Ánh sáng
ng tính sóng h t Tính ch t sóng c c quan sát th y qua các hi ng giao thoa, tán s c Ánh sáng có b n ch n t Các mode n t là t p các nghi m c t h t c c th hi n qua kh n, tác d ng hoá Ánh sáng bao g m các photon ion nh b ng hf
ng s Plank còn f là t n s c a ánh sáng
3.1.2 Tương tác của ánh sáng và môi trường
Ph n khúc x ng l i b tán s c, b ng h p th và b tán x m t ph n v m i phía
Theo Lorentx ta tha nh n nh ng gi thi
- Phân t c a m i ch c t o thành t ion và electron Electron có khi
- Bên trong v t d n, electron chuy ng hoàn toàn t do Chuy ng có
ng c a electron trong v t d i ng c ng t o nên
- n môi, electron không th chuy ng t liên k t c nh v ion, mà có th d ch chuy n m i i tác d ng c a nh ng l c bên ngoài Ion n tích âm ho d ch chuy i tác d ng c ion có kh ng l electron nhi u nên di chuy n ch ng bi i nhanh ca sóng ánh sáng trong mi n th c, ion h p d ch chuy n
Ch khi nào kh o sát trong mi n h ng ngo i ta m i c n k n ng c a ion
Nhng electron có kh ng b c v i t n s cn t trong vùng quang hc gi là electron quang h c Chúng là các electron l p ngoài Các electron n m trong l p sâu, g n h t nhân nguyên t , liên h cht ch v i h t nhân Chúng ch có th ng v khi t n s n m vào vùng Rontgen
L c c ng bn t ng tác d ng lên electron c gi là lc Lorentx và b ng : eE f 1 (3.1)
Mt khác electron v n ch u m t lc chui, ràng buc nó v i h t nhân r m kr f 2 1 2 (3.2)
ng s nh t n s ng riêng c a electron theo h thc:1 k / m l ch c a electron ra kh i v trí cân b ng H ng s k ph thun tích h t nhân nguyên t , ho c c u trúc phân t nên 1 là hoàn
, phân t electron ng tr ng c ng, b c x n t th c ng c va chm v i các phân t xung quanh, truy ng cho chúng S b o tng vì phát sóng và vì va chi tác d ng c a mt lc hãm
3 gr , f (3.3) g là gia t c c electron a ng, k t qu ng ca electron có d ng: eE r g r m r m 1 2 (3.4)
3.1.3 Quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang
V n t c truy n ánh sáng trong s i quang nh n t c truy n ánh sáng trong chân không Ký hi u là v n t c truy n ánh sáng trong chân không, n là chit su t c a lõi s n t c truy n ánh sáng trong s c tính theo công th c ( 3.6)
, (3.6) Ánh sáng khi truy n d c theo s i s b suy hao Ký hi u [1/m] là h s suy hao c a s quang, i là công suu vào s i quang, công su u ra s i quang có chic tính theo công th c:
Công su là dBm thay cho Watt Quan h gi c biu th trong công th c (3.9):
Tán s c là hi ng dãn r ng xung ánh sáng khi truy n trong s i quang Tán sc có nhi u lo c mode, tán sc màu và tán s c mode phân cc. Tán sc mode ch x y ra trong smode Do các mode có t lan truy n khác nhau nên th i gian truyn các mode là khác nhau, gây ra tán sc mode c n v c c3.10 8 m/s
Tán sc phân chia thành tán s c v t li u và tán s c ng d n sóng Tán s c v t li u x y ra do s ph thuc c a chi t su c sóng Tán sc ng d n sóng x y ra do ánh sáng truy n trong s i không ph c, h ng s lan truy n là hàm c c sóng Các thành phc sóng khác nhau có vn t c nhóm khác nhau gây ra tán s c ng d n sóng Tán s c màu có ng r t l n
n h th ng thông tin quang Tán s ng c a các hi u ng phi tuy n trong s i quang d n gi i h n v kho ng cách truy n d n trong h thng thông tin quang
Lo i s i quang ph bi n nh t trên th gi i hi n nay là s mode tiêu chun (theo khuyn ngh G.652 c a ITU- T) SMF-28 có h s tán s c:
s tán s c, c sóng, d c tán s c không, c sóng tán s c không (ZDW) Tán s c c a lo i s i này
Hệ số tán sắc [ps/(nm.km)]
Khi m t tín hi u truy n dc theo s i quang, công su t tín hi u b gi m d n do suy hao Tuy nhiên, trong th c t có th gi s r ng công su t là h ng s trên m t chiu dài hi u d ng b i vì h u h t các hi u ng phi tuy u x y ra u ca su dài hi u d ng c a sc th hi n trên Hình
hình 3.2 (a) công su t b suy hao khi truy n d c theo toàn b s i có chi u dài L, hình 3.2 (b) công su i trên mt chiu dài s i:
