Thông tin quang / C2_3_ Tán sắc trong sợi quang doc

1 Tán sắc trong sợi quang – Dispersion  Tán sắc là hiện tượng dãn xung ánh sáng theo thời gian khi truyền tín hiệu, gây nên méo tín hiệu. Đây là vấn đề quan trọng với tuyến tốc độ cao, đường truyền dẫn dài.  [ps.km -1 .nm -1 ]: độ lệch thời gian lan truyền xung ánh sáng trên 1km sợi quang và với phổ bức xạ của nguồn phát quang rộng 1nm.  Các loại tán sắc:  Tán sắc mode  Tán sắc dẫn sóng  Tán sắc vật liệu  Tán sắc mặt cắt (nhỏ) Tán sắc giữa các mode Tán sắc trong mode Hanoi University of Technology 2 Tán sắctổng (Dispersion) 3 Tán sắc mode – Modal Dispersion  Trong sợi đa mode, tốc độ lan truyền ánh sáng của các mode khác nhau. Sự chênh lệch thờigianđến điểm thu giữa các tia sáng gây trễ nhóm mode lan truyền → dãn xung ánh sáng.  Trong sợi đơn mode không có tán sắc mode 4 Tán sắc mode 5  Các mode lan truyềnbaogồmtừ mode bậc0 đến mode bậc(N –1)  Mode bậc0 coinhư truyền song song vớitrụccủa sợi quang vớiquãngđường ngắnnhất L (km)  Mode bậc cao nhất(N –1) truyềngầngóctớihạn θ c vớiquãngđường dài nhất:  Tán sắcmode: () km L C θ sin cn NA D e ⋅⋅ = 1 2 mod 2 6 Tán sắc mode – D mode Độ dãn xung tín hiệu–τ mode  Tán sắc mode sau quãng đường L (km) hay độ giãn xung tín hiệuquangsau khi truyền trong sợi quang dài L (km) đobằng hiệuthờigiantruyềngiữa mode bậc cao nhất và mode bậcthấpnhất: ee c e DL c n L n nn c n L n n c n L c n L mod 1 mod 2 211 2 111 mod 11 sin 1 ⋅= ∆ ⋅≅ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −= ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −= τ θ τ 7 Tán sắc đơnsắcD chro (λ)– Chromatic Dispersion Những khái niệmcơ bản  Trong thông tin quang, các xung ánh sáng được dùng để truyền thông tin. Chúng là những nhóm sóng ngắn trong đó có các sóng ánh sáng ở những bước sóng khác nhau.  Bên trong những nhóm sóng như vậy, các sóng riêng biệt sẽ truyền với tốc độ khác nhau do chúng có các bước sóng khác nhau.  Tốc độ truyền của một nhóm sóng gọi là vận tốc nhóm - Group velocity. 8 Những khái niệmcơ bản (tiếp)  Chiếtxuất khúc xạ nhóm – Group refractive index: Chỉ số chiết xuất khúc xạ n và chiết xuất khúc xạ nhóm n g đều là hàm của bước sóng λ Ví dụ: (hình vẽ p20) Trong thủy tinh silica tinh khiết, n và n g đều giảm khi bước sóng tăng. λ λ d dn nn g −= 9 Những khái niệm cơ bản (tiếp)  Vận tốc nhóm – Group velocity:  Khi truyền trong sợi quang L (km), xung ánh sáng có thờigiantrễ nhóm hay độ dãn xung tín hiệu – Group delay time: → n g , τ g phụ thuộcvào λ. g g g n c L v L ⋅== τ g g n c v = 10 Tán sắcvậtliệuD mat (Material Dispersion)  Tán sắcvậtliệu là phép đonhững biến đổicủa chiếtxuấtkhúcxạ nhóm n g ở những bước sóng khác nhau. Tán sắcvậtliệu được tính từ tích phân củan g theo bướcsóng: () () () ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⋅ ⋅= ⋅= kmnm ps d d L D d dn c D g mat g mat λ λτ λ λ λ λ 1 )( 1 → sẽ tồn tại một giá trị của λ mà tại đó D mat = 0 λ ZDmat [...]