Đề tài tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng

Đề tài tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng

Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng MỤC LỤC: 1 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ PHƯƠNG PHÁP GHÉP KÊNH QUANG WDM. I. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG. Ngay từ xa xưa để thông tin cho nhau, con người 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 được phát triển thành những hệ thống thông tin hiện đại như 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 được chính thức đưa vào khai thác trên mang viễn thông, mọi người đều thừa nhận rằng phương 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 vượt bậc của của công nghệ điện tử - viễn thông, công nghệ quang sợi và thông tin quang đã có những tiến bộ vượt 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 bước 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 ưu điểm trội hơn so với các hệ thống thông tin cáp kim loại. Dưới đây là những ưu điểm nổi trội của môi truờng truyền dẫn quang so với các môi trường truyền dẫn khác, đó là:  Suy hao truyền dẫn nhỏ  Băng tần truyền dẫn rất lớn  Không bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ  Có tính bảo mật tín hiệu thông tin cao  Có kích thước và trọng lượng nhỏ  Sợi có tính cách điện tốt  Độ tin cậy cao  Sợi được 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 đường 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 tương lai. 2 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Mô hình chung của một hệ thống thông tin quang như sau: Hình 1.1 Mô hình hệ thống thông tin quang Các thành phần chính của tuyến gồm có phần phát quang, cáp sợi quang và phần thu quang. Phần phát quang được 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 trường 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 bước sóng tồn tại ba vùng mà tại đó có suy hao thấp là các vùng xung quanh bước sóng 850 nm, 1300 nm và 1550 nm. Ba vùng bước sóng này được sử dụng cho các hệ thống thông tin quang và gọi là các vùng cửa sổ thứ nhất, thứ hai và thứ ba tương ứng. Thời kỳ đầu của kỹ thuật thông tin quang, cửa sổ thứ nhất được sử dụng. Nhưng 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 tương 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 tương tự. Thiết bị phát sẽ thực hiện biến đổi tín hiệu này thành tín hiệu quang tương ứng và công suất quang đầu ra sẽ phụ thuộc vào sự thay đổi của cường độ dòng điều biến. Bước sóng làm việc của nguồn phát quang cơ bản phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo. 3 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Đoạn sợi quang ra (pigtail) của nguồn phát quang phải phù hợp với sợi dẫn quang được khai thác trên tuyến. Tín hiệu ánh sáng đã được 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 thường 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 hướng phát đưa tới. Tín hiệu quang được biến đổi trở lại thành tín hiệu điện. Các photodiode PIN và photodiode thác APD đều có thể sử dụng để làm các bộ tách sóng quang trong các hệ thống thông tin quang, cả hai loại này đều có hiệu suất làm việc cao và có tốc độ chuyển đổi nhanh. Các vật liệu bán dẫn chế tạo các bộ tách sóng quang sẽ quyết định bước sóng làm việc của chúng và đoạn sợi quang đầu vào các bộ tách sóng quang cũng phải phù hợp với sợi dẫn quang được 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 được 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 đưa 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 đường truyền. Những năm gần đây, các bộ khuếch đại quang đã được sử dụng để thay thế một phần các thiết bị trạm lặp quang. Trong các tuyến thông tin quang điểm nối điểm thông thường, 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 tương ứng sẽ nhận tín hiệu từ sợi này. Như vậy muốn tăng dung lượng của hệ thống thì phải sử dụng thêm sợi quang. Với hệ thống quang như 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): 4 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Hình 1.2. Độ rộng phổ nguồn quang và dải thông của sợi quang. II. NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH QUANG THEO BƯỚC SÓNG WDM VÀ CÁC THAM SỐ CƠ BẢN. 1. Khái niệm WDM là phương thức ghép kênh quang theo bước sóng (Wavelength Division Multiplexing). Thông thường trong tuyến thông tin quang điểm nối điểm, mỗi một sợi dẫn quang