ĐIỀU KHIỂN tán sắc

HỌC VIỆN CỒNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG HỌC VIỆN CỒNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOÀ QUỐC TÉ VÀ ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOÀ QUỐC TÉ VÀ ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC -oOo -— -oOo — ĐỒ ÁN MÔN HỌC THÔNG TIN QUANG NÂNG CAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ CAO HỌC NGÀNH ĐIẸN TỬ - VIỄN THÔNG THÔNG TIN QUANG NÂNG CAO HỆ CAO HỌC NGÀNH ĐIẸN TỬ - VIỄN THÔNG CHUYÊN ĐÈ CHUYÊN ĐÊ ĐIÊU KHIỂN TÁN SẮC ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC GVHD: TS TS.LêLêQuốc QuốcCường Cường GV hướng dẫn: HVTH: NguyễnTrần TrầnAnh AnhTuấn Tuấn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phạm Phạm Minh Minh Tú Tú Lớp: Lóp: CH09ĐT2 CH09ĐT2 TP.HỒ CHÍ MINH, NẢM 2010 TP.HỒ CHÍ MINH, NẢM 2010 Kỹ thuật điều khiến tán sắc MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ .2 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .3 ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC CẦN THIẾT PHẢI ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC .6 MÔ HÌNH BÙ TRƯỚC (PRECOMPENsATION) .9 2.1 Kỹ thuật Prechirp 2.2 Kỹ thuật mã hóa Novel: 12 2.3 Kỹ thuật Prechirp phi tuyến: 14 KỸ THUẬT BÙ SAU 16 SỢI QUANG BÙ TÁN SẮC .17 Bộ LỌC QUANG 19 CÁCH TỬ SỢI QUANG BRAGG (Fiber Bragg Gratings) 22 6.1 Chu kỳ cách tử đồng (Uniform-Period Gratings) 23 6.2 Chirped Fiber Gratings: (Cách tử sợi quang Chirped) 26 6.3 Bộ ghép mode Chirped (chirped mode couplers) 29 LIÊN HỢP PHA QUANG OPC 30 7.1 Nguyên lý hoạt động: 30 7.2 Bù tán sắc tự điều chế pha (Compensation of Self-Phase Modulation ) 31 Trang ASE Ampliíĩer Spontaneous Emission ADM BER Add Drop Multiplexer Bit Error Ratio cw Continuous Wave Distributed Bragg Reílector DBR DCF DDF DGP DM DWDM EDFA FM FP FRASL FWHM FWM GVD LED MZ NTE NLS NOLM NRZ NSE NSDSF OA OAT OADM OBA OAR oc ODM OF OFC OM OMUX OPA OPU ORX osc OTX PIM PMD RZ SAGCM Bức xạ tự phát khuếch đại Thiết bị xen rẽ Tỉ lệ lỗi bít Sóng liên tục Phản xạ phân bố Bragg Kỹ thuật điều khiến tán tản sắc Dispersion-Compensating Fiber Sợi quang bù tán sắc với 9.3 băng Điều thông khiển 0.12nm 27 tán sắc thành phầngiảm tán sắc Dispersion-Decreasing Fiber Sợi quang tánbậc sắccao : 48 Differential Group Delay Trễ nhóm Dispersion-managed Quản lý tán 2sắc Hình 9.4 6.6:BùSơtánđồsắc bùphân tán sắc cựcbằng mode cách PMD 50 dùng lọc phát íĩber -base transmission filter.29 Hình 7.1: Thí nghiệm bù tán sắc đảo giữatheo phổ 21 km chiều dài sợi Dense Wavelength-Division Ghép kênhkhoảng phân chia Multiplexing bước sóng mật độ cao quang 34 Erbium-Doped Fiber AmpliTier Bộ khuyếch đại quang pha trộn Erbium Frequency Modulation Điều Hình 8.1: Vòng lặp quang dùng để chế pháttầntínsốhiệu tốc độ 10 Gb/s khoảng cách Fabry-Perot MộtSCF 37 loại khoang cộng 10.000 km sợi quang chuẩn sử dụng hưởng Fiber Raman Soliton Laser Laser quang Raman Soliton Hình 9.2 : Phổ phản xạ đồ thị tán sắc theo điện áp đốt phương pháp gradient nhiệt DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Đồ thị quan hệ tốc độ truyền theo chiều dài sợi quang tương ứng với bề rộng .47 Full-Width at Half-Maximum Độ rộng nửa cực đại phổ nguồn đi-ốt phát quang 0, nm .7 Four-Wave Mixing Trộn bước sóng Group-Velocity Dispersion Tán sắc vận tốc nhóm Hình 9.3 : Dạng