng. Chỉ cần hệ thống cũ
có độ dư cơng suất tương đối lớn thì có thể tăng thêm dung lượng mà không cần thay
đổi nhiều đối với hệ thống cũ.
1.1.3.2 Đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu
Vì trong cơng nghệ WDM sử dụng các bước sóng độc lập với nhau, do đó có

thể truyền dẫn những tín hiệu có đặc tính hồn tồn khác nhau, thực hiện việc tổng hợp
và phân chia các dịch vụ viễn thơng, bao gồm tín hiệu số và tín hiệu tương tự, tín hiệu
PDH và tín hiệu SDH, truyền dẫn tín hiệu đa phương tiện (thoại, số liệu, đồ hoạ, ảnh
động…).
1.1.3.3 Nhiều ứng dụng
Căn cứ vào nhu cầu, công nghệ WDM có thể có rất nhiều ứng dụng như trong
mạng đường trục, mạng phân phối kiểu quảng bá, mạng cục bộ nhiều đường, nhiều địa
chỉ…, bởi thế nó rất quan trọng trong các ứng dụng mạng.
1.1.3.4 Giảm yêu cầu siêu cao tốc đối với linh kiện
Tốc độ truyền dẫn tăng lên khơng ngừng do vậy mà tốc độ xử lí tương ứng của
nhiều linh kiện quang điện tăng lên theo nhưng khơng đáp ứng được đủ. Sủ dụng cơng
nghệ WDM có thể giảm yêu cầu quá cao về tốc độ đối với linh kiện mà vẫn có thể đáp
ứng dung lượng lớn.

8


1.1.3.5 Kênh truyền dẫn IP
Ghép kênh bước sóng đối với khuôn dạng số liệu là trong suốt, tức là không hề
có quan hệ gì với tốc độ của tín hiệu và phương thức điều chế tín hiệu xét trên phương
diện điện. Ghép kênh bước sóng cũng là biện pháp mở rộng và phát triển mạng lí
tưởng, là cách thuận tiện để đưa vào dịch vụ băng rộng mới (ví dụ như IP…). Chỉ cần
dùng thêm một bước sóng là có thể tăng thêm một dịch vụ mới hoặc dung lượng mới
mong muốn .

1.2 Một số tham số kỹ thuật trong hệ thống WDM
Hệ thống WDM có một số tham số chính, đó là khoảng cách kênh, số kênh
ghép, suy hao xen, suy hao xuyên kênh, độ rộng kênh. Trong đó, ba tham số suy hao
xen, suy hao xuyên kênh, độ rộng kênh là ba tham số mơ tả đặc tính của bộ ghép/tách
kênh.

1.2.1 Suy hao xen
Suy hao xen được xác định là lượng công suất tổn hao sinh ra trong tuyến
truyền dẫn quang do tuyến có thêm các thiết bị tách/ghép kênh quang. Suy hao này
bao gồm suy hao do các điểm nối ghép thiết bị WDM với sợi và suy hao do bản thân
thiết bị ghép gây ra. Vì vậy, trong thực tế người thiết kế tuyến phải tính cho vài dB ở
mỗi đầu. Suy hao xen được diễn giải tương tự như suy hao đối với các bộ tách/ghép
hỗn hợp (MUX/DMUX) nhưng cần lưu ý trong WDM là xét cho một bước sóng đặc
trưng. Suy hao xen được xác định như sau:
- Đối với OMUX:
Li  10 lg

O ( i )
(dB)
I i ( i )

(1-1)

Li  10 lg

Oi (i )
(dB)
I ( i )

(1-2)

- Đối với ODMUX

Trong đó: I(i) và O(i) tương ứng là cơng suất các tín hiệu quang tại đầu vào
và đầu ra bộ ODMUX và bộ OMUX.
Ii(i) là cơng suất tín hiệu tại đầu vào thứ i củabộ ghép

Oi(i) là cơng suất tín hiệu tại đầu ra thứ i của bộ tách

9


Tham số suy hao xen luôn được các nhà chế tạo cho biết đối với từng kênh
quang của thiết bị.
1.2.2 Suy hao xuyên kênh
Khi thực hiện ghép các kênh quang có bước sóng khác nhau để truyền trên cùng
một sợi quang thì một phần tín hiệu của kênh này ghép sang vùng phổ của kênh khác.
Do đó khi tách kênh sẽ có sự rị cơng suất tín hiệu từ kênh thứ i có bước sóng thứ i có
bước sóng i sang các kênh có bước sóng khác với i.Ngày cả trong trường hợp ghép
kênh hoàn hảo,ở các bộ tách ghép thực tế ln có hiện tượng rị cơng suất tín hiệu từ
một kênh sang kênh khác.Hiện tượng này gọi là xuyên kênh .