cho một tia laser với một bước sóng ánh sáng truyền qua, tại đầu thu, bộ tách sóng quang tương ứng sẽ nhận tín hiệu từ sợi này. Mỗi một sóng laser này mang một số tín hiệu điện với một phổ nhất định. 2. Nguyên lý Đặc điểm nổi bật của hệ thống ghép kênh theo bước 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 lượng 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 lượng 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 đường truyền đạt tới một mức độ nào đó người ta đã thấy được 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 được 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 bước sóng ra đời đã khắc phục được những hạn chế trên. Hệ thống WDM dựa trên cơ sở tiềm năng băng tần của sợi quang để mang đi nhiều bước sóng ánh sáng khác nhau, điều thiết yếu là việc truyền đồng thời nhiều 5 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng bước sóng cùng một lúc này không gây nhiễu lẫn nhau. Mỗi bước sóng đại diện cho một kênh quang trong sợi quang. Công nghệ WDM phát triển theo xu hướng mà sự riêng rẽ bước 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 bước sóng mật độ cao (DWDM). Các thành phần thiết bị trước 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 được đưa 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: 2.1. Truyền dẫn 2 chiều trên 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 (như hình 1.3), ở đầu phát các tín λn λ1 λ 2 hiệu có bước sóng quang khác nhau và đã được điều chế , ,...., thông qua bộ ghép kênh tổ hợp lại với nhau, và truyền dẫn một chiều trên một sợi quang. Vì các tín hiệu được mang thông qua các bước sóng khác nhau, do đó sẽ không lẫn lộn. Ở đầu thu, bộ tách kênh quang tách các tín hiệu có bước sóng khác nhau, hoàn thành truyền dẫn tín hiệu quang nhiều kênh. Ở chiều ngược lại truyền dẫn qua một sợi quang khác, nguyên lý giống như trên. Hình 1.3: Sơ đồ truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi. 2.2. Truyền dẫn 2 chiều trên 1 sợi Hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều trên một sợi là: ở hướng đi, các kênh quang tương ứng với các bước sóng λ1, λ2, ..., λn qua bộ ghép/tách kênh được tổ hợp lại với nhau truyền dẫn trên một sợi. Cũng sợi quang đó, ở hướng về các bước sóng λn+1, λn+2,..., λ2n được truyền dẫn theo chiều ngược lại (xem hình 1.4). Nói cách khác ta dùng các bước sóng tách rời để thông tin hai chiều (song công). 6 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Hình 1.4 Sơ đồ truyền dẫn 2 chiều trên cùng 1 sợi quang. Hệ thống WDM hai chiều trên hai sợi được ứng dụng và phát triển tương 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 bước sóng quang. Khi thực hiện tách kênh cần phải cách ly kênh quang thật tốt với các bước sóng khác bằng cách thiết kế các bộ tách kênh thật chính xác, các bộ lọc quang nếu được sử dụng phải có bước sóng cắt chính xác, dải làm việc ổn định. Hệ thống WDM được 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 bước sóng, dẫn đến làm suy giảm nghiêm trọng tỉ số S/N của hệ thống. Các hiệu ứng trên đặc biệt nghiêm trọng đối với hệ thống WDM truyền dẫn hai chiều trên một sợi, do đó hệ thống này có khả năng ít được lựa chọn khi thiết kế tuyến. Ở một mức độ nào đó, để đơn giản ta có thể xem xét bộ tách bước sóng như bộ ghép bước sóng chỉ bằng cách đổi chiều tín hiệu ánh sáng. Như vậy hiểu đơn giản, từ “bộ ghép - multiplexer” trong trường hợp này thường được sử dụng ở dạng chung để xét cho cả bộ ghép và bộ tách; loại trừ trường hợp cần thiết phải phân biệt hai thiết bị hoặc hai chức năng. Người 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 được sử dụng trong các phương án truyền dẫn theo một hướng, còn loại thứ ba MUX-DEMUX được sử dụng cho các phương án truyền dẫn theo hai hướng. Hình 1.5 mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp. 7 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Hình 1.5: Mô tả thiết bị ghép/tách hỗn hợp. 2.3. 