xung ngõ truyền với khoảng cách 300km không 49 Diode Nguồn dạng LED cách truyền với xung đầu vào HìnhLight 2.1: Emitted Đồ thị mô tả độ giãn rộng xungphát theo khoảng Mach-Zehnder Một loại lọc xung chirp Gauss trường hợp p2>0 10 Network Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối mạng có dùng sợi dịch tán sắc 49 Nonlinear Schrodinger Schrodinger phi tuyến Hình 2.2: Mô hình kỹ thuật prechirp dùng để bù tán sắc 11 Nonlinear Optical-Loop Mirror Gương quang vòng phi tuyến Hình 2.3: Bù tán sắc sử dụng mã hóa FSK .12 Nonretum to Zero Mã NRZ Nonlinear Schr"odinger Equation Phương trình Schrodinger DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Hình 2.4: Đồ thị cường độFiber sáng theo giandịch tín tán hiệusắc 16 Gbps khoảng cách truyền 70km Nonzero-Dispersion-Shifted Sợithời quang Optical Ampliíĩer Khuếch đại quang sử dụng sợi quang tiêu chuẩn có sử dụng kỹ thuật nén tán sắc .14 Optically ampliĩied transmitter Bộ phát khuếch đại quang Optical Add/Drop Multiplexer Bộ rẽ bước sóng quang Hình 2.5: đồ thị quan hệ khoảng cách truyền giới hạn tán sắc GVD mức Optical Booster Amplifier Bộ khuếch đại đệmbịquang công suất truyền trung bình 15 Optically ampliíìed receiver Bộ thu khuếch đại quang Optical Channel Kênh quang Optical Demultiplexer Tách bước cách sóng tử quang Hình 4.1: Mô hình sợi DCF hai mode sử dụng chu kỳ dài 19 Optical Fiber Sợi quang Optical Fiber Cable Cáp sợi quang Hình 5.1: Mô hình kết họp lọc quang khuyếch đại quang 20 Optical Multiplexer Ghép bước sóng quang Optical MUX Bộ ghép kênh quang Hình 5.2 : Mô hình lọc quang sử dụng giao thoa Mach-Zehnder 21 Optical Preamplifier Bộ tiền khuếch đại quang Optical PreampliTication Unit Khối tiền khuếch đại quang Optical Bộsốthu quang Hình 6.1 : Độ Receiver lớn(a) pha(b) hệ phản xạ cách tử sợi quang đồng với /cLơ Optical Transmission Section Kênh giám sát quang Optical Transmitter Bộ phát quang Polarization-Interleaved multiplexing Ghép xen kênh phân cực Trang 23 Polarization-Mode Dispersion Tán sắc phân cực mode Retum to Zero Mã RZ Separate Absorption, Grading, Sự hấp thụ, pha trộn, phí tổn Charge, and Multiplication khuếch đại riêng biệt SNR SOA Signal-To-Noise Ratio Semiconductor Optical Ampliíìer Tỉ số tín hiệu nhiễu SPM Self-Phase Modulation SRS SSFS TOD Stimulated Raman Scattering Soliton Self-frequency Shift Third-Order Dispersion TW Traveling Wave Bộ khuếch đại dẫn Tự điều chế pha quang bán Tán xạ kích thích Raman Dịch tần số Soliton Tán sắc bậc Sóng Traveling Trang Kỹ thuật điều khiến tản sắc VVDM Wavelength-Division Multiplexing WADM Wavelength Division Multiplexing Access XPM Cross-Phase Modulation Ghép kênh phân chia theo bước sóng Mạng sử dụng kỹ thuật đa truy nhập ghép kênh theo bước sóng Điều chế xuyên pha Trang Kỹ thuật điều khiến tản sắc ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC Suy hao quang không giới hạn lớn hệ thống thông tin quang, thay vào hệ thống thông tin quang đại giới hạn thường gặp tán sắc hiệu ứng phi tuyến gây nên Suy hao quang giải cách dễ dàng khuyếch đại quang nhiên kèm làm gia tăng tán sắc, trái ngược với tái tạo (Regenerator) điện tử, khuyếch đại quang không khôi phục lại tín hiệu khuyếch đại thành tín hiệu gốc ban đầu Ket là, tán sắc tích lũy qua khuyếch đại làm giảm khả truyền tín hiệu Chính lý này, có nhiều