1

M
U
X

N

1
O2()2U2()1

Oi()i Ui()k

I()1..I()2

DEM
UX

1
MUL
DEX

2

MUL
DEX

O1()1U1()2

2

Hình 1.4 Xuyên kênh trong hệ thống
Trong thực tế luôn tồn tại hiện tượng xuyên kênh và làm giảm chất lượng
truyền dẫn. Người ta đưa ra tham số suy hao xuyên kênh để đặc trưng cho khả năng
tách các kênh khác nhau và được tính bằng dB như sau:
- Đối với bộ tách kênh:
 n

  U i (k ) 
 (dB)
D(i )  10log  k 1,k i
 I (i ) 






(1_3)

Trong trường hợp lý tưởng, tại cửa ra thứ i chỉ có bước sóng i, nhưng do có
hiện tượng xuyên kênh, tại cửa ra thứ i có tín hiệu rị từ các kênh khác. Ui(k) và Pi (  j
) là cơng suất tín hiệu khơng mong muốn ở bước sóng k và j tại cửa ra thứ i. Trong
thiết bị ghép/tách kênh hỗn hợp, việc xác định suy hao xuyên kênh cũng được áp dụng
như bộ tách kênh. ở trường hợp này phải xem xét cả hai loại xuyên kênh, xuyên kênh

10


đầu gần và xuyên kênh đầu xa (hình 1.4). “Xuyên kênh đầu xa” là do các kênh khác
được ghép đi vào đường truyền gây ra. Ví dụ, Ui(k) là xuyên nhiễu do kênh quang có
bước sóng k tại đầu ra thứ i. “Xuyên kênh đầu gần” là do các kênh khác ở đầu vào
sinh ra. Ví dụ, Pi (  j ) là xuyên nhiễu do kênh Ij (  j ) gây ra trên kênh ra thứ i. Khi
đưa ra sản phẩm, các nhà chế tạo cũng phải cho biết suy hao kênh đỗi với từng kênh
của thiết bị.
1.2.3 Độ rộng kênh và khoảng cách kênh
Độ rộng kênh (i ) là dải bước sóng được định ra cho từng kênh quang. Độ
rộng kênh bằng tổng độ rộng phổ của nguồn và khoảng phịng vệ của kênh. Bước sóng
trung tâm của nguồn quang phải nằm giữa dải bước sóng này. Khoảng cách
Khoảng cách kênh

P

Độ rộng kênh

1

2

3



Hình 1.5 Khoảng cách kênh và độ rộng kênh
kênh là khoảng cách giữa hai bước sóng trung tâm của hai kênh quang kề nhau. Nếu
độ rộng kênh của các kênh quang bằng nhau thì độ rộng kênh chính bằng khoảng cách
kênh.
Khoảng cách tối thiểu giữa các kênh bị giới hạn bởi xuyên nhiễu giữa các kênh.
Khoảng cách giữa các kênh thường lớn hơn bốn lần tốc độ bit. Nếu nguồn phát quang
là các diode laser thì các độ rộng kênh yêu cầu khoảng nm để đảm bảo không bị xuyên
nhiễu giữa các kênh do sự bất ổn của các nguồn phát gây ra. Đối với nguồn phát quang
là các diode phát quang LED, yêu cầu độ rộng kênh phải lớn hơn 10 đến 20 lần, vì độ
rộng phổ của loại nguồn này rộng hơn.
1.2.4 Số lượng kênh
Trong hệ thống WDM, mỗi bước sóng được coi tương ứng với một kênh
quang. Số lượng kênh bằng số lượng các bước sóng được ghép lại để truyền trên cùng

11


một sợi quang đến đầu thu. Tham số này phụ thuộc vào độ rộng băng tần truyền dẫn
của sợi quang mà hệ thống sử dụng và độ rộng kênh.
Giả sử các kênh quang cần truyền trong hệ thống có độ rộng phổ bằng nhau và
bằng ’i(nm) tính ở mức 3 dB. Như trên đã nói, để tránh hiện tượng xuyên kênh cần
có một khoảng bảo vệ giữa chúng. Đặt khoảng bảo vệ này là ’’i(nm). Khi đó, độ
rộng kênh của một kênh quang là:

i = ’i + ’’i

(1-4)

Giả sử băng thông sử dụng cho hệ thống WDM là . Khi đó số lượng kênh tối
đa của hệ thống WDM là:
   


n


 i   ' i  ' ' i 

(1-5)