T t c các hi u ng phi tuy n trong s u ph thu ánh sáng truy n d c theo s i Tuy nhiên trong th c t u th c hi công suu ra s i quang Công su i s i quang chính là tích phân c a phân b ánh sáng trên di n tích m t c t c a s i quang N u g i là di n tích m t c t c a s quang, i là công suc u ra c a s i quang Gi thiI phân b u trên di n tích m t c t ca si Ta có:
Tuy nhiên trong smode ánh sáng không phân b u trên toàn b di n tích m t c t c a s ánh sáng s n t l p ti p giáp gia lõi và v t i trc ca si M thuc vào chi t su t ca si
ng h p này, tham s di n tích hi u d ng
Vi ng c mode a n t i kho ng cách r so v i trc c a s i v i s i chi t su t b c din tích hi u d ng có th c tính theo công th c:
Tính
Trong nguyên t n t mang n tích âm và h n
ng vào v t li n t và các h t nhân b d ch chuy n v c nhau Lng làm cho các nguyên t b phân c c, ký hi u là P, ph thung và b n ch t c a v t li u
là h ng s n môi trong chân không n c m c p j
n c m tuy n tính t l n trong P, nh ng ng do
i c bi u hi n qua h s chi t su t n, h s suy hao n c m c p hai là nguyên nhân gây ra các hi u p hai Tuy nhiên vi các phân t có c i x , gng 0 nên có th b qua
n c m , r t nh so v i Vì v y ch có là nguyên nhân ch y u gây ra các hi u ng phi tuy n.
Các hi u ng phi tuy n có th chia thành hai lo i Lo i th nh t sinh ra do s
a sóng ánh sáng v i các phonon Lo i này bao g m hai hi u ng quan trng là tán x Raman kích thích (SRS-Stimulated Raman Scattering) và tán x Brilloin kích thích (SBS-Stimulated Brilloin Scattering) Lo i th hai g m các hi u
ng phi tuy n Kerr, sinh ra do s ph thu c c a chi t su t phi tuy
ng E Các hi u ng phi tuy n Kerr bao g m: SPM, XPM và FWM
H u h t các hi u ng phi tuy n trong s u sinh ra do chi t su t phi tuy ph thuc c ánh sáng lan truy n trong s i vào chi t su t
M i quan h gi ánh sáng, chi t su t và công su t P c bi u th b ng
là thành ph n ph thu c sóng c a chi t su t , là di n tích hi u d ng c a s i quang, c g i là ch s chit su t phi tuy n T s c g i là h s phi tuy n Tham s này có th c mà không c n bi
t di n tích hi u d ng c a s i quang
Ngoài ra khi nghiên c u các hi u ng phi tuy n trong s i quang m t tham s n g i là tham s phi tuy n (nonlinearparameter) và quan h v i chit sut phi tuyn theo công thc:
= (3.17) là t n s góc c a ánh sáng, c là v n t c ánh sáng trong chân không, là
c sóng ánh sáng, là di n tích hi u d ng c a s i
Ch s chi t su t phi tuy n ( ) liên quan v i
c tính c a các hi u ng phi tuy n trong s i quang còn ch u nh
ng c a nhi u tham s c a tín hi u, chi u dài s i, kho ng cách gia các kênh (trong h ng WDM) th
Khi ánh sáng truyng v t ch t trong su t thì ph n l n ánh sáng truy n th ng và m t ph n nh s b tán x ng có th gây ra nhi u lo i tán x n hình là tán x Rayleigh, tán x Brillouin, tán x thuc vào lo i v t ch u kii lo i tán x x y ra khác nhau
Tán x Rayleigh là quá trình tán x i, t n s ánh sáng tán x b ng t n s ánh sáng t i Tr ng thái c a các phân t v t ch t do tán x Rayleigh không thay
i sau khi ánh sáng truy c l i, tán x Brillouin và tán x Ramman là các quá trình tán x i, các nguyên t b qua và t n s ánh sáng tán x b d ch chuy n so v i tn s c a ánh sáng t i
Quá trình tán x i có s tham gia c a các phonon Trong quá trình này các phonon có th sinh ra ho c b h p th M i t n s c a ánh sáng tán x so v i ánh sáng t i b ng v i t n s c phonon Tán x Brilloin liên a
n các phonon âm h c còn tán x n các phonon quang h Raman có m c d ch chuy n t n s l x Brilloin N u ánh sáng tán x có t n s nh i thì ánh sáng tán x
c g i là ánh sáng Stoke và quá trình tán x c g i là tán x c l i, n u ánh sáng tán x có t n s l i thì ánh sáng tán x c g i là ánh sáng ph n Stoke và quá trình tán x c g i là tán x ph n Stoke V i tán x
n v d ch t n c a ánh sáng tán x là ( /s) ho rad c là cm vi
( là d ch chuy n t n s theo cm , là d ch chuy n t n s theo rad/s và c là v n t c c a ánh sáng trong chân không theo cm /s).