... không có tán sắc dịch chuyển DUF (G652 ) Sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển DSF (Dispersion – Shifted Fiber) (G653): có λ0 nằm trong vùng 1550nm, tại đó giá trị D = 0 Được sử dụng vào hệ thống TTQ hoạt động ở vùng 1550nm, hệ thống có EDFA, hệ thống đơn kênh quang Sợi quang đơn mode tán sắc dịch chuyển không bằng không hay tán sắc dịch chuyển khác không NZ-DSF (Non – Zero DSF) (G655): có tán sắc nhỏ... 80% năng lượng trong lõi, còn 20% ánh sáng truyền trong vỏ nhanh hơn năng lượng trong lõi Dwg phụ thuộc vào hằng số lan truyền sóng β (hay phụ thuộc vào thiết kế sợi như các tham số a, n và λ) Trong vùng bước sóng 0 → 1,6µm : Dwg < 0 12 Tán sắc đơn sắc: Dchro(λ) = Dmat + Dwg λZD 13 Tán sắc đơn sắc Dchro Dchro = 0 tại λ = λZD λZD ≈ 1,31µm là bước sóng có tán sắc đơn sắc bằng không với thủy tinh thuần khiết... cơ bản trong cấu trúc loại sợi đơn mode nhằm dịch chuyển tán sắc tối thiểu ở vùng bước sóng 1300nm tới bước sóng có suy hao nhỏ quanh vùng 1550nm Ví dụ: tán sắc vật liệu của sợi tiêu chuẩn SMF làm từ SiO2 có D=0 tại λZD=1270nm Nếu pha thêm một số tạp chất như GeO2 và P2O5 vào lõi sợi, điểm D=0 sẽ chuyển đến các bước sóng lớn hơn 17 Các sợi dẫn quang đơn mode mới Sợi đơn mode tiêu chuẩn SMF hay sợi không... dãn xung tín hiệu đơn sắc – τchro τ chro = Dchro ⋅ ∆λ ⋅ L Độ dãn xung tín hiệu tổng – τ τ= τ 2 mod e +τ 2 chro 15 Ưu điểm của Dwg Giảm Dchro trong vùng bước sóng 1,3 – 1,6µm Dwg phụ thuộc vào tham số sợi quang như a, ∆ nên có thể thay đổi giá trị Dwg bằng cách chế tạo sợi có λZD nằm trong vùng bước sóng suy hao thấp 1550nm tạo nên các sợi tán sắc dịch chuyển 16 Nguyên tắc tạo sợi quang mới Điều chỉnh.. .Tán sắc vật liệu Dmat Dmat = 0 tại λ = λZDmat λZDmat = 1,276µm là bước sóng có tán sắc vật liệu bằng không với thủy tinh thuần khiết, có thể thay đổi trong khoảng 1,27 – 1,29µm với lõi và vỏ có pha tạp Dmat < 0 khi λ < λZDmat Dmat > 0 khi λ > λZDmat Trong dải 1,25 - 1,66µm có thể tính xấp xỉ Dmat λZDmat theo công thức: Dmat ≈ 122 × (1 − λ ) 11 Tán sắc dẫn sóng Dwg (Waveguide Dispersion) Dwg do sợi. .. chuyển khác không NZ-DSF (Non – Zero DSF) (G655): có tán sắc nhỏ nhưng khác không với giá trị tiêu biểu là 0,1ps/nm.km ≤ Dmin ≤ Dmax ≤ 6ps/nm.km trong vùng bước sóng 1530 – 1565nm Thích hợp với hệ thống WDM có dung lượng lớn và cự ly xa do giảm được các hiệu ứng phi tuyến 18 Các sợi dẫn quang đơn mode mới 19 . sợi quang và với phổ bức xạ của nguồn phát quang rộng 1nm.  Các loại tán sắc:  Tán sắc mode  Tán sắc dẫn sóng  Tán sắc vật liệu  Tán sắc mặt cắt (nhỏ) Tán sắc giữa các mode Tán sắc trong. D wg < 0 13 Tán sắc đơn sắc: D chro (λ) = D mat + D wg λ ZD 14 Tán sắc đơn sắcD chro  D chro = 0 tại λ = λ ZD  λ ZD ≈ 1 ,31 µm là bướcsóngcótánsắc đơn sắc bằng không vớithủy tinh thuần khiết bậcthấpnhất: ee c e DL c n L n nn c n L n n c n L c n L mod 1 mod 2 211 2 111 mod 11 sin 1 ⋅= ∆ ⋅≅ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −= ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −= τ θ τ 7 Tán sắc đơnsắcD chro (λ)– Chromatic Dispersion Những khái niệmcơ bản  Trong thông tin quang, các xung ánh sáng được dùng để truyền thông tin. Chúng là những nhóm sóng ngắn trong đó