Trong các hệ thống điện, chất lượng bộ lọc rất tốt nên khoảng bảo vệ (’’i)
thường nhỏ hơn độ rộng phổ của kênh. Nhưng trong hệ thống quang, do hạn chế của
bộ lọc nên khoảng bảo vệ (’’i) yêu cầu rất lớn. ’’i thường được yêu cầu lớn gấp
bốn lần ’i. Theo khuyến nghị của ITU-T, độ rộng kênh khoảng 100GHz. Hiện nay
một số nước đã sản xuất được hệ thống thơng tin quang WDM có i = 50GHz mà
vẫn đảm bảo chất lượng.
Băng thông sử dụng cho hệ thống WDM () nằm trong vùng cửa sổ suy hao
thấp của sợi quang. Băng thơng này cũng được tính ở mức suy hao 3 dB. Trong thực tế
ta không thể sử dụng được tồn bộ dải băng này, có rất nhiều yếu tố hạn chế việc sử
dụng toàn bộ cửa sổ suy hao thấp. Ví dụ, khi trên tuyến có sử dụng bộ khuếch đại
quang. Bộ khuếch đại có dải khuếch đại nhỏ. Điều này giới hạn số lượng kênh truyền
trên sợi quang. Băng thông của EDFA thường là 3035nm, ngay cả khi sử dụng các
công nghệ làm phẳng phổ khuếch đại. Một số yếu tố khác cũng hạn chế số lượng kênh,
đó là độ ổn định và khả năng điều chỉnh của laser, sự suy giảm của tín hiệu trong quá

trình truyền dẫn gây ra bởi hiệu ứng phi tuyến, nhiễu xuyên kênh.
Trong các hệ thống WDM số lượng kênh càng lớn thì dung lượng truyền dẫn
càng tăng, nhưng hệ thống cũng trở nên phức tạp, yêu cầu chất lượng của các thành
phần trong hệ thống cao hơn và phải đặc biệt quan tâm đến hiện tượng xuyên kênh,
suy hao do thiết bị WDM gây ra. Đối với một dung lượng định trước, việc tăng số
lượng kênh sẽ làm giảm số sợi sử dụng hoặc tốc độ truyền dẫn nền. Đây là mối tương
quan cần quan tâm khi áp dụng xây dựng hoặc nâng cấp các tuyến truyền dẫn quang.

12


1.3 Ứng dụng WDM
Nói chung WDM đã được ứng dụng rất nhiều cho các tuyến truyền dẫn cáp sơi
quang đường dài trong lục địa, xuyên lục địa, các tuyến quang biển nội vùng cũng
như liên vùng, các tuyến quang xuyên châu lục… Nó được lựa chọn như một giải pháp
duy nhất mà cho hiệu quả cao cả về mặt kĩ thuật cũng như kinh tế.
Có thể kể ra rất nhiều tuyến truyền dẫn cáp sợi quang đã ứng dụng công nghệ
WDM trên thế giới (SEA-ME-WE 3, SAT, NPC…). Dưới đây là một số tuyến truyền
dẫn cáp sợi quang điển hình có sử dụng WDM trong khu vực Châu Á:
BIMPP-GUAM: Dự án tuyến thông tin quang này nhằm kết nối Brunei,
Indonesia, Malaysia, Philippines, quần đảo Palau và Guam (Hoa Kì). Tuyến truyền
dẫn này hoạt động như một mạng khu vực và có thể dự phịng cho các mạng lân cận
như mạng nội vùng Malaysia, mạng SEA-ME-WE 3 mở rộng. Để đáp ứng mục tiêu
này, người ta đã phân bổ một số bước sóng đảm bảo việc dự phịng và một số bước
sóng phục vụ các kết nối giữa các quốc gia trên tuyến. Trên hình 1.6 là sơ đồ tuyến
nối của BIMPP-GUAM .
Guam
(USA)
Malaysia

Philippin
e

Palau (Quần đảo Caroline)

Brunei
Indonesia

Hình 1.6 Tuyến thơng tin quang BIMPP-GUAM

SEA-ME-WE 3 và phần mở rộng: Tuyến thông tin quang này nối từ Châu âu
xuyên qua Địa Trung Hải tới Đơng Nam á (hình 1.7). Nó có 6 trạm đầu cuối trải dài
trên 38.000 km (với hơn 20.000 km biển), có 27 điểm xen rẽ (ADM) và hơn 40 điểm
cập bờ. Dung lương của tuyến này là 8 x 2,5 Gbps, sử dụng công nghệ WDM truyền
đồng thời 8 bước sóng (mỗi bước sóng mang dung lượng 2,5 Gbps) trên hai đôi sợi
quang. Phần mở rộng của SEA-ME-WE 3 triển khai tại Châu á nhằm kết nối hơn 10

13


quốc gia từ Singapore tới Nhật Bản và Hàn Quốc với các nhánh xen rẽ là Malaysia,
Brunei, Việt Nam, Hồng Kông, Ma Cao, Đài Loan, Trung Quốc và Philippines.