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 hướng (gồm các bộ ghép kênh và tách kênh độc lập) và thiết bị hai hướng (bộ ghép/tách hỗn hợp). Các ký hiệu I(λi) và O(λk) tương ứng là các tín hiệu được ghép đang có mặt ở đường chung. Ký hiệu Ik(λk) là tín hiệu đầu vào được ghép vào cửa thứ k, tín hiệu này được phát từ nguồn phát quang thứ k. Ký hiệu O i(λi) là tín hiệu có bước sóng λi đã được tách và đi ra cửa thứ i. Nhìn chung, các tín hiệu quang không phát một lượng công suất đáng kể nào ở ngoài độ rộng phổ kênh đã định trước của chúng, cho nên vấn đề xuyên kênh là không đáng lưu tâm ở đầu phát. Bây giờ ta xem xét các thông số: • 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 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 được diễn giải tương tự như suy hao đối với các bộ ghép coupler chung, nhưng cần lưu ý là ở WDM là xét cho một bước sóng đặc trưng: Li(MUX) = -10log O ( λi ) I i ( λi ) Li(DEMUX) = -10log 8 Oi ( λ i ) I ( λi ) (1.1) (1.2) Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Với Li là suy hao tại bước sóng λi khi thiết bị được ghép xen vào tuyến truyền dẫn. Các tham số này luôn phải được 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 lượng tín hiệu từ kênh này được ghép sang kênh khác. Các mức xuyên kênh cho phép nằm ở dải rất rộng tuỳ thuộc vào trường hợp áp dụng. Nhưng nhìn chung, phải đảm bảo mức xuyên kênh nhỏ hơn (-30dB) trong mọi trường hợp. Trong một bộ tách kênh lý tưởng, sẽ không có sự dò công suất tín hiệu từ kênh thứ i có bước sóng λi sang các kênh khác có bước sóng khác với λi. Nhưng trong thực tế, luôn luôn tồn tại một mức xuyên kênh nào đó, và làm giảm chất lượng truyền dẫn của thiết bị. Khả năng để tách các kênh khác nhau được diễn giải bằng suy hao xuyên kênh và được tính bằng dB như sau: Di(λk) = -10log [Ui(λk)/I(λk)] (1.3) Theo sơ đồ đơn giản mô tả bộ tách kênh ở hình 1.6 a) thì U i(λk) là lượng tín hiệu không mong muốn ở bước sóng λk do có sự dò tín hiệu ở cửa ra thứ i, mà đúng ra chỉ có tín hiệu ở bước sóng λi. Trong thiết bị ghép/tách hỗn hợp như ở hình 1.6 b), việc xác định suy hao xuyên kênh cũng được xác định như ở bộ tách. Ở trường hợp này, phải xem xét cả hai loại xuyên kênh. “Xuyên kênh đầu xa” là do các kênh khác được ghép đi vào đường truyền gây ra, ví dụ như I(λk) sinh ra Ui(λk). “Xuyên kênh đầu gần” là do các kênh khác ở đầu vào sinh ra, nó được ghép ở bên trong thiết bị, như Ui(λj). 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 bước sóng mà nó định ra cho từng nguồn phát quang riêng. Nếu nguồn phát quang là các diode Laser thì độ rộng kênh được 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 bước 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. 9 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng CHƯƠNG II: CÁC THIẾT BỊ QUANG THỤ ĐỘNG TRONG WDM. Trong chương trước, chúng ta đã có cái nhìn khái quát về tuyến truyền dẫn quang và kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM. Ở chương này đề cập tới các vấn đề kỹ thuật từ cơ bản đến phức tạp và đa dang đang được sử dụng trong hệ thống WDM. Các phần tử trong hệ thống WDM rất đa dạng, nhưng ta có thể phân loại ra như sau: Hình 2.1: Phân loại thiết bị trong hệ thống WDM. Để đơn giản khi xem xét các thiết bị WDM , chúng ta chủ yếu lấy bộ tách kênh theo bước 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 được giải thích tương tự bằng cách đơn giản là thay đổi hướng tín hiêụ đầu vào và đầu. Các bộ tách ( các bộ ghép ) được chia ra làm 2 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 được thiết kế chủ yếu sử dụng cho các tuyến thông tin 10 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng 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 những đường 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 được chế tạo dựa trên hai phương pháp công nghệ khác nhau là các thiết bị có bộ lọc và các thiết bị phân tán góc . Các thiết bị lọc chỉ hoạt động mở cho một bước sóng ( hoặc một nhóm các bước sóng ) tại một thời điểm nhằm để tách ra một bước sóng trong nhiều bước sóng . Để thực hiện thiết bị hoàn chỉnh người ta phải tạo ra cấu trúc lọc theo tầng . Còn thiết bị phân tán góc lại đồng thời đưa ra tất cả các bước sóng. 1. Các bộ lọc thiết bị Trong thiết bị ghép tách bước sóng vi quang thường sử dụng bộ lọc bước sóng bằng màng mỏng . Ví dụ bộ tách bước sóng dùng bộ lọc màng mỏng thể hiện như hình 2.2 Hình 2.2: Bộ tách bước sóng dùng bộ lọc màng mỏng Bộ lọc có cấu trúc 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 hưởng Fabry-Berot gồm hai gương phản xạ một phần đặt song song cách nhau chỉ bởi một lớp điện môi trong suốt. Hình 2.3: Cấu trúc bộ lọc điện môi. Bề dày các lớp bằng 1/4 bước sóng truyền đối với bộ lọc bậc 0 và bằng 3/4 Io đối với bộ lọc bậc 1 và được chế tạo từ vật liệu có hệ số chiết suất thấp như Mg2 có n=1,35 hoặc SiO2 có n= 