Các hiu ng tán x s làm gi i h n công su t quang l n nh t có th truy n trong s i Trong h thng WDM tán x là nguyên nhân gây nhi u gi a các kênh Tuy nhiên tán x c ng d ng trong các b khu i quang Raman nh c sóng mà b khu i quang EDFA không phù h p Hi u
ng tán x Brilloin là nguyên lý trong các b c m ng t i nh c m n không phù h p
v 1 Ánh sáng tán xạ Raman Stoke Ánh sáng tán xạ Brillouin Stoke Ánh sáng tán xạ Raman phản Stoke Ánh sáng tán xạ Brillouin phản Stoke Ánh sáng tới Ánh sáng tán xạ Rayleigh
Tán x c phân chia thành hai loi: tán x Raman t phát (Spontaneous Raman Scattering) và tán x Raman kích thích (Stimulated Raman Scattering) Hiu ng tán x Raman t c d
c Raman ch ra b ng th c nghi m
Trong quá trình tán x Raman t phát, ánh sáng t v ng làm sinh ra các photon Tu thu c vào b n ch t c ng các photon sinh ra s có tn s l c nh n s c a ánh sáng t i.
Gi ng c a quá trình tán x c th hi n trên Hình Electron s chuy n t ng thái kh tr u (trn) lên tr ng thái o (tr ng thái kích thích) khi h p th m photon t ng b ng hi ng gia trng thái o và tr ng thái kh u Khi chuy n t trng thái o v tr ng thái cu i electron s phát x m photon t ng b ng hi ng tr ng thái o và trng thái cu i.
N ng thái kh ng th ng c a tr ng thái cu i, t n s photon phát x s nh n s ánh sáng t i và quá trình tán x t o ra ánh sáng Stoke
(a)Tán x Stoke (b)Tán x ph n Stoke
Trạng thái đầu Trạng thái cuối Photon tán xạ
Trạng thái cuốiTrạng thái đầuTrạng thái kích thíchNăng lượng
Gi s , lt là t n s c a ánh sáng t i và ánh sáng tán x , là t n s phonon nh lu t b o toàn chuy ng thì
c l i n u tr ng thái cu ng th t o ra ánh sáng ph n Stoke có t n s , chêch l ch gi a m ng trng thái khu và tr ng thái cu ng c a m phonon Th c t , t tán x phng y Stoke
T n s c a các photon tán x nh b ng t n s ng ca nguyên t V i thu tinh, quang ph c a ánh sáng tán x Raman g m nhi u thành ph n t n s khác nhau là do các nguyên t trong thu ng trong mt kho ng t n s r t rng
Hi u ng tán x Raman t c ng d nh c u trúc c a các phân t , thành ph n c u t o và lo i liên kt trong các phân t
n công su u vào thì công su t c
t quá m t giá tr nh thì công sut sóng Stoke s n nhân gây ra hing này là quá trình tán x Raman kích thích
Nguyên lý
T
Tán x Rayleigh là hi ng xu t hi n trong các s i quang và là m t thành ph n gây ra suy hao trong s i quang V nguyên lý, h u h t ánh sáng tán x s thoát ra ngoài l p v s i quang, ch có m t ph n lan truy n trong lõi M c dù công su t ánh sáng tán x c chi u phát là r t nh so v i công su t tín hi u, tuy nhiên nó vc khui lên khi lan truy n qua c ly dài b i các b khu ch
i Raman phân tán Tán x Raman này ng t i ch ng b khu i Raman theo 02 ki u Do tán x Rayleigh nên m t ph n t p âm ASE lan truy n theo
c s c ph n x l ng thu n, gây lên t p âm cho h th ng dù r t nh Ngoài ra, tán x
n c a tín hi p âm do tán x Rayleigh gây lên cho h thng và khi qua các b khu i nó s n ph i bù công su i v i h th ng s d ng khu i Raman
Trên th c t , do ng c a tán x Rayleigh gi i h n h s khu i trên 01 t ng kho ng x p x n 15 dB b khuc h s khu ch
i c n s d ng bi n pháp cách ly gi a các t ng v i nhau Ví d , m t b khu i Raman phân tán 30 dB c t o thành v i 2 t ng khu nhi u nh dB [3 ].