Phần mở rộng
SEA-ME-WE
3

Keoja
Thượng hải

Toucheng
Shantou

Ma
cao
Hồngcơng

SEA-ME-WE 3

Okinawa

Fengshan

Đà
nẵng

Batangas

Mersing

Singapore

Brunei

Hình 1.7 Tuyến thơng tin quang SEA-ME-WE 3 và phần mở rộng

ASIA-GUAM: Dự án này kết nối Trung Quốc, Hàn Quốc và Nhật Bản tới Guam (hình
1.8). Trong tuyến thông tin này mỗi quốc gia Trung Quốc, Hàn Quốc và Nhật Bản sử
dụng một bước sóng riêng với dung lượng 2,5 Gbps nhằm đảm bảo sự truy cập độc lập
tới Bắc Mĩ. Đồng thời, tuyến này có thể có thêm một số bước sóng phụ dự phịng cho

truyến thơng tin SEA-ME-WE 3.
Hàn Quốc
Nhật Bản
Trung Quốc

Guam (USA)
Hình 1.8 Tuyến thông tin quang ASIA-GUAM

14


NORTH PACIFIC CABLE 2 (NPC2): Dự án này kết nối Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung
Quốc và Liên bang Nga tới Bắc Mĩ (hình 1.9).

Tới Bắc Mĩ
Liên bang nga

Hàn Quốc

Nhật Bản

Trung Quốc
Hình 1.9 Tuyến thơng tin quang NPC2

15


Chương II: Các thành phần trong hệ thống WDM
Giới thiệu chung
Các thành phần trong hệ thống WDM cần phải được chuẩn hóa. Thơng thường

các kênh khác nhau (bước sóng khác nhau) trong hệ thống WDM phải được truyền dẫn
như nhau trong tồn tuyến quang. Điều này có nghĩa là các thành phần trong mạng
quang (nguồn quang, bộ ghép, bộ tách, bộ khuếch đại và bản thân sợi quang) phải có
tính năng mong muốn, đạt chất lượng và đáp ứng yêu cầu của hệ thống. Các tham số
của thiết bị như suy hao xen, suy hao trở về, tán sắc, phân cực phải được đo trên tồn
dải băng thơng của hệ thống WDM. Các thành phần quang có thể được đo kiểm tốt tại
nhà máy, nhưng khi lắp đặt vào hệ thống, các tính năng của nó lại bị suy giảm đi, hoặc
các tính năng của các thành phần khác nhau tác động qua lại ảnh hưởng lẫn nhau. Kết
quả là chất lượng của hệ thống không đảm bảo ngay cả khi các thành phần riêng lẻ của
hệ thống hoạt động tốt. Như vậy các thành phần thiết bị phải tương thích với nhau và
được lựa chọn cẩn thận khi đưa vào lắp đặt hệ thống. Phần sau đây sẽ trình bày các
thành phần cơ bản của hệ thống thông tin quang WDM.

2.1 Bộ phát quang
Trước đây các bộ phát quang bao gồm thiết bị điện và thiết bị quang riêng biệt,
nhưng hiện nay bộ phát quang được hình thành từ việc tích hợp các mạch tích hợp và
laser diode.Việc bổ xung thêm các vi mạch tích hợp mật độ cao cho phép bộ phát
quang đáp ứng được các yêu cầu về điều chế tốc độ cao và cải thiện được độ tin cậy
của thiết bị. Khi nhìn từ quan điểm thiết kế hệ thống người ta thường coi chúng như
một hộp đen có chức năng chuyển đổi điện sang quang. Hiện tại có hai loại nguồn
quang dang được ứng dụng rộng rãi là laser phân bố hồi tiếp DFB (Distributed
Feedback Laser) và laser phân bố phản xạ Bragg DBR (Distributed Bragg Reflector
Laser). Ngoài ra laser sợi quang pha tạp chất hiếm cũng đang được nghiên cứu, các
nguồn quang này có ưu điểm là phổ hẹp và độ ổn định tần số cao. Bộ phát quang có
nguồn phát quang phổ hẹp có ý nghĩa rất lớn, đặc biệt trong hệ thống ghép kênh quang
WDM.
2.1.1 Yêu cầu đối với nguồn quang trong WDM
- Độ chính xác của bước sóng phát: Đây là yêu cầu kiên quyết cho một hệ
thống WDM hoạt động tốt. Nói chung, bước sóng đầu ra ln bị dao động do các yếu
tố khác nhau như nhiệt độ, dòng định thiên, độ già hố linh kiện... Ngồi ra, để tránh