1,46 và vật liệu có chỉ số chiết suất cao như TiO2 có n=2,2 11 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng .Khi chùm tia sáng đi vào thiết bị , thì hiện tượng giao thoa ánh sáng do phản xạ nhiều lần trong khoang cộng hưởng . Nếu bề dày của bước đệm là số nguyên lần của nửa bước sóng ánh sáng tới thì giao thoa xếp chồng xảy ra và công suất quang của bước sóng đạt giá trị cực đại và bước sóng đó sẽ được truyền dẫn thông suốt nhất . Các chùm sáng ở những bước sóng khác nhau trong buồng cộng hưởng hầu như bị phản xạ hoàn toàn . Đường cong phân bố công suất ở đầu ra của bộ lọc có dạng như hình 2.4 1.1. Hình 2.4: Phân bố công suất ở đầu ra bộ lọc. Bộ tách 2 bước sóng Cấu trúc cơ bản của bộ tách như hình sau đây : 12 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Hình 2.5: Cấu trúc bộ tách hai kênh sử dụng bộ lọc giao thoa. Các thiết bị tách bước sóng này có sẵn trên thị trường thương mại và được sử dụng rộng rãi ở các hệ thống thông tin quang sử dụng các nguồn phát LED ở bước sóng 850 nm và 1300 nm, hoặc sử dụng các nguồn phát phổ hẹp của các tổ hợp bước sóng như: 800 nm và 830 nm; 800 nm và 890 nm; 1200 nm và 1300 nm; hoặc 1300nm và 1550 nm vv..., với suy hao xen nhỏ hơn 3dB (cho mỗi cặp) và suy hao xuyên kênh cao hơn 25dB 1.2. Bộ tách lớn hơn 2 bước sóng Thiết bị này sử sụng các bộ lọc nối tiếp nhau, mỗi bộ lọc cho đi qua 1 bước sóng và phản xạ các bước sóng còn lại 13 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Hình 2.6: cấu trúc cơ bản của bộ tách nhiều bước sóng Trong thực tế, thiết bị tách nhiều bước sóng ngoài các bộ lọc còn có các thấu kính, sợi quang…. Hình 2.7: Bộ tách vi quang 5 kênh trong thực tế. Đôi khi có thể thực hiện tạo ra bộ tách kênh mà không cần sử dụng đến bộ phận chuẩn trực. Hình 2.8: Cấu trúc cơ bản của bộ tách nhiều kênh sử dụng bộ lọc giao thoa gắn trực tiếp vào sợi. 1.3. Thiết bị kết hợp gép và tách bước sóng (MUX-DEMUX) Hình 2.9 thể hiện thiết bị MUX-DEMUX 4 bước sóng. Các bước sóng 0,81 mm và 0,89 mm từ hai nguồn quang khác nhau được ghép thành một tia chung để truyền qua sợi quang. Các bước song 1,2 đến 1,3 mm từ sợi quang đến đực tách thành 2 tia ứng với mỗi bước sóng để đưa đến diode tách quang. Thấu kính GRINtại cổng vào dùng loại 1/4P hội tụ. 14 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Trong đó: Hình 2.9: Thiết bị MUX-DEMUX 4 bước sóng. BPF: bộ lọc thông dải LWPF: bộ lọc thông thâp SWPF: bộ lọc thông cao Độ rộng của kênh là 25 nm và 32 nm trong cửa sổ thứ nhất; 47 nm và 50 nm trong cửa sổ thứ hai của sợi quang. Suy hao xen là 1,4 dB cho bước sóng 0,89 mm; 2,6 dB cho bước sóng 1,2 mm; 2,2 dB cho bước sóng 1,3 mm khi dùng Laser diode và 5,2 dB cho bước sóng 0,81nm dùng LED. Suy hao xuyên âm bằng -18dB cho bước sóng ngắn dùng LED còn nếu dùng laser diode thì suy hao là -3,9dB. 2. Thiết bị WDM làm việc theo nguyên lý tán sắc góc. Thiết bị WDM sử dụng bộ lọc màng mỏng không thích hợp cho hệ thống có quá nhiều bước sóng hoặc khi chúng quá gần nhau. Trong trường hợp này phải sử dụng các phần tử tán sắc góc, ưu điểm là tán xạ đồng thời các bước sóng. 2.1. Dùng lăng kính làm phần tử tán sắc góc. Trong giai đoạn đầu của kỹ thuật WDM, người ta dùng lăng kính làm phần tử tán sắc góc( hình 2.10) do hiện tượng chiết suất phụ thuộc vào bước sóng ánh sang n=n(I) nên chum tia sang có bước sóng khác nhau ở đầu vào sẽ bị lăng kính 15 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng phân thành các tia sang đơn sác khác nhau theo các hướng khác nhau ở đầu ra. Hình 2.10: Tán sắc dùng lăng kính Trong đó: i: góc tới i’: góc ló A: góc đỉnh của lăng kính n: chiết suất vật liệu àm lăng kính Nhược điểm: tán sắc dùng lăng kính có mức độ tán sắc thấp, nên khó tách được các bước sóng gần nhau. Vì vậy người ta chỉ có thể dùng lăng kính trong trường hợp tách các bước sóng ở hai cửa sổ truyền dẫn khác nhau (ví dụ bước sóng l1 ở cửa sổ 1300 nm; bước sóng l2 ở cửa sổ 1550 nm). Do nhược điểm không tách được các tia sáng có bước sóng gần nhau nên lăng kính ngày nay không được sử dụng trong công nghệ WDM nữa, thay vào đó người ta sử dụng cách tử nhiễu xạ làm phần tử tán sắc góc. 2.2. Dùng các phần tử tán sắc góc 2.2.1. Mở đầu Cách tử được cấu tạo gồm nhiều rãnh (như răng cưa), được khắc bằng dụng cụ kim cương, trên bề mặt của các rãnh này được ơhủ một lớp phản xạ, số lượng rãnh trên cách tử có thể lên tới vài nghìn rãnh trên 