3.4.2 Tán xạ Raman tự phát
Tán x Raman t phát t lo i t hic khu c t o ra m t cách t phát v i các pha ng u nhiên Lo i t p âm này gi c x t phát trong EDFA tuy nhiên Raman nó ph thuc vào m phonon ng rung ctr ng ph thuc vào nhi c a b khu i Raman V n ta ph i xem xét nh
ng c a t p âm này vào tín hi c khu i Công th c tính m ph công sut ASE :
Và công thc tính d ng nhi u là :
V i N 2 là m u tr 1 tr ng thái th p V i k thu t Raman thì t s N 2 /(N2 N 1 ) luôn gi i h n xung quanh m Còn v i EDFAs thì t s
ng l t s i EDFAs thì gi i h n t s này ch ngang b ng mi vi b khu o hoàn toàn trên toàn b chiu dài si quang
3.4.3 Tạp âm từ nguồn bơm
u x y ra hi ng là công su t phát ra bi ng trong m t kho ng nh i v i các ngu d ng laser trong khui Raman v i các m c công su t l n S bi ng v công sut này gây ra t p âm trong h ng v i các b c x t phát Qua các ph n trên, ta bi th t r ng khu i Raman ph thuc nhi u vào công su u công sut
ng s gây ra tín hi c khu
ng h p t p âm t các ngu thu c vào nhi u y u t chiu dài b khu i, kic tính tán s c c a s i quang s d ng làm b khu i.
3.4.4 Tán xạ mode phân cực
Qua phân tích quá trình khu i b ng b khu i Raman trên chúng
ng h p tín hi u và ngu c và s duy trì tr ng thái phân c c (SOP) này trong su t s i quang làm b khu i Tuy nhiên, n u trong h ng không s d ng các thi t b duy trì phân c c nào thì có th s d n t i hi n th
i trng thái phân c c trên do bi ng v ng chi t trong s i và gây ra tán x mode phân c c (PMD) Các k t qu nghiên c u v tán x mode phân c trong khuc i Raman u cho th y r ng, khu i c a h ng s bi th n
ng l n n u PMD bi i theo thng là giá tr khu i trung bình s thng h p không có PMD
3.5 Ưu điểm của khuếch đại Raman
Trong ph m c a khu i Raman trong h ng th truy n d c hc s d ng c i thi n h s nhi u c a h ng; th th hai là làm ph ng h s khu i ph ng T t c m có th áp d ng cho b t k si quang truyn d n nào
3.5.1 Cải thiện hệ số nhiễu
H s t p âm (NF) c a m t b khu i là t s gi a SNR c a tín hi u vào và SNR c a tín hi u ra Tham s này mô t s suy gi m ch ng tín hi u sau khi qua b khu i Trong các h ng s d ng khuth i Raman, thông s NFeq s khu(h i t h s t p âm c a b khu ch
t t i phía thu c a ch ng (khi không có khu cung c p cùng SNR v ng h p s d ng khu i Raman phân tán Hai h th
l i là G = ( S L ) -1 , và h s nhi u c S L (không thêm nhi u vì NF = P in / Pout) Bi u th t cho h s nhi u cho hai b khu i b c thang là NFsys= NF1 + (NF2 1)/ G1 1 (NF2) là h s nhi u c a b khuu tiên (th hai) và G 1 h s khulà i c a b khu u tiên
P s nhi u c a h thng khu ng h th y r ng:
hoc NF eq dB = NF dB R - ( S L) dB , (3 ) 47
s trên dB cho bi t bi c bi u di n b ng dB
c a h th ng khu i Raman phân b (b) H th a n d n và b khui si Er pha t p
Qua công th c trên ta y NF th eq [dB] có th nh R [dB] <
s L[dB] Trong th c t thì s ít khi x ng h mô t t tr i c a b khu i Raman v h s t p âm (NF) Thông
ng các b khu u gây ra t p âm cho h th ng và làm gi m ch ng h ng Nth ng hng, tín hi u lan truy n d c theo s i quang không b suy hao và không c n khu i thì giá tr NF s b ng h p x u nh t, khi mà tín hi u lan truy n trong s i quang b suy hao nhi u và c c khui
70 v i h s khu i l u l t c khui (ASE) s xu t hi n trong b khu i Ngoài ra khi mà công su t tín hi khu i th p thì ASE s l n át tín hi u này và
c khui nhiu này d n t i SNR u ra s th p và NF s cao lên N u h ng truy n d n s d ng nhi u b khu th i r i r c, khi h s khu ch
c phân b d c theo s u thì s yêu c u h s khu i c a t ng b khui thi sao khui phân tán cho phép hi t i r i r c, n u h s khu i d c theo su thì hi
c c i thi n càng l n các b khu i phân tán
3.5.2 Cải thiện hệ số phẳng
Trong h ng truy n dth c sóng thì vi c phân b công su t t i các
u nhau là r t quan tr ng S i v khuc sóng khác nhau khi qua b khu i quang s mô t ph ng khu i N u tín hi u t i m c sóng mà khôn c khu i m c truy n qua nhi u b khu i s có công su t nhanh (siêu tuy n tính- superlinearly) và s ng t i h s khu i c a các kênh khác Tuy nhiên
th ng s b h n ch b i các kênh có h s khu i th p M t gi i pháp kh c ph t các thành ph n gây suy hao ph thuc sóng trong các b khui v c tính ph phù h p
Trong các h ng s d ng khuth i Raman, các b khu i cho phép
ph ng khu i này mà không c n các thành ph n gây suy hao ph thu vào vi c s d ng ki c sóng (nhi u ngu i v i m i lo i s i quang v trí khui Raman (ph khu i Raman) thì ph uth c khui thì t l thun v i công su th ng cong khui Raman thì không ph thu thu d ch t n s
trênh l ch gi c sóng tín hiu s d ng ki u
c sóng thì s ph ng khu i t t nh t.