16


xuyên nhiễu cũng như tạo điều kiện cho phía thu dễ dàng tách đúng bước sóng thì nhất
thiết độ ổn định tần số phía phát phải thật cao.
- Độ rộng đường phổ hẹp: Độ rộng đường phổ được định nghĩa là độ rộng phổ
của nguồn quang tính cho bước cắt 3 dB. Để có thể tăng nhiều kênh trên một dải tần
cho trước, cộng với yêu cầu khoảng cách các kênh nhỏ cho nên độ rộng đường phổ
càng hẹp càng tốt, nếu không, xuyên nhiễu kênh lân cận (ICI) xảy ra khiến lỗi bít tăng
cao, hệ thống khơng đảm bảo chất lượng. Muốn đạt được điều này thì nguồn phát laser
phải là nguồn đơn mode (như các loại laser hồi tiếp phân bố, laser hai khoang cộng
hưởng, laser phản hồi phân bố).
- Dòng ngưỡng thấp: Đối với laser , phát xạ kích thích khơng thể bắt đầu cho
đến khi dịng định thiên cao hơn giá trị dịng ngưỡng Ith, cơng suất đầu ra tỉ lệ với (I Ith) với I là dịng định thiên. Do đó, dịng ngưỡng thấp hơn cho phép dòng định thiên
nhỏ hơn đối với cùng một công suất đầu ra. Nhưng quan trọng hơn là nếu dịng
ngưỡng thấp sẽ đảm bảo cơng suất nền thấp. Điều này làm giảm bớt vấn đề lãng phí
cơng suất trong việc kích thích laser cũng như giảm bớt được cơng suất nền không
mang tin và tránh cho máy thu chịu ảnh hưởng của nhiễu nền (phát sinh do có cơng
suất nền lớn). Nếu công suất nền gửi trên đường truyền q lớn sẽ khơng có lợi cho hệ
thống, vì như đã biết công suất quang truyền dẫn trên sợi (tổng cơng suất của các bước
sóng ghép) càng lớn thì ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến càng lớn, sẽ ảnh hưởng xấu
tới chất lượng hệ thống.
- Khả năng điều chỉnh được bước sóng: Để tận dụng tồn bộ băng tần sợi
quang, nguồn quang phải có thể phát trên cả dải 100 nm. Hơn nữa, với hệ thống lựa
kênh động càng cần khả năng có thể điều chỉnh được bước sóng.
- Tính tuyến tính: Đối với truyền thơng quang, sự khơng tuyến tính của nguồn
quang sẽ dẫn việc phát sinh các sóng hài cao hơn, tạo ra các xuyên nhiễu giữa các
kênh.
- Nhiễu thấp: Có rất nhiều loại nhiễu laser bao gồm: nhiễu cạnh tranh mode,

nhiễu pha, nhiễu MPN... Nhiễu thấp rất quan trọng để đạt được mức BER thấp trong
truyền thông số, đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt.
Trên cơ sở các yêu cầu nói trên, người ta tiến hành nghiên cứu, triển khai thực
nghiệm và đưa vào ứng dụng các loại nguồn quang mà có thể đáp ứng được phần nào
hoặc tồn bộ các u cấu khắt khe đó. Các loại nguồn quang đó được trình bày chi tiết
trong phần (2.1.2), (2.1.3) dưới đây.

17


2.1.2 Nguyên lí Bragg
Phản xạ Bragg là ở trên mặt tiếp giáp của 2 loại phương tiện có phản xạ mang
tính chu kỳ, khi được chiếu quang sẽ xuất hiện phản xạ chu kỳ, phản xạ này gọi là
phản xạ Bragg. Bản thân mặt giao nhau có hình dạng khác nhau: hình sin hoặc khơng
sin (như hình vng góc, hình tam giác...).
1”

B

1’
1

B
2


A


A

a

a

Hình 2.1 Ngun lí phản xạ Bragg
Trong hình, ta thấy:
A+B=m  u
Trong đó

(2.1)

m là số nguyên chẵn
A là chu kì cách tử
 u =  / n là bước sóng trong chất mơi giới
 là bước sóng quang trong khơng khí

n là hệ số khúc xạ tương đương.