1 mm. Cách tử có khả năng truyền hoặc tán xạ ánh sáng theo những hướng nhất định tuỳ thuộc vào bước sóng của ánh sáng đó. Góc tán xạ phụ thuộc vào khoảng cách rãnh (gọi là bước cách tử) và góc tới. 16 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Hình 2.11: Sử dụng cách tử để tách bước sóng. Cũng giống như lăng kính, ánh sáng không đơn sắc ở đầu vào, sau khi qua cách tử sẽ được tách thành các tia sáng đơn sắc ở đầu ra theo các góc khác nhau. Khác với lăng kính, cách tử nhiễu xạ cho các góc tán xạ lớn hơn. Khi tách kênh (tách bước sóng) bằng cách tử, nguồn sáng tới gồm nhiều bước sóng từ sợi quang sẽ được tách ra thành các tia đơn sắc tương ứng với các bước sóng được truyền trên sợi theo các góc khác nhau. Ngược lại khi ghép kênh, một số kênh bước sóng l1, l2,....., ln đến từ các hướng khác nhau có thể được kết hợp thành một hướng và được đưa tới truyền dẫn trên cùng một sợi quang. 2.2.2. Cách tử nhiễu xạ phẳng Hình 2.12: cách tử nhiễu xạ phẳng. Trong đó: N - đường vuông góc với mặt đáy của cách tử M - đường vuông góc với cạnh của rãnh α - góc tới của tia sáng với N α’ - góc nhiễu xạ với N i - góc tới của tia sáng với M i’’ - góc nhiễu xạ với M d - chu kì cách tử f - góc nghiêng của rãnh Từ hình 2.12 và theo kết quả chứng minh thì khi chiếu hai tia sáng vào rãnh cách tử sẽ tạo ra các tia nhiễu xạ cùng pha nếu hiệu số đường đi hai tia sáng thoả mãn điều kiện sau: 17 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng D0 = d(sin α + sin α’) = kl Với: k - số nguyên l - bước sóng d - chu kì cách tử 2.2.3. Ứng dụng của cách tử nhiễu xạ phẳng. Nói chung, các bộ ghép kênh hoặc tách kênh sử dụng cách tử bao gồm 3 phần chính: các phần tử vào và ra (là mảng sợi hoặc một sợi truyền dẫn với các thành phần thu - phát); phần tử hội tụ quang; phần tử tán sắc góc grating. Hình 2.13: Sơ đồ bộ ghép kênh Grating của Finke. Hình 2.13 là cấu hình đơn giản của một bộ ghép kênh của Finke. Trong đó, mảng đầu sợi quang được đặt tại tiêu cự của một thấu kính tròn, phần tử tán sắc góc grating được đặt tại tiêu cự bên kia của thấu kính đó. Bộ tách kênh thực tế loại này đã thực hiện tách từ 4 đến 6 kênh với suy hao khoảng 1,2 đến 1,7 dB (triển vọng có thể tách được 10 kênh). Hình 2.14. Bộ tách Littrow: a) Cấu trúc cơ bản, b) Cấu trúc thực tế sử dụng lăng kính GRIN-rod của bộ tách 2 kênh Trên hình 2.15, đầu mảng các sợi quang được đặt trước một khe đã được quang khắc trên mặt cách tử phản xạ phẳng đặt vuông góc với các rãnh cách tử. Gương cầu lõm có tách dụng làm thay đổi hướng của bất kì một tia đa bước sóng phân kỳ nào thành một tia song song quay trở lại cách tử, tia này khi đến cách tử, 18 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng sẽ bị tán sắc và phản xạ trở lại gương, phản xạ một lần nữa, tạo ảnh trên vùng mảng sợi quang tuỳ thuộc vào giá trị từng bước sóng. Cấu trúc này có hệ số hội tụ và truyền đạt bằng 1; vì vậy, hiệu suất ghép khá cao, đặc biệt nếu sử dụng gương parabol thì quang sai rất nhỏ, gần bằng 0. Số lượng các kênh có thể ghép trong thiết bị phụ thuộc nhiều vào phổ của nguồn quang: từ năm 1993, đã có thể ghép được 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 tới 49 kênh. Đối với nguồn đơn sắc, suy hao xen của thiết bị ghép rất nhỏ (< 2 dB), và có thể đạt đến 0,5 dB cho thiết bị đơn mode vùng bước sóng 1540 nm đến 1560 nm. Hình 2.15. Bộ tách sử dụng cách tử nhiễu xạ Planar và gương lòng chảo. 2.2.4. Cách tử lòng chảo. Hình 2.16. Cách tử hình lòng chảo. Cách tử hình lòng chảo được sử dụng để phản xạ ánh sáng, vì vậy góc nghiêng của rãnh cách tử được tính toán giống như cách tử phản xạ phẳng. Theo thuyết vô hướng thì góc nghiêng của rãnh phải thay đổi liên tục để duy trì đường phân giác của góc hợp bởi tia tới và tia phản xạ ABC luôn vuông góc với bề mặt của răng cưa. Một ứng dụng của cách tử hình lòng chảo như chỉ ra trên hình 2.21, thiết bị loại này có vẻ như đơn giản hơn vì không sử dụng phần tử hội tụ quang (thấu kính hoặc lăng kính). Thiết bị loại này đã thực hiện ghép 4 kênh, suy hao 2,6 dB; nó có nhược điểm là quang sai không ổn định trong giải phổ rộng. 2.2.5. Cách tử Bragg Cách tử Bragg là cách tử được chế tạo ngay bên trong sợi quang. Cáh tử sợi 19 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Bragg thông thường trước đây khó sản xuất được với độ dài sợi quá 15 cm do hạn chế về chiều dài sợi cách tử đối với bán kính chùm tia