hệ thống thông tin quang và phương pháp ghép kênh quang wdm

Nguồn phát quang Nguồn phát quang Mạch điều khiển Mạch điều khiển Tín hiệu điện vào Bộ phát quang S ợ i d ẫ n q u a n g Bộ chia quang Các thiết bị khác Thu quang Phát quang Trạm lặp Khuếch đại quang Đầu thu quang Đầu thu quang Khôi phục tín hiệu Khôi phục tín hiệu Khuếch đại Bộ thu quang Mạch điện Tín hiệu điện ra Mối hàn sợi Bộ nối quang đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM 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 thuận 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 tr- ờng truyền dẫn khác, đó là: Suy hao truyền dẫn nhỏ 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 Chính bởi các lý do trên mà hệ thống thông 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: Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT 1 đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM 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 Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT 2 đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM 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): Hình 1.2. Độ rộng phổ nguồn quang và dải thông của sợi quang. Một ý tởng hoàn toàn có lý khi cho rằng có thể truyền dẫn đồng thời nhiều 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. Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT 3 O,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3O,7 1,4 1,5 1,6 (àm) Suy hao sợi (dB/km) 0 1 2 3 4 5 6 Single mode Multi mode Phổ một nguồn sáng đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM II. nguyên lý ghép kênh quang theo bớc sóng WDM và các tham số cơ bản: 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 b- ớc 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: 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 b- ớc 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. Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT 4 Máy phát quang Máy phát quang Máy thu quang Máy thu quang Bộ ghép kênh Bộ tách kênh Bộ khuếch đại sợi quang Bộ khuếch đại sợi quang Bộ tách kênh Bộ ghép kênh Máy thu quang Máy thu quang Máy phát quang Máy phát quang 1 n n 1 1 n 1 n O O 1 n 1 n 1 , 2 n 1 , 2 n Hình 1.3. Sơ đồ truyền dẫn hai chiều trên hai sợi quang. đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM 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 t- ơng 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). 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 Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT 5 Máy phát quang Bộ khuếch đại sợi quang Bộ ghép/ tách kênh 1 , 2 n 1 Máy phát quang Máy thu quang Máy thu quang Máy thu quang Máy thu quang Máy phát quang Máy phát quang Bộ tách/ ghép kênh n 1 n 1 n 1 n O O n+1 , n+2 2n 1 n n+1 2n OO đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM 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. Ng- ời 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. Hình 1.5. Mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp (MUX-DEMUX). 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 I k ( 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 O i ( 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: L i(MUX) = -10log ( ) ( ) ii i I O (1.1) Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT 6 Các tín hiệu đợc ghép Các tín hiệu đợc tách I k ( k ) I i ( i ) O( k ) I( i ) Sợi dẫn quang đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM L i(DEMUX) = -10log ( ) ( ) i ii I O (1.2) Với L i 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. Hình 1.6. Xuyên kênh ở bộ tách kênh (a) 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: D i ( k ) = -10log [U i ( 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 U i ( k ). Xuyên kênh đầu gần là do các kênh khác ở đầu vào sinh ra, nó đợc ghép ở bên trong thiết bị, nh U i ( 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. Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT 7 DEMUX I( 1 ) I( k ) O i ( i ) + U i ( k ) Sợi quang I( 1 ) I( k ) Sợi quang O( j ) I j ( j ) O i ( i ) + U i ( k ) + U i ( j ) a) b) j k ®å ¸n tèt nghiÖp c«ng nghÖ ghÐp kªnh quang WDM Ch¬ng 2 C¸c thiÕt bÞ quang thô ®éng trong WDM Sinh viªn: Phïng V¨n L¬ng - Líp D97 VT 8 đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang 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 ng- ỡng 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: 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. Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT 9 Thiết bị WDM Tích cựcThụ động Thiết bị vi quang Ghép sợi Tán sắc góc Thiết bị có bộ lọc Tán sắc vật liệu Cách tử Thiết bị quang tổ hợp Các thiết bị khác Các nguồn phát quang và các bộ tách sóng quang nhiều b ớc sóng Phi tuyến Giao thoa Phân cực đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM 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. 