Trong h ng vi th c sóng mu quan tr ng là t t c các
c sóng tín hi u có ngu nhau S bi l i c a mc sóng khác nhau t b khu c tham chiu
l i ph ng N u tín hi u t i m c sóng không t l v i khu i, khi nó
t vài b khu i, nó s i v i kênh khác làm gi l i cho kênh khác Tuy nhiên h ng s b gi i h n b i kênh vth khui thp nh t K t qu , sau m i b khu i ph khui nói chung là ph ng G là chèn ph n t t c sóng ph thu c trong b khu i v i m u ph
ng Khu c u này mà không c n ph n t t n hao
khuc yêu c u t i m c sóng có th xác nh n b ng phép c ng logarit m khu i t Hình 3.19 ra mch khui riêng l theo x p ch ng logarit Ta có th y r ng th ph n l khun nh t Tuy nhiên, công su yêu c u không th c m t cách d dàng t s tính toán s ng ngu c n thi sinh ra m t giá tr c khui vì trong khuch
i Raman ngu n c sóng ng n khu c sóng dài
d dB trong ph khu i khi khuc xét
S ng vào s phát tri n công su ch ra trong hình 3 Nó ch20 ra s gi m c a công su 25km ca s i quang d ch tán s c khi công su t là 100mW t i m Công sut tn nh khui Raman t c sóng
c dù h u h khuc cung c p b công suc sóng và công su
ra trong hình 3.21 khui 12 dB có th c v khui bidB t 1525 t 1595nm. i
Hình 3.21 So sánh gi a công su khui cung c p b i m [3]
3.6 Phân loại các bộ khuếch đại Raman
3.6.1 Khuếch đại Raman phân bố
V i b khu i Raman phân b ( DRA Distributed Raman Amplifier) - , ánh c phân b tr i dài trong s i quang DRA t n d ng s i quang s n có trong m khui tín hiy ánh sáng s
c khuu d c theo s i quang trên m t kho ng cách l n V i các b khu i DRA, thôn
Tín hiệu vào Tín hiệu ra
Tín hiệu ra Tín hiệu vào a) b) Khuyếch đại quang
Mức công suất tín hiệu Sợi quang
i quang s t him chính c a DRA là c i thi n t s tín hi u trên nhi u SNR và gi m tính phi tuy n
Hình 3.23 bi u di n m c công su t ánh sáng tín hi u theo kho ng cách c a h thng khu i theo chu k nh hình ng v m khu i t t là bi u di n công su t ánh sáng tín hi u trong h ng ch s d ng các b khuth i t p trung vng cong trên
ng v i công su t ánh sáng tín hi ng h p s d ng b khu ch
i DRA k t h p v i b khu i quang tng ích nh Khi s d ng DRA m c công su t tín hi u d c theo s i quang s u k t h p các b khu ch t p trung m c ánh sáng tín hi nh không quá ly s tránh
c các hi u ng phi tuy ng th i m c công su t ánh sáng tín hi g không xu ng th p quá do ng c s c c i thi n
quang
i v hcác t ng thông tin quang yêu cthì sra là ng lo quang có suy hao b sóng làm vi c c g m b qu th gian lên g h n h bù (DCF) và tán (DCU) tán tuy trên m i ch ng
g 2 lo m t tiêu (SMF) và bù tán (DCF)
Ph pháp k h t ng này dùng cho các h t g ng to àn m b h qu g khu cao nh có
bù h suy hao trên quang và bù công do các thành khác gây ra; cách s ng các b khu Raman nh sau:
Các b khu Raman phân n (DRA) s tá th k bù suy hao trên các ch ng chu m b các kênh khu ch nhau trên c b g th k các b DR các nn b v sóng và công su m b phng khu nh h 1dB Chi v v i k t i b khuth các này c sau
Các khu Raman r c ( LRA) s c dùng bù c suy hao và cá bù công khác trên các vòng (loop) m b cho công su vào các ch là
Các b khu Raman còn dùng làm b khu và khu hai tuy i kth bù h các suy hao do các thành ph phía phát gây m b lên ánh sáng
khi vào s ù hph nh B khu thi k bù suy sao cho các
phía thu m b công s ánh sáng i t thu ng ù ph h
4.4 Tính toán các tham số
Trong khi k h th g tính toán i dài bù ch tán
ng trong mi ch ng m b dãn r ng xung cho phép C th trong m i 1 ch ng d ng 2 lo (SMF & DCF) v nguyên tính toán nh sau:
