Chuyên đề điều khiển tán sắc

Chuyên đề điều khiển tán sắc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THÔNG TIN QUANG NÂNG CAO NGÀNH ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG CHUYÊN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC CẦN THIẾT PHẢI ĐIỀU KHIỂN TÁN SẮC MÔ HÌNH BÙ TRƯỚC (PRECOMPENSATION) 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 7.3 Tín hiệu liên hợp pha (Phase-conjugated Signal): 33 HỆ THỐNG QUANG ĐƯỜNG DÀI: 37 8.1 Lý thuyết sở: 39 8.2 Hiệu ứng tương tác phi tuyến đồng kênh (Intrachannel Nonlinear Effects): 41 HỆ THỐNG QUANG DUNG LƯỢNG CAO 43 9.1 Bù tán sắc băng rộng : 43 9.2 Bù tán sắc điều khiển (Tunable Dispersion Compensation) 46 9.3 Điều khiển tán sắc thành phần tán sắc bậc cao : 48 9.4 Bù tán sắc phân cực mode PMD 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Đồ thị quan hệ tốc độ truyền theo chiều dài sợi quang tương ứng với bề rộng phổ nguồn đi-ốt phát quang 0, nm Hình 2.1: Đồ thị mô tả độ giãn rộng xung theo khoảng cách truyền với xung đầu vào xung chirp Gauss trường hợp β2>0 10 Hình 2.2: Mô hình kỹ thuật prechirp dùng để bù tán sắc 11 Hình 2.3: Bù tán sắc sử dụng mã hóa FSK 12 Hình 2.4: Đồ thị cường độ sáng theo thời gian tín hiệu 16 Gbps khoảng cách truyền 70km sử dụng sợi quang tiêu chuẩn có sử dụng kỹ thuật nén tán sắc 14 Hình 2.5: đồ thị quan hệ khoảng cách truyền bị giới hạn tán sắc GVD mức công suất truyền trung bình 15 Hình 4.1: Mô hình sợi DCF hai mode sử dụng cách tử chu kỳ dài 19 Hình 5.1: Mô hình kết hợp lọc quang khuyếch đại quang 20 Hình 5.2 : Mô hình lọc quang sử dụng giao thoa Mach-Zehnder 21 Hình 6.1 : Độ lớn(a) pha(b) hệ số phản xạ cách tử sợi quang đồng với k Lg =2 k Lg =3 23 Hình 6.2: Tán sắc vận tốc nhóm GVD Mô tả hàm β theo thông số δ tương ứng với g giá trị hệ số k khoảng 1-10 24 Hình 6.3: Tín hiệu phát (đường liền nét) trễ( đường chấm) , hàm bước sóng cho cách tử đồng k (z) thay đổi từ 0-6 c m 1 chiều dài cách tử 11cm 25 Hình 6.4 Cách tử quang Chirped dùng bù tán sắc a/ chiết suất n(z) theo chiều dài cách tử b/ hệ số phản xạ tần số thấp cao vùng khác cách tử 27 Hình 6.5: Hệ số phản xạ thời gian trễ cách tử quang Chirped tuyến tính 27 với băng thông 0.12nm 27 Hình 6.6: Sơ đồ bù tán sắc cách dùng lọc phát fiber –base transmission filter 29 Hình 7.1: Thí nghiệm bù tán sắc đảo khoảng phổ 21 km chiều dài sợi quang 34 Hình 8.1: Vòng lặp quang dùng để phát tín hiệu tốc độ 10 Gb/s khoảng cách 10.000 km sợi quang chuẩn sử dụng SCF 37 Hình 9.1 : Mô hình ghép tầng cách tử để bù tán sắc hệ thống WDM 44 Hình 9.2 : Phổ phản xạ đồ thị tán sắc theo điện áp đốt phương pháp gradient nhiệt 47 Hình 9.3 : Dạng xung ngõ truyền với khoảng cách 300km không 49 có dùng sợi dịch tán sắc 49 Hình 9.4: Mô hình bù tán sắc PMD quang điện 51 Hình 9.5: Bù tán sắc điều chỉnh sử dụng cách tử quang chirp khúc xạ kép 52 Hình 9.6: Đồ thị quan hệ hệ số mở rộng xung giá trị DGD trung bình 53 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ASE ADM BER CW DBR DCF DDF DGP DM DWDM Amplifier Spontaneous Emission Add Drop Multiplexer Bit Error Ratio Continuous Wave Distributed Bragg Reflector Dispersion-Compensating Fiber Dispersion-Decreasing Fiber Differential Group Delay Dispersion-managed Dense Wavelength-Division Multiplexing EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier FM FP Frequency Modulation Fabry–Perot FRASL Fiber Raman Soliton Laser Bức xạ tự phát khuếch đại Thiết bị xen rẽ Tỉ lệ lỗi bít Sóng liên tục Phản xạ phân bố Bragg Sợi quang bù tán sắc Sợi quang giảm tán sắc Trễ nhóm Quản lý tán sắc Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao Bộ khuyếch đại quang pha trộn Erbium Điều chế tần số Một loại khoang cộng hưởng Laser quang Raman Soliton FWHM FWM GVD LED MZ NTE NLS NOLM Full-Width at Half-Maximum Four-Wave Mixing Group-Velocity Dispersion Light Emitted Diode Mach–Zehnder Network Terminal Equipment Nonlinear Schr¨odinger Nonlinear Optical-Loop Mirror NRZ NSE NSDSF OA OAT OADM OBA OAR OC ODM OF OFC OM OMUX OPA OPU ORX OSC OTX PIM PMD RZ SAGCM SNR SOA Nonreturn to Zero Nonlinear Schr¨odinger Equation Nonzero-Dispersion-Shifted Fiber Optical Amplifier Optically amplified transmitter Optical Add/Drop Multiplexer Optical Booster Amplifier Optically amplified receiver Optical Channel Optical Demultiplexer Optical Fiber Optical Fiber Cable Optical Multiplexer Optical MUX Optical Preamplifier Optical Preamplification Unit Optical Receiver Optical Transmission Section Optical Transmitter Polarization-Interleaved multiplexing Polarization-Mode Dispersion Return to Zero Separate Absorption, Grading, Charge, and Multiplication Signal-To-Noise Ratio Semiconductor Optical Amplifier SPM SRS SSFS TOD TW Self-Phase Modulation Stimulated Raman Scattering Soliton Self-frequency Shift Third-Order Dispersion Traveling Wave Độ rộng nửa cực đại Trộn bước sóng Tán sắc vận tốc nhóm Nguồn phát dạng LED Một loại lọc Thiết bị đầu cuối mạng Schrodinger phi tuyến Gương quang vòng phi tuyến Mã NRZ Phương trình Schrodinger Sợi quang dịch tán sắc Khuếch đại quang Bộ phát khuếch đại quang Bộ rẽ bước sóng quang Bộ khuếch đại đệm quang Bộ thu khuếch đại quang Kênh quang Tách bước sóng quang Sợi quang Cáp sợi quang Ghép bước sóng quang Bộ ghép kênh quang Bộ tiền khuếch đại quang Khối tiền khuếch đại quang Bộ thu quang Kênh giám sát quang Bộ phát quang Ghép xen kênh phân cực Tán sắc phân cực mode Mã RZ Sự hấp thụ, pha trộn, phí tổn khuếch đại riêng biệt Tỉ số tín hiệu nhiễu Bộ khuếch đại quang bán dẫn Tự điều chế pha Tán xạ kích thích Raman Dịch tần số Soliton Tán sắc bậc Sóng Traveling WDM Wavelength-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng WADM Wavelength Division Multiplexing Access XPM Cross-Phase Modulation Mạng sử dụng kỹ thuật đa truy nhập ghép kênh theo bước sóng Điều chế xuyên pha 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 Kết 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 hợp 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 KHIỂN 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 λZD Tuy nhiên, thực tế, hệ thống truyền dẫn quang thường hoạt động bước sóng λ khác với bước sóng tán sắc không λZD Một ví dụ thực tế hệ thống thông tin quang hoạt động bước sóng 1,55 µm sử dụng la-de phát DFB, hệ thống sử dụng cáp sợi quang đơn mốt “tiêu chuẩn” với bước sóng tán sắc không λZD 1,31 µm hệ thống xây dựng suốt thập niên 1980 Hoa Kỳ có chiều dài khoảng 50 triệu km Do có tán sắc vùng bước sóng 1,55 µm, nên tán sắc GVD hạn chế hoạt động hệ thống tốc độ 2Gbps