mô hình điều khiển tán sắc nghiên cứu suốt thập niên 1990 để hạn chế tác động tán sắc hệ thống thông tin quang Trong báo cáo giới thiệu số kỹ thuật đặc biệt dựa vào lý tính tượng truyền dẫn quang để cải thiện tán sắc thực tế Ở mục giải thích cần thiết phải điều khiển tán sắc Mục dành toàn cho phương thức dùng đầu phát đầu thu để điều khiển tán sắc Ở mục 1.4 đến mục 1.6 giới thiệu phương pháp sử dụng phần tử quang tán sắc cao đường cáp quang Kỹ thuật sử dụng tín hiệu quang pha kết họp hay gọi kỹ thuật đảo khoảng phổ (midspan spectral inversion) giới thiệu mục Mục giới thiệu điều khiển tán sắc hệ thống đường dài Mục tập trung vào hệ thống dung lượng cao hệ thống băng rộng Kỹ thuật bù tán sắc phân cực mốt (PMD) đề cập mục CẦN THIẾT PHẢI ĐIỀU KHIẺN TÁN SẮC Tán sắc làm giãn bề rộng xung ánh sáng truyền sợi quang làm giới hạn hoạt động hệ thống truyền dẫn quang Như ta biết hiệu ứng tán sắc vận tốc nhóm (GVD) tối thiểu hóa la-de có độ rộng phổ hẹp (xem hình 1.1 quan hệ tốc độ truyền theo chiều dài sợi quang tương ứng với bề rộng phổ nguồn đi-ốt phát quang 0, nm nm) không bị tán sắc bước sóng tán sắc không X ZD Tuy nhiên, thực tế, hệ thống truyền dẫn quang thường hoạt động bước sóng X khác với bước sóng tán sắc không Ằ,ZD • Một ví dụ thực tế hệ thống thông tin quang hoạt động bước sóng 1,55 pm sử dụng la-de phát DFB, hệ thống sử dụng cáp sợi Trang Kỹ thuật điều khiển tán sắc quang đơn mốt “tiêu chuẩn” với bước sóng tán sắc không Ằ,ZD 1,31 pm hệ thống xây dựng suốt thập niên 1980 Hoa Kỳ có chiều dài khoảng 50 triệu km Do có tán sắc D « 16 ys/Ợim — nrrì) vùng bước sóng 1,55 pin, nên tán sắc GVD hạn chế hoạt động hệ thống tốc độ 2Gbps Fỉgure 2.13: Limiling bii rate of single-mode fibers as a runction of the lĩber length for ơ; = 0, I and nin The case ơ; = corresponds to the case of an optical source whose spectral width is much snialler than the hít rate Hình 1.1: Đồ thị quan hệ tốc độ truyền theo chiều dài sợi quang tương ứng với bề rộng nguồn đi-ốt phát quang 0, nm Đối với la-de phát DFB điều chế trực tiếp, sử dụng phương trình 1.1 để ước lượng khoảng cách truyền tối đa L[...]... đồ tán sắc Mộtchúng giải pháp là đoạn kỹ thuật periodic (điều khiển tán sắc Bù hao.Ý tạitưởng các bộcơkhuếch đạiđơn có thể bao bộ gồm bởiquang việc thay đổi sắc thông hao tuầnsuy hoàn) bản khá giảnđược là dùng trộn với tán vậnsốtốcsuy nhóm họp tại những khuếch đại kỳ để tổng tán sắc trên mỗi chu kỳ gần bằng 0 Mô hình GVDlý dương và vùng âm trong 1 chu Phương rõ định xét sắc nghiên cứunhau hệ thống điều. .. điều tántrung sắc đơn giảntrình nhất 8.2 chỉ làm sử dụng 2 sợilượng quangđểcóxem độ tán ngược và chiều dàikhiển tán sắc Nó vô cùng hữu ích để ước lượng giới hạn cuối cùng trong phương trình này bình: D = ( D X L X + D2A(z,t) L2)/Lm= ổ(z,í)exp -~ịa(z)dz ^0 (8.3) (8.1) Với Dj là tán sắc sợi quang có chiều dài Lj (j=l,2) và Lm =LX+L2 là chu kỳ của bản đồ Thay vào Phương trình 8.2 tán sắc Neu D~0 thì tán sắc. .. Trang 36 Kỹ thuật điều khiến tán sắc dù tán sắc vận tốc nhóm GVD cao Tổng khoảng cách truyền có thể vượt quá 15.000 km cho sợi quang tán sắc thay đổi với /? 