laser hoặc do chiều dài của mạt nạ phase. Hiện nay công nghệ chế tạo hiện đại đã cho phép thay đổi các thông số như độ dài cách tử, chiết suất có thể được điều biến theo yêu cầu, tạo nên cách tử sợi dạng nhiều bậc như bước ren; nhờ đó một số lớn các bộ lọc được tạo ra voiư các thông số khá hoàn thiện. Ứng dụng của cách tử sợi Bragg trong module xen/rẽ bước sóng như sau: điều chỉnh bước sóng xen/rẽ dùng cách tử sợi Bragg mạng lại nhiều ưu điểm cho thiết bị OADM. Trong đó, đặc biệt là suy hao xen của thiết bị thấp, đặc tính phổ của bộ lọc có dạng bộ lọc băng thông BPF với khả năng đạt được khoảng cách kênh bước sóng là 50 GHz, đó là một tính năng hoàn toàn thuyết phục. Có hai phương pháp điều khiển bước sóng xen/rẽ đối với thiết bị sử dụng sợi cách tử Bragg, đó là: điều khiển nhiệt hoặc thay đổi độ nén dãn của sợi bằng tải cơ, song cách thứ hai đạt được tốc độ điều chỉnh cao hơn. Ứng dụng cách tử sợi Bragg trong bù tán sắc: phổ của xung quang chứa nhiều thành phần bước sóng khác nhau, khi truyền xung dọc sợi quang, thành phần bước sóng ngắn sẽ đi nhanh hơn thành phần bước sóng dài, đây chính là hiệu ứng tán sắc, làm dãn phổ xung quang đó và có thể gây xuyên nhiễu lên các xung quang lân cận. Trước đây đã có nhiều giải pháp bù tán sắc, như sử dụng sợi bù tán sắc DCF, nhưng cách này thực ra còn nhiều nhược điểm như: gây suy hao lớn, gây ra các hiệu ứng phi tuyến khác… Hình 2.17. Nguyên lý cách tử Bragg bù tán sắc. CÁC THIẾT BỊ WDM GHÉP SỢI. Các thiết bị WDM ghép sợi phù hợp hơn đối với các sợi đơn mode vì có thể tránh được quang sai, giảm trễ, giảm suy hao do các quá trình xử lý chùm sáng qua các đoạn phản xạ, chuẩn trực, hội tụ vv... gây ra. Thiết bị WDM ghép sợi hoạt động dựa II. 20 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng trên nguyên lý: khi lõi các sợi quang đặt gần nhau thì công suất quang từ một sợi sẽ chuyển vào các sợi khác. Các thiết bị WDM ghép sợi có thể có hai dạng đó là: nung nóng chảy các sợi kề nhau và đánh bóng chỗ tiếp xúc giữa hai sợi. Trong kỹ thuật đánh bóng, mỗi sợi được lắp vào một thấu kính đã đục cong sẵn, có đường kính cong thường bằng 25 cm, cho nên dạng này còn gọi là bộ ghép khối. Còn trong kỹ thuật xoắn nóng chảy, hai lõi sợi được xoắn vào nhau và được nung nóng chảy thành một lõi chung. Hình 2.18. Hai phương pháp tạo ra các bộ ghép sợi cho thiết bị WDM. Các bước sóng tương ứng với sự đồng nhất các hàm số lan truyền của hai đường dây này là các bước sóng mà ở đó sự truyền năng lượng được đổi chỗ từ sợi này sang sợi kia. Băng thông của bộ ghép sợi nóng chảy có dạng gần như hình sin làm hạn chế việc lựa chọn nguồn phát. Rõ ràng rằng các LED không thể được sử dụng vì phổ của nó rộng. Như vậy chỉ có các diode laser có độ rộng phổ hẹp được sử dụng nếu tránh được suy hao xen và xuyên kênh lớn. Hình 2.19. Đáp ứng của bộ tách kênh 1300/1550nm với kỹ thuật ghép nóng chảy 2 sợi như nhau. Trong cấu trúc nóng chảy, đoạn ghép được kéo dài cho đến khi giá trị ghép theo yêu cầu đạt được ở những bước sóng đã định. Ví dụ ghép nóng chảy 1300/1550nm có thiết bị này như trên hình 2.25. 21 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Khi cần ghép nhiều hơn hai bước sóng, phải ghép nối tiếp các bộ ghép (cấu hình rẽ nhánh). Trên hình 2.26 là bộ ghép gồm 3 mối ghép nối tiếp các bước sóng: l1 =1320nm, l2 = 1280nm, l3 = 1240nm và l4 = 1200nm. Hình 2.20. Bộ ghép kênh 4 bước sóng bằng ghép nóng chảy nối tiếp các sợi đơn mode. Ưu điểm chính của ghép đơn mode theo phương pháp mài bóng so với phương pháp ghép nóng chảy là có thể điều hưởng được bằng cách dịch chuyển vị trí tương đối của hai sợi với nhau. Ghép theo phương pháp nóng chảy thì giá thành hạ. Có thể kết hợp cả hai phương pháp để đạt được hiệu quả tối ưu. 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 phải nhỏ, thường thích hợp với các bộ grating vi quang. 