Hình 1.1: Đồ thị quan hệ tốc độ truyền theo chiều dài sợi quang tương ứng với bề rộng phổ 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 (0.1) Với slà giá trị trung bình bình phương (RMS) bề rộng phổ xung bị mở rộng tần số chirp (sự thay đổi tần số theo thời gian) Hế thống có hệ số tán sắc D=16 ps/(kmnm) s = 0,15nm hoạt động tốc độ B = 2,5 Gbps theo công thức 1.1 ta tính L= 42 km Vì thế, hệ thống sử dụng thiết bị tái tạo tín hiệu điện tử, khoảng cách tái tạo tín hiệu vào khoảng 40km Hơn việc sử dụng tái tạo tín hiệu làm hạn chế khả tăng tốc độ truyền dẫn hệ thống, muốn tăng tốc độ truyền phải thu nhỏ khoảng cách tái tạo tín hiệu dẫn đến chi phí đầu tư tăng cao Hoạt động hệ thống cải thiện đáng kể việc sử dụng điều chế để tránh việc mở rộng phổ tần số chirp Lựa chọn ứng dụng vào thực tế phát sử dụng la-de DFB với điều chế tích hợp Trong trường hợp s =0, khoảng cách truyền giới hạn theo công thức (0 Với β2 hệ số thông dụng hệ số 2) tán sắc vận tốc nhóm GVD Nếu ta sử dụng giá trị tán sắc vận tốc nhóm GVD β2= -20ps /km bước sóng 1,55 µm, áp dụng công thức 1.2 ta tính khoảng cách truyền L[...]... đã truyền đi được khoảng 100km sử dụng sợi quang tiêu chuẩn với những bộ điều chế ngoài này làm bộ phát 2.2 Kỹ thuật mã hóa Novel: Hình 2.3: Bù tán sắc sử dụng mã hóa FSK Sử dụng kết hợp điều chế AM và FM cho tín hiệu quang không phải là phương pháp duy nhất để bù tán sắc Một phương thức khác được sử dụng để bù tán sắc là sử dụng điều chế khóa dịch tần FSK để truyền dẫn tín hiệu Tín hiệu FSK được tạo... Ý tưởng thực hiện phương pháp này là thực hiện điều khiển tán sắc bằng cách điều chỉnh các đặc tính của các xung ngõ vào ở bộ phát trước khi truyền đi trong sợi quang Ý tưởng này được thực hiện dựa vào phương trình 1.4 Phương trình này sẽ chỉ còn thành phần biên độ phổ biến thiên A(0, t ) trong trường hợp tán sắc GVD được loại bỏ Rõ ràng, để thực hiện điều này biên độ phổ ở đầu phát phải được bù thêm... 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 D tăng theo bước sóng Sự phụ thuộc vào bước sóng của hệ số tán sắc D là một đặc tính quan trọng... ở mục 9 5 BỘ LỌC QUANG Như ở phần trước đề cập nếu sử dụng sợi DCF có chiều dài lớn hơn 5km có thể bù tán sắc GVD cho khoảng 50km sợi quang Việc thêm vào sợi DCF này làm gia tăng đáng kể suy hao của tuyến quang, điều này gây ảnh hưởng đối với các ứng dụng đường dài Chính vì lý do này, một vài mô hình quang khác được nghiên cứu để điều khiển tác động của tán sắc Hầu hết trong số nghiên cứu mới này là... ta sử dụng các bộ điều tần FM Kỹ thuật prechirp trong trường hợp này tạo ra tần số chirp với hệ số chirp C dương nhằm thỏa điều kiện β2.C0, vì thế cải thiện được khả năng truyền dẫn tín hiệu quang do hạn chế được tác động của tán sắc Với sự phát triển của các la-de DFB chứa các phần tử Li đơn (monoLithically) tích hợp trong các bộ điều chế hấp thụ điện (Electroabsorption ... 43 9.1 Bù tán sắc băng rộng : 43 9.2 Bù tán sắc điều khiển (Tunable Dispersion Compensation) 46 9.3 Điều khiển tán sắc thành phần tán sắc bậc cao : 48 9.4 Bù tán sắc phân cực... 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... 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 KHIỂN TÁN SẮC Tán sắc làm giãn bề rộng xung ánh sáng truyền sợi quang làm giới