Biến đổi một chút ta có thể được:
A(1+sin)= m  u

(2.2)

Cơng thức (2.2) gọi là điều kiện phản xạ Bragg. ý nghĩa vật lý của công thức là: Đối
với A và  nhất định, khi có một  u tương ứng thì sóng quang có bước sóng  u sẽ can
thiệp cùng với sóng quang phản xạ .
Dựa vào ngun lí này mà người ta đã chế tạo ra các loại laser có thể cho mode dọc
đơn duy nhất. Đó là laser DFB và DBR.
2.1.3 LASER hồi tiếp phân bố (DFB)

a) Kết cấu: Laser DFB không phải dựa vào khoang F-P để dao động kích quang
mà dựa vào lưới quang phân bố khoảng cách theo chiều dọc đều nhau, hình thành phối

18


ghép quang. Chu kỳ A của lưới quang gọi là cự ly lưới. Kết cấu chu kì này nằm ln
trong hốc cộng hưởngLaser. Hình 2.2 thể hiện mặt cắt dọc của laser này.

Hình 2.2: Mặt cắt dọc của Laser DBF
b) Ngun lí: Khi có dịng điện vào laser, trong khu có nguồn phức hợp điện tửlỗ trống bức xạ ra năng lượng tương ứng với quang tử. Những quang tử này bị một sợi
lưới quang ở bề mặt lớp có nguồn phản xạ, giống như hình 2.1, chỉ khác là trong sự
phân bố phản hồi Bragg của laser DFB có  = /2, cơng thức (2.2) biến thành:
A=

m n
2

(2.3)

Tín hiệu quang có bước sóng thoả mãn cơng thức trên mới được phản xạ mạnh
và được khuếch đại đủ lớn, các bước sóng khác khơng thoả mãn cơng thức trên thì sẽ
bị dập và không phát xạ. Công thức (2.1) gọi là điều kiện phân bố phản hồi. Thông
thường m = 1, khi đó n = 2A được gọi là bước sóng Bragg. Với loại LASER này, các
mode bên bị triệt khoảng 30 – 40 dB so với mode chính.
c) Đặc điểm: DFB so sánh với LASER F-P có 2 ưu điểm sau đây:
- Dao động đơn mode dọc dải hẹp: Do chu kỳ cách từ(A) trong bộ phát quang
DBF rất nhỏ,nên hình thành khoang cộng hưởng kiểu nhỏ, đối với bước sóng có tính
lựa chon tốt làm cho giới hạn tăng ích của mode chính và mode biên tương đối lớn, từ
đó được dải phổ nguồn quang rất hẹp so với laser F-P.

- Tính ổn định của bước sóng tốt: Vì lưới quang trong laser DFB có giúp cho
o

việc chốt trên bước sóng cho trước, trơi nhiệt của 0,8  /  C , tốt hơn nhiều so với
LASER khoang F-P.

19


2.1.4 LASER phân bố phản xạ Bragg (DBR)
a) Kết cấu: Kết cấu laser phân bố phản xạ Bragg (DBR- Distributed Bragg
Reflection) và kết cấu của laser DFB căn bản khác nhau (xem hình 2.3). Chỗ khác
nhau là nó có kết cấu lưới phản xạ nằm ngoài hốc cộng hưởng. Với sự khác biệt này,
phần điều khiển hốc cộng hưởng LASER và phần điều khiển tần số theo nguyên lí
Bragg là hồn tồn độc lập.
Điều khiển hốc
cộng hưởng

Vùng hoạt tính

Điều khiển
tần số

Phần phản xạ
Bragg

Hướng dọc
Hình2..3. Kết cấu LASER DBR

b) Ngun lí: Nguyên lý làm việc của laser DBR cũng dựa vào ngun lý phản

xạ Bragg và thoả mãn chính xác cơng thức (2.3), đặc điểm cũng cơ bản giống laser
DFB. chỉ có một số điểm khác biệt nhỏ cần lưu ý, đó là: (i)vật liệu chế tạo của laser
DBR là khó khăn hơn laser DFB vì nó khơng nhất thiết địi hỏi sự ghép công suất giữa
các vùng thụ động và vùng tích cực; (ii) đặc tính phụ thuộc nhiệt độ thì khác nhau, khi
nhiệt độ tăng thì trong lasser DBR có sự chuyển đổi từ mode này qua mode khác cịn
với laser DFB thì thể hiện đặc tính ổn định nhiệt độ trong một dải rộng .