22 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng CHƯƠNG III: MỘT SỐ VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN QUAN TÂM ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM. I. SỐ KÊNH SỬ DỤNG VÀ KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC KÊNH 1. Khoảng cách và yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách giữa các kênh Các yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách giữa các kênh:      Tốc độ truyền dẫn của từng kênh Quỹ công suất quang Ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến Độ rộng phổ của nguồn phát Khả năng tác/ghép của thiết bị WDM Mặc dù cửa sổ truyền dẫn tại vùng bước sóng 1550nm có độ rộng 100nm nhưng do dải khuếch đại của bộ khuếch đại quang chỉ có 35nm (theo kiến nghi của ITU-T thì dải khuếch đại này ứng với bước sóng 1530-1565nm đối với băng C và 1570-1603 đối với băng L) Vì vậy bộ WDM không thể tận dụng hết băng tần của sợi quang . Khoảng cách kênh là độ rộng tần số tiêu chuẩn giữa các kênh gần nhau. Dưới đây ta chỉ xét các hệ thong có khoảng cách kênh đều nhau. Nếu gọi Dl là khoảng cách giữa cách kênh thì ta có: Df=c*(Dl/l2) Như vậy tại bước sóng l=1150nm, với Dl=35nm và chỉ xét riên với băng C ta có: Df=4370 GHz, giả sử tốc độ truyền dẫn kênh là 2.5GHz thì theo nyquist phổ cơ sở của tính hiệu là 2*2,5=5GHz. Khi đó số kênh bước sóng cực đại có thể đạt được là N=Df/5=874 kênh. Tần số trung tâm danh định là tần số tương ứng với mỗi kênh quang trong hệ thống ghép kênh quang. Để đảm bảo sự tương thích thì cần phải chuẩn hóa tần số trung tâm của các kênh trong hệ thống WDM , ITU-T đưa ra khoảng cách tối thiểu giữa các kênh là 100GHz (xấp xỉ 0,8 nm) với tần số chuẩn là 193,1THz. Dưới đây là bảng liệt kê các tần số trong tâm danh định lấy 50GHz vào 100GHz làm khoảng cách giữa cách kênh trong khoảng bước sóng từ 1534-1560nm: 23 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng 24 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng 25 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng 26 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Trong một hệ thống WDM số lượng bước sóng không thể quá nhiều, vì việc điều khiển và giám sát sẽ phức tạp từ đó có thể quy định trị số lớn nhất của các bước sóng. Tất cả các bước sóng phải nằm ở phần tương đối bằng phẳng trên đường con tang ích của bộ khuếch đại quang . Một hệ thống WDM 16 và 18 kênh sẽ có bảng phân phối kênh trên thực tế như sau: 27 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng II. VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH BƯỚC SÓNG CỦA NGUỒN QUANG VÀ YÊU CẦU ĐỘ RỘNG CỦA NGUỒN PHÁT. 1. Ổn định bước sóng của nguồn quang Trong hệ thống WDM phải quy định và điều chỉnh chính xác bước sóng của nguồn, nếu không sự trôi bước sóng làm cho hệ thống không ổn định và kém tin cậy. Hiện nay, có 2 phương pháp điều khiển nguồn quang đó là: -Điều khiển phản hồi thông qua nhiệt độ chip của bộ kích quang. -Điều khiển phản hồi thông qua giám sát tín hiệu quang ở đầu ra. 2. Yêu cầu độ rộng nguồn phát 28 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Mục đích nhằm đảm bảo cho các kênh hoạt động độc lập, tránh hiện tượng chồng phổ. Băng thông của sợi quang rất rộng, có thể ghép được rất nhiều kênh quang. Tuy nhiên, trong thực tế các hệ thống WDM thường đi kèm với bộ khuếch đại quang làm việc ở vùng cửa sổ 1550nm nên băng tần của hệ thống bị giới hạn (1530-1565nm cho băng C và 1570-1603nm cho băng L). Từ đó vấn đề đặt ra là khoảng cách cách kênh quang thế nào để tránh hiện tượng chồng phổ của các kênh lân cận ở phía thu? Khoảng cách này phụ thuộc độ rộng nguồn phát, và các ảnh hưởng: tán sắc sợi, các hiệu ứng phi tuyến… Có thể xem hệ thống WDM là sự xếp chồng của các truyền dẫn đơn kênh khi khoảng cách giữa các kênh đủ lớn và công suất phát hợp lý. Ta có x là hệ số đặc trưng cho sự tương tác nguồn phát-sợi quang thì : X=B*D*D Trong đó : D:sự giãn phổ của nguồn B:độ rộng bằng tần tín hiệu truyền dẫn D:độ tán sắc tương ứng khoảng cách truyền III. XUYÊN NHIỄU GIỮA CÁC KÊNH TÍN HIỆU QUANG. Xuyên nhiễu giữa các kênh trong sợi quang gây ảnh hưởng đến độ nhạy máy thu dẫn tới ảnh hưởng rất lớn đến hệ thông, gồm các loại sau: -Xuyên nhiễu tuyến tính: do đặc tính không lý tưởng của các thiết bị tách kênh -Xuyên nhiễu phi tuyến: chủ yếu do các hiệu ứng phi tuyến của sợ quang gây ra. IV. SUY HAO – QUỸ CÔNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG WDM. Trong bất kỳ hệ thống nào cũng cần đảm bảo tỷ số tín hiệu trên tạp âm(S/N) sao cho ở đâu thu thu được tín hiệu với mức BER cho phép. Giả sử máy phát truyền đi 1 công suất Pphát , trên quãng đường truyền đi càng xa thì công suất này càng bị suy hao, nếu sự suy hao quá lớn sẽ làm cho tín hiệu đến máy thu nhỏ hơn công suất thu nhỏ nhất Pthu min thì dễ bị mất tín hiệu. Từ đó, để máy thu thu được thông tin thì công suất tín hiệu đến phải năm trong dải công suất máy thu: Pmáy phát=Pphát+Pdự trữ 29 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Pthu min[...]