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. Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT 10 Bộ lọc 1 , 2 , , n 2 , , n 1 Chiết suất cao Chiết suất thấp Lớp phân cách trong suốt [...]... giải pháp tốt nhất cho các sản phẩm WDM mật độ kênh cao Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT 32 đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM Chơng 2 những vấn đề kỹ thuật cần quan tâm đối với hệ thống thông tin quang WDM Bất cứ một công nghệ nào cũng tồn tại những giới hạn và những vấn đề kỹ thuật Khi triển khai công nghệ WDM vào mạng thông tin quang, cần phải lu ý một số vấn đề sau: Số kênh đợc... Số kênh đợc sử dụng và khoảng cách giữa các kênh Một trong các yếu tố quan trọng cần phải xem xét là hệ thống sẽ sử dụng bao nhiêu kênh và số kênh cực đại có thể sử dụng là bao nhiêu Số kênh cực đại của hệ thống phụ thuộc vào: a) khả năng công nghệ hiện có đối với các thành phần quang của hệ thống, cụ thể là: Băng tần của sợi quang Khả năng tách /ghép của các thiết bị WDM b) khoảng cách giữa các kênh, ... grating vi quang 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 III.1.1 Nguyên lý chung: Chức năng ghép hoặc ghép bớc sóng của một hệ thống quang hai hoặc ba chiều, thờng tạo nên quan hệ giữa sợi quang truyền dẫn và một tập sợi quang đầu vào hoặc đầu ra Thí dụ trong coupler Y, sợi quang truyền dẫn đợc phản ảnh đến hai sợi quang. .. bớc sóng III.1.2 Bộ ghép nhân kênh dùng cách tử: Hình 2.28 là bộ ghép dùng cách tử nhiễu xạ phẳng (R), thấu kính hội tụ (O) và dãy sợi đơn mode đặt trên mặt phẳng tiêu F N P j j i i Sợi quang đầu ra Sợi quang đầu vào O R 1 F Hình 2.28 Bộ ghép kênh nhiều sợi dùng cách tử theo phơng pháp SOFT Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT 26 đồ án tốt nghiệp công nghệ ghép kênh quang WDM Sợi quang đợc đánh số... nghệ ghép kênh quang WDM 4 Đi vào sợi P-2n-1 và lặp lại cách nh trên 5 Tiếp tục cho đến hết a) Bộ tách kênh 2 bớc sóng nhân 3 Cho P = 9, n = 2 Tìm mối liên hệ giữa các sợi đầu vào và đầu ra Trớc hết vẽ ma trận 9x9 nh hình vẽ sau: 1 Các sợi đầu ra 3 4 5 6 7 2 9 1 8 2 Các sợi đầu vào 3 4 5 6 7 8 Hình 2.30 Ma trận9xác định mối liên hệ của các sợi vào và sợi ra khi P=9,n=2 Các bớc tính toán: 1 Vào... àm và 0,89 àm 1,2 àm và 1,3 àm SWPF BPF 1,2 àm 1,3 àm Khối thuỷ tinh 1,2 àm BPF 1,3 àm Hình 2.10 Thiết bị MUX-DEMUX 4 bớc sóng Trong đó: Sinh viên: Phùng Văn Lơng - Lớp D97 VT 14 đồ án tốt nghiệp BPF công nghệ ghép kênh quang WDM - 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. .. phải có các nguồn phát quang rất ổn định và các bộ thu quang có độ chọn lọc bớc sóng cao, bất kỳ sự dịch tần nào của nguồn phát cũng có thể làm giãn phổ sang kênh lân cận Tần số trung tâm danh định là tần số tơng ứng với mỗi kênh quang trong hệ thống ghép kênh quang Để đảm bảo tính tơng thích giữa các hệ thóng thống WDM khác nhau, cần phải chuẩn hoá tần số trung tâm của các kênh, ITU-T đa ra quy định... có hệ số hội tụ và truyền đạt bằng 1; vì vậy, hiệu suất ghép khá cao, đặc biệt nếu sử dụng gơng parabol thì quang sai rất nhỏ, gần bằng 0 Số lợng các kênh có thể ghép trong thiết bị phụ thuộc nhiều vào phổ của nguồn quang: từ năm 1993, đã có thể ghép đợc 6 kênh (đối với nguốn LED), 22 kênh (đối với nguồn Laser); nếu sử dụng kỹ thuật cắt phổ của nguồn phát LED để nâng cao số kênh ghép thì có thể ghép. .. nghệ ghép kênh quang WDM III.2 AWG và những nét mới về công nghệ trong thiết bị WDM Nhìn lại suốt quá trình phát triển của WDM, ta thấy những tiến bộ vợt bậc về mặt công nghệ trong việc nghiên cứu chế tạo thiết bị WDM Mới đầu chỉ là các thiết bị tách /ghép kênh sử dụng lăng kính hoặc cách tử đơn giản với số kênh cho phép là bốn Đến nay, các sản phẩm thơng mại của một số hãng chào mời với số kênh bớc... của ghép đơn mode theo phơng pháp mài bóng so với phơng pháp ghép nóng chảy là có thể điều hởng đợc bằng cách dịch chuyển vị trí tơng đối của hai sợi với nhau Ghép theo phơng pháp nóng chảy thì giá thành hạ Có thể kết hợp cả hai phơng pháp để đạt đợc hiệu quả tối u Các thiết bị WDM ghép sợi phù hợp với các bộ ghép kênh đơn, suy hao phổ biến ở mức 4 đến 6 dB Đối với bộ tách kênh, yêu cầu xuyên kênh . công nghệ ghép kênh quang WDM 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. nghệ ghép kênh quang WDM II. nguyên lý ghép kênh quang theo bớc sóng WDM và các tham số cơ bản: II.1. Giới thiệu nguyên lý ghép kênh quang theo bớc sóng: Đặc điểm nổi bật của hệ thống ghép kênh. 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