2.2 Bộ tách quang và bộ ghép quang
Tín hiệu tại đầu ra mỗi bộ phát ở một bước sóng riêng, những tia sáng này được
ghép lại và truyền vào sợi quang. Thiết bị thực hiện chức năng này gọi là bộ ghép
(Multiplexer hay MUX). Ngược lại, phía thu có một thiết bị thực hiện tách tín hiệu
quang thu được thành các kênh quang có bước sóng khác nhau để đưa đến mỗi bộ thu
quang riêng biệt. Thiết bị này gọi là bộ tách quang (DeMultiplexer hay DMUX). Đây
là các thành phần cốt yếu của hệ thống thông tin quang WDM và được chia thành 2
nhóm lớn.Nhóm dựa trên nguyên lý giao thoa và nhóm dựa trên nguyên lý tán sắc
góc.Về mặt nguyên lý bất kỳ bộ ghép bước sóng nào cũng có thể làm bộ tánh bước
sóng và ngược lại.
Bộ tách quang và bộ ghép quang được cấu tạo từ bộ lọc quang và coupler
quang. Các bộ lọc hiện nay hay được sử dụng gồm bộ lọc cộng hưởng Fabry-Perot, bộ

20


lọc giao thoa kế Mach-Zender, bộ lọc cách tử Bragg... Nguyên lý và đặc tính của các
bộ lọc này sẽ được trình bày ở các phần dưới đây.
2.2.1 Bộ lọc Mach-Zender
2.2.1.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bộ lọc Mach-Zender
Bộ lọc Mach-Zender làm việc dựa trên sự giao thoa của hai tia sáng xuất phát từ
cùng một nguồn và đi theo hai đường khác nhau. Hình 2.4 là cấu trúc của bộ lọc
Mach-Zender. Bộ lọc được cấu tạo từ 2 coupler 3dB 2x2 và hai nhánh ống dẫn sóng.

Nhánh trên có lắp thêm bộ quay pha 90o và bộ trễ. Cấu trúc này tạo ra khả năng điều
chỉnh bước sóng cuả bộ lọc.


2

1
2

Trễ
l/v

Coupler
3dB
2x2
[P]

3
Coupler
3dB
2x2

[D]

4

[Q]

Hình 2.4 Cấu trúc bộ lọc Mach-Zender
Nguyên lí hoạt động của bộ lọc như sau. Tín hiệu WDM được đưa vào cổng 1

của bộ lọc. Khi qua coupler 3dB thứ nhất, ánh sáng được tách ra thành hai luồng đi
vào hai nhánh khác nhau của thiết bị. Sau đó, chúng được kết hợp lại tại coupler 3dB
thứ hai. Tín hiệu WDM gồm nhiều bước sóng khác nhau. Khi đi qua bộ trễ, mỗi bước
sóng có một độ trễ riêng. Kết quả là tại coupler 3dB thứ hai, hai tín hiệu đi theo hai
nhánh khác nhau có độ lệch pha là một hàm phụ thuộc vào bước sóng. Tại bước sóng
có độ lệch pha này bằng 0 sẽ có cơng suất ra lớn nhất. Các bước sóng khác có độ lệch
pha khác 0 cho cơng suất đầu ra nhỏ.
Trong thực tế thiết bị lọc quang Mach-Zender thường được chế tạo từ sợi quang
hoặc dựa trên công nghệ tích hợp quang sợi. Hình 2.5 chỉ ra một bộ lọc quang MachZender đựơc chế tạo dựa trên công nghệ tích hợp sợi quang. Bộ lọc quang được tạo
thành từ hai coupler quang 3dB và hai ống dẫn sóng quang. Tất cả được tích hợp trên
nền Silic. Q trình tích hợp ống dẫn sóng SiO2 trên nền Silic sẽ được miêu tả chi tiết
ở phần sau.

21


Bộ nung nóng

A
L/2

Coupler
3dB

Bộ nung nóng
Lõi sợi quang

Nền Si

A’

Nền Si

Hình 2.5 Cấu tạo bộ lọc Mach-Zender được sản xuất theo công nghệ
tích hợp quang
2.2.1.2 Một số đặc tính của bộ lọc quang Mach-Zender
Bộ lọc quang Mach-Zender gồm 3 thành phần mắc nối tiếp nhau là coupler 3dB
đầu vào 2 nhánh ống dẫn sóng và coupler 3dB đầu ra. Gọi [P], [D], [Q] lần lượt là ma
trận truyền tương ứng với 3 thành phần trên. Như vậy ma trận truyền đạt của bộ lọc là:
H 31 ( f ) H 32 ( f )
=[P][D][Q] =
H 41 ( f ) H 42 ( f )
1 1  j e j 2 f 
=
0
2 j 1