D1, D2 : c c a s i SMF s tán và DCF t ng ng Lsp: C ly c g khu i x, y làcác bi gian dùng tính toán dài 2 l
Sau ó, tính d thài (SMF) và dài bù tán trong m i ch ng b h ph trình trên ta LSMF và LDCF trong m i ch Chú ý làm tròn lên v x c LSMF sau ó d vào Lsp tính LDCF còn l
theo, c o Lvà SMF và LDCF a tính c tính n tá còn
khi bù sau cho mi ch ng (Dsp) và tán t ng còn trên c y tu (Dsys) nh sau:
Dsp= D1 x LSMF + D2 x LDCF (4.2) Dsys= Dsp * Nsp (s ch (4.3) Trong ó:
LSMF: Ch dài m t c n LDCF: Ch dài bù n s ctá
các t qu nh trên tính toán cho các b DCU 2 u phát (bù thu (bù sau) phù cg nh tính toán bù công su do gây tán ra cho t ng
4.4.2 Suy hao trên chặng khuếch đại
M t nguyên c b i thi k kh các b khu DRA trên ch ng là
m b o bù h suy hao trên ng ó gây ra, do ó tính toán th c hao trên ch ng n
b c trên chúng ta ã tính toán c c ly ch ng u kh ch i (Lsp) và chiu dài t ng lo i s i trên chng ó (LSMF & LDCF) C c vào h s suy hao trên s tính toán c suy hao t ng trên s i quang m t ch ng nh sau:
LF- sp : suy hao ng c a quang trên 1 c
quang, suy hao do các b ghép n i ngung h p khu
4.4.3 Bù công suất do hiệu ứng phi tuyến
Khi k h th g tính toán l c ph bù do các
phi gây ra Vi c tính toán nh này i v h t g
ang ithk t ng i ph t Trong khuôn i dung nghiên c u, n
ã g l v bù công s nh b ng d ây:
STT Hiệuứng phi tuy n ế Giá trị bù công suất
5 Tán Raman phi tuy (SRS) 0.5
7 Suy hao phc vào phân c c (PDL) 0.3
4.4.4 Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại phát và tiền khuếch đại
M t trong các tiêu chí khi i k hth ng thông tin quang là gi m i nh h ng c a c h th cá phi b ng cách gi m công phát o s quang mvà ù h ph nh i v các ng DWDM, công
phát c a kênh vào c tính toán gi m ng h ng ch pha chéo (XPM) theo công th sau:
Pch : công sut tín / kênh [W]
S : h s hao quang suy i b sóng làm vi [km-1]
M: s kênh sóng NA: c ng khu chi
tính toán các thông c a b khu phát và ta tin hành theo các sau:
- Tính toán công trên kênh t i a nh trên k gi nh h ng h phi tuy
- Tính toán các suy hao do các thành phía phát/thu gây lên nh b ghép/tách kênh, các b i u ch ch c b l cá c, các ghép tín
- C c vào công su phát c a Laser và công su quang m i kênh vào
trên ng nh c thành ph gây ra tính giá tr G c a c khu ch cá phù h tính toán th nh sau
GBo = Pch-max PLD + LTx (4.7)
GBo : u ch kh i c a b khu i phát
Pch- xma : Công sut vào chng c c i/ kênh
LTx: Suy hao do thành ph n các phía phát
Bộ khuếch đại DRA 01 nguồn bơm:
Aeff :ti t di n hi u d ng cho s ng Raman
Leff: Chi u dài hi u d i v i sóng b
S , P : h s suy hao c a s i quang tc sóng tín hi
Bộ khuếch đại Raman nhiều nguồn bơm:
i v h t ng truy d ng ghép kênh theo sóng (WDM), m o công hi tín trên các kênh nhau c thilà t trong cách m b v này các cho khu ch G c a các k ênh là
nhau và ng thta g ng khái ni m ánh giá tiêu chí này và trong Raman sta g k khu ngu n b ph ng kh t Chú ý v c n b sóng m tránh nh ng c a cá h ng phi c tu các công m không quá trán nh h ng c a và d dàng l c n âm Laser b m phù h
i v c cá khu ch s d g nh ngu n b a c n d b sóng b m r t quan là tr g m b ph ng khu i H khui Raman là thông ph thc vào s chênh gi m và c a kênh làm vi C l a c n d bc m sao cho ng v d t n làm v s có ta các h khu Raman t t nh khu nh và ph g nh ó, vi c l a c n d Do m ph t c vào d b sóng c a kênh làm v các c Tùy vào s kênh b sóng mà h t ng có ch