... lấy 50GHz vào 100GHz làm khoảng cách giữa cách kênh trong khoảng bước sóng từ 1534-1560nm: 23 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng 24 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng 25 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng 26 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Trong... 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 phải nhỏ, thường thích hợp với các bộ grating vi quang 22 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng CHƯƠNG III: MỘT SỐ VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CẦN QUAN TÂM ĐỐI VỚI HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM I SỐ KÊNH SỬ DỤNG VÀ KHOẢNG CÁCH GIỮA CÁC KÊNH 1 Khoảng cách và. .. hợp bước sóng như: 800 nm và 830 nm; 800 nm và 890 nm; 1200 nm và 1300 nm; hoặc 1300nm và 1550 nm vv , với suy hao xen nhỏ hơn 3dB (cho mỗi cặp) và suy hao xuyên kênh cao hơn 25dB 1.2 Bộ tách lớn hơn 2 bước sóng Thiết bị này sử sụng các bộ lọc nối tiếp nhau, mỗi bộ lọc cho đi qua 1 bước sóng và phản xạ các bước sóng còn lại 13 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng. .. thiết bị MUX-DEMUX 4 bước sóng Các bước sóng 0,81 mm và 0,89 mm từ hai nguồn quang khác nhau được ghép thành một tia chung để truyền qua sợi quang Các bước song 1,2 đến 1,3 mm từ sợi quang đến đực tách thành 2 tia ứng với mỗi bước sóng để đưa đến diode tách quang Thấu kính GRINtại cổng vào dùng loại 1/4P hội tụ 14 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Trong đó: Hình... Bộ tách 2 bước sóng Cấu trúc cơ bản của bộ tách như hình sau đây : 12 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Hình 2.5: Cấu trúc bộ tách hai kênh sử dụng bộ lọc giao thoa Các thiết bị tách bước sóng này có sẵn trên thị trường thương mại và được sử dụng rộng rãi ở các hệ thống thông tin quang sử dụng các nguồn phát LED ở bước sóng 850 nm và 1300 nm, hoặc sử dụng các nguồn... WDM số lượng bước sóng không thể quá nhiều, vì việc điều khiển và giám sát sẽ phức tạp từ đó có thể quy định trị số lớn nhất của các bước sóng Tất cả các bước sóng phải nằm ở phần tương đối bằng phẳng trên đường con tang ích của bộ khuếch đại quang Một hệ thống WDM 16 và 18 kênh sẽ có bảng phân phối kênh trên thực tế như sau: 27 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng. .. 1300/1550nm với kỹ thuật ghép nóng chảy 2 sợi như nhau Trong cấu trúc nóng chảy, đoạn ghép được kéo dài cho đến khi giá trị ghép theo yêu cầu đạt được ở những bước sóng đã định Ví dụ ghép nóng chảy 1300/1550nm có thiết bị này như trên hình 2.25 21 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng Khi cần ghép nhiều hơn hai bước sóng, phải ghép nối tiếp các bộ ghép (cấu hình rẽ nhánh)... nm và dải điều chỉnh 400 nm Ngoài ra còn một số thí nghiệm khác sử dụng kĩ thuật tách sóng coherent, thực hiện ghép 10 kênh quang 70Gb/s, và khoảng cách kênh 6GHz Thí 34 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng nghiệm này sử dụng sao quảng bá 128 x128 để đưa tín hiệu tới nhiều thuê bao khác nhau Hình 4.1: Mạng WDM quảng bá hình sao Trong mạng quảng bá, có hai vấn đề. . .Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng 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 những đường 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 được chế tạo dựa trên hai... hình 2.12 và theo kết quả chứng minh thì khi chiếu hai tia sáng vào rãnh cách tử sẽ tạo ra các tia nhiễu xạ cùng pha nếu hiệu số đường đi hai tia sáng thoả mãn điều kiện sau: 17 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM và ứng dụng D0 = d(sin α + sin α’) = kl Với: k - số nguyên l - bước sóng d - chu kì cách tử 2.2.3 Ứng dụng của cách tử nhiễu xạ phẳng Nói chung, các bộ ghép kênh hoặc ... 23 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ứng dụng 24 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ứng dụng 25 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo. .. hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ứng dụng 26 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ứng dụng Trong hệ thống WDM số lượng bước sóng nhiều, việc điều khiển giám... khác sử dụng kĩ thuật tách sóng coherent, thực ghép 10 kênh quang 70Gb/s, khoảng cách kênh 6GHz Thí 34 Đề tài: tìm hiểu kỹ thuật ghép kênh quang theo bước sóng WDM ứng dụng nghiệm sử dụng quảng