=

1 j (e j 2 f   1)
2 j e j 2 f   1

0 1 1 j
=
1 2 j 1

e j 2 f   1
j (e j 2 f   1)

(2-4)

Trong đó  là thời gian trễ do bộ tạo trễ gây ra:


L L.n Leff


v
c
c

(2-5)

Trong nhiều ứng dụng, bộ lọc Mach-Zender chỉ sử dụng một đầu vào, ví dụ đầu vào 1.
Khi đó hàm truyền đạt vector trường điện từ của bộ lọc là:
H 31 ( f ) 1 j (e j 2 f   1)

H 41 ( f ) 2 j e j 2 f   1

(2-6)

Hàm truyền đạt công suất của bộ lọc:

22


2

H 31 ( f )
P31 ( f )

sin 2 ( f  )


2
P41 ( f )
cos 2 ( f  )
H 41 ( f )

(2-7)

Như vậy hàm truyền đạt công suất từ cổng 1 đến cổng 4 và 3 là :
T41(f) = P41(f)= cos2(  f )=cos2(  f
T31(f)= P31(f) = sin2(  f  ) = sin2(  f

Leff
c
Leff
c

)

(2-8)

)

(2-9)

Bộ lọc quang Mach-Zender có hàm truyền đạt tuần hồn, dải phổ tự do FSR thoả mãn:
Leff

 .FSR.
FSR 

c



c
c

Leff L.n

Khi tín hiệu quang đến gồm hai kênh quang có tần số là f1, f2, để mỗi đầu ra 3 hoặc 4
chỉ có tín hiệu của một kênh quang thì f1, f2 phải thoả mãn:
 f1

 f2

Leff
c
Leff
c

 k
 (2k  1)

Do đó:  ( f1  f 2 )

Leff
c




2


2

Khoảng cách giữa 2 tần số bộ lọc ra được xác định bởi:
f 

FSR
c

2
2.L.n

(2-10)

Trong thực tế, hệ thống WDM gồm nhiều hơn hai kênh quang. Người ta
mắc nối tầng nhiều bộ lọc Mach-Zender 2x2 để tạo ra bộ lọc mong muốn.

23


0 1

2 3

4

5

6

f

7

8

9 10 11 12 13 14
f

(A)

m=1
f
m=2
f
m=3
f
m=M=4
f
(B)

f

(C)

Hình 2.6 Chuỗi Mach-Zender (M=4)

Trường hợp cần tách 1 kênh quang từ chùm sáng N kênh (N=2M) thì mắc M bộ
lọc Mach-Zender 2x2 nối tiếp. Giả sử hàm truyền đạt của bộ lọc Mach-Zender thứ m
(m=1  M) là:
Tm(f) = cos2(  f

Leff ,m
c

) = cos2(  f  m )

Trong đó L eff ,m là độ chênh lệch về chiều dài quang học giữa 2 nhánh của bộ lọc
Mach-Zender thứ m và Lm thoả mãn:
Lm 

v
1
hay  m  m
2 .f
2 .f
m

(2-11)

Trong đó: f là khoảng cách giữa các kênh của hệ thống.
Hàm truyền đạt của bộ lọc chung là:

24

M

T(f) =



M

Tm(f) =  cos2 ( f  m )

(2-12)

m 1

m1

áp dụng cơng thức:
cos(x) =sin(2x)/2sin(x)
Ta có:
 sin( f / f ) 
T(f) = 

 N sin( f / N f ) 

2

(2-13)

Từ cơng thức (2.13), T(f) là hàm tuần hồn với chu kì là N f . Do đó, dải phổ

tự do của bộ lọc là:
FSR = N f

(2-14)

Hình 2.6 là trường hợp riêng M=4 và cần tách một kênh quang từ luồng tín hiệu
WDM 16 kênh. Từ hình vẽ cho ta thấy, khi qua tầng lọc thứ nhất các kênh
0,2,4,6,8,10,12,14 được cho qua. Khi qua tầng lọc thứ hai các kênh 0,4,8,12 được cho
qua. Khi qua tầng lọc thứ ba các kênh 0 và 8 được cho qua. Và khi qua tầng lọc thứ 4
chỉ có duy nhất kênh 0 được cho qua. Hàm truyền đạt công suất của hệ thống được
biểu diễn như hình 2.6C.
Hình 2.7 là đồ thị hàm truyền công suất của thiết bị lọc gồm nhiều bộ lọc MachZender được nối tầng trong trường hợp M=2, 3, 4.

Hình 2.7 Đồ thị hàm truyền cơng suất của thiết bị lọc gồm nhiều
bộ lọc Mach-Zender mắc nối tầng

25