g b C hob cL, ng có 2 b(C+L) n kênh l h v khi xác h kênh sóng d ng trong t ng thì tùy u c vào th kho cách kênh mà ta có xác h sóng s-min) và
Yêu c v ra thi t k này là m b ph ng khu t t nh Theo nguyên lý khu Raman d ng u n b m ng thì khu t ng lên các kênh do tác g c a các nn b chính t là các kh ch thành n c lê cá kênh ó ngu n
m càng nh thì ph t t và v m t khu i yêu
ch c các laser b m có công th p Tuy nhiên m b h tín kinh và k u c a b khu và th ngu n b s các thì n bnh u th h ó, cDo hòa gi hai y t , t c là ch
88 ngu n b nh nh ng v b ph n khu g cho c d b c sóng làm vi Tc
Sau khi l a c n u b m, ta c xác h d bng n sóng m và
ù hph Theo k qu t c ngh m ã công b cho v các h t g có c ly các ch < 120 km, t c là khu (G) < 24dB thì công su m trong kh 0.4W phù là [6]
Sau khi ã c n i b sóng b m, s ngu n b m và d
m trong d v tính theo cách sa u
- ch n b sóng b: chia d sóng m ( p- min - p-max) thành ph b ng nhau, m i ph là p Sau ó c n ra các bsóngm nh công d ây:
khu i Raman ch và làm c tính toán khu chi G c kênh.
C HƯƠNG 5 THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG
SỬ DỤNG KHUẾCH ĐẠI RAMAN
5 1Mô phỏng hệ thống truyền dẫn đơn kênh
công su0), chi u dài tuy n truy n d n (L) và chênh l ch gi c sóng tín hi u vào v hay còn g d ch Stoke ( )
- Do vc khi th c hi n tính toán thi t k m t h ng truy n d n c th th chúng ta s kh o sát s bi n thiên h s khu i G c a b khu i Raman phân b DRA theo các thông s nêu trên làm rõ các v lý thuyt
5.1.2 Các thông số thiết kế đầu vào hệ thống
+ H s khu i G c a b t cao t i giá tr trong kho ng 90
K t qu mô ph ng phù h p v i lý thuy nêu t i m c 3.3.1 c a lu
+ Trong quá trình thi t k h ng c n th l a ch n các giá tr s và p phù h p trong kho ng giá tr nêu trên
+ V i m t giá tr công su nh, khi chi u dài L còn th p (trong
ng h p này kho Ti p theo
ng 30 60 km), h s khu m Khi giá tr L l n h s G g i ngay c khi
i L = 75 km, h s khu i c a h th t giá tr bão hòa G phthuc vào L theo d
+ V m t lý thuy ng t i c gi i thích là khi công su t quang c la i, các photon c có th truy n cho m t s ng phân t nh ng và t o ra hi u ng
ng bu dài s i quang, ng th i gi nguyên giá tr công sung các phân t trong môi
ng tán x ng kích thích Sau khi s
ng các phân t t t i giá tr ng v ng kích thích nêu trên, thì dù có ti p t thêm các phân t thì v
94 không t o thêm hi u ng b c, do v h s khu i ca b khu i.
+ Trong ph m vi công su c kh o sát (100 1000 mW), h s khu n tính theo giá tr c a công su a laser
c lý gi ng t a laser t c là s n t i s phân t trong môi
ng tán x (s i quang) b kích thích lên tr ng thái có m ng
Khi có photon c a tín hi n thì nó s kích thích các phân t ng thái có mtr m
ng thc sóng và pha v i photon tín hi u t i Photon m i này l i ti p t i 01 phân t m ng cao khác u có) phát ra 01 photon m(n i tip
y, n u s ng phân t m ng cao càng nhi u thì s photon phát x ra càng nhi u, h s khu i c a b khu i càng l n
+ V m t lý thuy t, n u chi ng truy i, t c là s phân t tng tán x i thì khi tip tc d n , s phân t tán x n tr ng thái m ng cao s n giá tr ng nh p t s khu i c a b khu n kh Theo lý thuy th bi u di n s phthuc ca G theo P0 s có d
+ Trong th c t chúng ta ng s d ng các laser có công su i
300 mW m b o tu i th c a s i quang và laser Do v y h s khu ch
i G c a khu i Raman trong h th ng th c t s n tính theo công su
+ H s khu i c a khu i Raman th i EDFA công su í d t Pi 0 100 mW giá tr G c a b khu ch
i EDFA là kho ng 20 dB [4 ].