2 = -2ps2 /bn gần với bước sóng 1,55 Lim Kỹ thuật pha kết hợp không được sử dụng trong thực tế khi các bộ khuếch đại tham số chưa thông dụng trong thương mại Phần kế tiếp tập trung vào kỹ thuật thông dụng sử dụng để điều khiển tán sắc trong hệ thống... và FWM sẽ được giới hạn Do đó tác động của hiệu ứng phi tuyến lên chế độ hoạt động của hệ thống điều khiển tán sắc đã được nghiên cứu 1 cách sâu sắc Trong chương này sẽ tập trung vào hệ thống quang đường dài mà bản đồ điều khiển tán sác và suy hao được sử dụng đồng thờiPeriodic Dispersion Maps ( Bản đồ tán sắc tuần hoàn) EA LN Poíansation Optical LD Modulator Modulalor Scrambler Reccivcr sw Hình 8.1:... điều khiến tán sắc cm ' trên 12 cm chiều dài Điều này chỉ ra rằng tốc độ trễ nhóm, tập trung ở buớc sóng Bragg , có thể được sử dụng cho bù tán sắc nếu bước sóng của tín hiệu tới trong vùng trung tâm của stop band để phổ tín hiệu biến đổi tuyến tính 1 cách tử dài 8.1 cm có khả năng bù tán sắc GVD trên chiều dài 257 km sợi quang chuẩn với tốc độ 10 Gb/s Mặc dù cách tử đồng nhất được sử dụng cho bù tán. .. cho tán sắc bậc 3 Ở đây, dễ dàng thấy rằng, bằng cách giữ các thành phần bậc cao hơn trong khai triển Taylor ở phương trình Trang 30 Kỹ thuật điều khiến tản sắc /?(») = «(«0- « A + A (Aw)+4 (Aw)2 + 4 (Aw)3 c 2 3 (7.1.3) khi đó OPC có thể bù cho tất cả các thành phần tán sắc bậc chẵn mà không ảnh hưởng đến các thành phần bậc lẻ Tính hiệu quả của liên hợp pha quang khoảng giữa phổ trong việc bù tán sắc. .. km Sự lựa chọn bước sóng hoạt động , đặc biệt là bước sóng tán sắc không có ý nghĩa then chốt Trong vùng tán sắc dị thường ^2 10 ps/(km-nm)) Đây là trường họp đối... dụng cách tử chu kỳ dài Các đặc tính tán sắc đo được của sợi DCF được chỉ ra ở hình 4.1b Hệ số tán sắc D có giá trị -420ps/(km-nm) ở bước bước sóng 1550nm và thay đổi nhiều ở các bước sóng khác Đây là một đặc tính quan trọng cho phép bù tán sắc băng rộng Nói một cách tổng quát sợi DCF được thiết kế để ỊD| tăng theo bước sóng Sự phụ thuộc vào bước sóng của hệ số tán sắc D là một đặc tính quan trọng để... để điều khiển tán sắc trong hệ thống quang đường dài 8 HỆ THỐNG QUANG ĐƯỜNG DÀI: Chương này tập trung vào hệ thống quang đường dài, việc điều khiển tán sắc sẽ giúp cho việc mở rộng khoảng cách truyền từ lOkm cho đến vài trăm km vấn đề quan trọng Là điều khiển tán sắc như thế nào để có thể sử dụng được cho hệ thống đường dài với Khoảng cách có thể lên đến hàng ngàn km Neu tín hiệu quang được lặp lại... (S2-K2)2'2 ’Pi (S2-K2f2 Kỹ thuật điều khiến tán sắc Tuy nhiên khi pha gần như trong vùng tuyến tính, cách tử làm cho sự tán sắc chỉ tồn tại bên ngoài stop band (băng chặn) Lưu ý rằng hằng số lan truyền p = p B ± q Thông sổ vận tán sắc của cách tử quang sợi được cho bởi: Với vơ là tốc nhóm( Group velocity) của xung, tần số sóng mang Sgn( ... có điều phápkhiển tốt tán sắc có diện hiệu ứng phi tuyến Phương pháp số thường sử dụng để tối việcđồthiết kế hệ thống điều tán xung sắc Nói chung tán uợc sắc vận Neuưubản tán sắc đuợc tạo để khiển. .. phân bố Bragg Kỹ thuật điều khiến tán tản sắc Dispersion-Compensating Fiber Sợi quang bù tán sắc với 9.3 băng Điều thông khiển 0.12nm 27 tán sắc thành phầngiảm tán sắc Dispersion-Decreasing...Kỹ thuật điều khiến tán sắc MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ .2 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .3 ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC CẦN THIẾT PHẢI ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC .6 MÔ HÌNH