5.2 Thiết kế, mô phỏng hệ thống truyền dẫn đa kênh sử dụng bộ khuếch đại Raman
5.2.1 Mục đích: kim nghi m quá trình thi t k c t
5.2.2 Các thông số thiết kế đầu vào hệ thống
5.2.3 Các bộ thu phát quang
- Công sut phát c a Laser: 0 dBm
- T n s tín hi u phát: 191,1 THz 191,8 THz c sóng 1546,9 nm 1552,5 nm)
- Suy hao do b u ch ngoài: 0 dB
- Suy hao do b ghép kênh : 3 dB
- nh y thu: P S - 14 dBm - Suy hao do b tách kênh: 5dB
- Suy hao do gi i u ch : 0 dB
STT Thông số SMF DCF
2 20 ps/nm.km -60 ps/nm.km
5.2.5 Suy hao và bù công suất
5.2.6 Phương án khuếch đại quang
5.2.8 Tổng hợp các thông số cơ bản của hệ thống đa kênh mô phỏng
STT Tham số Giá trị Đơn vị
3 Bộ khuếch đại phát 3 dB
4 Bộ khuếch đại thu 5 dB
STT Nguồn tín hiệu phát (THz) Hệ số khuếch đại tương ứng (dB)
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Lui thic v h th ng thông tin quang WDM, nghiên c u t ng quan các b khu u, phân tích nguyên lý c a b khu các ti lý thuy, lu
c tính toán thi t k m t tuy n truy n d n quang t cao s d ng khu i Raman, t u vào, yêu c u c a h thn vic tính toán chi tit các tham s c a h thng (khi phát, tuyn truy n d n, kh i thu) Trong lu c hi n mô ph ng các h thng truy n d n quang s d ng khu i Raman:
lu c tính toán, thi t k m t h ng truy n d n quang t cao s d ng
Vi th khui Raman là m t bài toán r t ph c t c k t qu t t c n tính toán ng c a t c các thành ph n lên h t thng Lu
t k chung, tuy nhiên còn v c gi i quy t c n ti p t c nghiên c u:
- Nghiên c u ng các tt ccác tp âm, nhi u lên h ng th
- Nghiên c u nh các tham s u vào t nhi vi h ng truy n dth ly dài g m nhi u ch ng
M
5.2.2 Các thông số thiết kế đầu vào hệ thống
5.2.3 Các bộ thu phát quang
- Công sut phát c a Laser: 0 dBm
- T n s tín hi u phát: 191,1 THz 191,8 THz c sóng 1546,9 nm 1552,5 nm)
- Suy hao do b u ch ngoài: 0 dB
- Suy hao do b ghép kênh : 3 dB
- nh y thu: P S - 14 dBm - Suy hao do b tách kênh: 5dB
- Suy hao do gi i u ch : 0 dB
STT Thông số SMF DCF
2 20 ps/nm.km -60 ps/nm.km
5.2.5 Suy hao và bù công suất
5.2.6 Phương án khuếch đại quang
5.2.8 Tổng hợp các thông số cơ bản của hệ thống đa kênh mô phỏng
STT Tham số Giá trị Đơn vị
3 Bộ khuếch đại phát 3 dB
4 Bộ khuếch đại thu 5 dB
STT Nguồn tín hiệu phát (THz) Hệ số khuếch đại tương ứng (dB)
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Lui thic v h th ng thông tin quang WDM, nghiên c u t ng quan các b khu u, phân tích nguyên lý c a b khu các ti lý thuy, lu
c tính toán thi t k m t tuy n truy n d n quang t cao s d ng khu i Raman, t u vào, yêu c u c a h thn vic tính toán chi tit các tham s c a h thng (khi phát, tuyn truy n d n, kh i thu) Trong lu c hi n mô ph ng các h thng truy n d n quang s d ng khu i Raman:
lu c tính toán, thi t k m t h ng truy n d n quang t cao s d ng
Vi th khui Raman là m t bài toán r t ph c t c k t qu t t c n tính toán ng c a t c các thành ph n lên h t thng Lu
t k chung, tuy nhiên còn v c gi i quy t c n ti p t c nghiên c u:
- Nghiên c u ng các tt ccác tp âm, nhi u lên h ng th
- Nghiên c u nh các tham s u vào t nhi vi h ng truy n dth ly dài g m nhi u ch ng