Bù tán sắc sử dụng bộ lọc quang

Bù tán sắc sử dụng bộ lọc quang

2012 BÙ TÁN SẮC SỬ DỤNG BỘ LỌC [Pick the date] QUANG [Type the document title] [Year] [Type the abstract of the document here The abstract is typically a short summary GVHD: of the contents Th.S of the document Type the abstract of the document here The NHÓM SVTH : NHÓM abstract is typically a short summary of the contents 2of the document.] [Type the document subtitle] LỚP: TP Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2012 Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN QUANG: BÙ TÁN SẮC SỬ DỤNG BỘ LỌC QUANG GVHD: NHÓM SVTH : LỚP: Nội dung yêu cầu : - Khái niệm tán sắc Các loại tán sắc đánh giá loại tán sắc Các loại lọc quang Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng lọc quang (cấu tạo, nguyên lý hoạt động, kết nghiên cứu đánh giá sau bù lọc quang) L11CQVT02-Nhóm II i Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em LỜI MỞ ĐẦU  Mạng truyền tải quang WDM đời tạo nên bước phát triển to lớn vần đề truyền dẫn Với đời công nghệ WDM đáp ứng nhu cầu tăng lên lớn băng thông Ngày hệ thống thông tin quang đường trục, hệ thống dung lượng lớn sử dụng công nghệ WDM, với tuyến liên kết điểm điểm, đến liên kết cấu trúc mạng phức tạp để phù hợp với yêu cầu đáp ứng mạng đặt Tuy nhiên, số ảnh hưởng lớn tác động đến hệ thống WDM nên nhà khai thác mạng chưa tận dụng hết ưu điểm vượt trội hệ thống Những ảnh hưởng phải kể đến ảnh hưởng tán sắc hệ thống WDM Tán sắc làm hạn chế khoảng cách truyền dẫn tốc độ hệ thống WDM, gây lỗi bit làm xuống cấp nghiêm trọng đặc tính hệ thống WDM Do vấn đề quản lý tán sắc hệ thống WDM quan tâm Để không làm suy giàm giảm chất lượng dịch vụ cần phải có biện pháp khắc phục tán sắc Có nhiều kĩ thuật đáp ứng yêu cầu Trong phần tìm hiểu xin trình bày kĩ thuật bù tán sắc sử dụng lọc quang Mặc dù có nhiều cố gắng song thời gian trình độ có hạn nên báo cáo tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp Thầy bạn Nhóm thực xin chân thành cảm ơn! Bài báo cáo chia thành chương sau: Chương : Định nghĩa - Phân loại đánh giá loại tán sắc Chương : Tìm hiểu lọc quang Chương : Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng lọc quang : nguyên lý bù, kết nghiên cứu đánh giá sau bù L11CQVT02-Nhóm II ii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… L11CQVT02-Nhóm II iii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Mục lục Nội dung yêu cầu : i LỜI MỞ ĐẦU .ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN .iii Mục lục iv Khái niệm tán sắc: v 2.Các loại tán sắc đánh giá loại tán sắc .vi 2.1.Tán sắc mode ( Intermodal Dispersion ) : vi 2.2.Tán sắc sắc thể vii 2.2.1.Tán sắc chất liệu ( Material Dispersion ) vii 2.2.2.Tán sắc ống dẫn sóng (Waveguide Dispersion) ix 2.3.Tán sắc phân cực mode ( Polarization Mode Dispersion ) x 1.Khái niệm lọc quang học : xiii 1.1 Bộ lọc cố định xiii 1.1.1 Bộ lọc Fabry-Perot : xiii 1.1.2Bộ lọc nhiễu màng mỏng: xiv 1.1.3Bộ lọc đa khoang màng mỏng điện môi (TFMF) .xvi 1.2 Các lọc thay đổi xviii 1.2.1Bộ lọc điều chỉnh Fabry-Perot xviii 1.2.2Cách tử nhiễu xạ xix 1.2.3Cách tử Bragg sợi (FBG) xix 1.2.4Bộ lọc điều chỉnh Mach-Zehnder(MZF) xix 1.2.5Bộ lọc quang âm học (AOTF): xx Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng lọc quang .xxi 2.Một số loại lọc dùng để bù tán sắc .xxiv 2.1Giao thoa kế Fabry Perot (FP) .xxiv 2.2Giao thoa Mach-Zehnder (MZ) xxvi KẾT LUẬN xxxvi xxxvi Tài liệu tham khảo xxxvi L11CQVT02-Nhóm II iv Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em .xxxvi Khái niệm tán sắc: Tán sắc tượng tín hiệu quang truyền qua sợi quang bị biến dạng Nếu xung bị giãn gọi tán sắc dương, ngược lại xung bị hẹp lại gọi tán sắc âm Trong trường hợp tán sắc dương, xung giãn lớn chu kỳ bít dẫn tới chồng lấp bít kế cận Kết đầu thu không nhận diện bít hay bít truyền đầu phát, dẫn tới định đầu thu định sai, tỉ số BER tăng lên, tỷ số S/N giảm chất lượng hệ thống giảm Hình 1.1 Hiện tượng tán sắc làm giãn xung ngõ Gọi D độ tán sắc tổng cộng sợi quang, đơn vị giây ( s ) Khi D xác định bởi: D = τ o2 − τ i2 Trong τi , τo độ rộng xung ngõ vào ngõ sợi quang ( đơn vị s ) Độ tán sắc qua km sợi quang tính ns/km ps/km Đối với loại tán sắc phụ thuộcvào bề rộng phổ nguồn quang lúc đơn vị tính ps/km-nm L11CQVT02-Nhóm II v Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Các loại tán sắc đánh giá loại tán sắc Tán sắc tổng Tán sắc mode Tán sắc phân cực mode Tán sắc chất liệu Tán sắc sắc thể Tán sắc ống dẫn sóng Sợi đơn mode Sợi đa mode 2.1.Tán sắc mode ( Intermodal Dispersion ) : Tán sắc Mode hình thành lượng ánh sáng phân tán thành nhiều mode Mỗi mode lại truyền với vận tốc nhóm khác nên thời gian truyền khác Chính khác thời gian lan truyền Mode gây tán sắc Mode Sự phụ thuộc dmod vào số mũ hàm chiết suất biểu diễn theo hình sau : L11CQVT02-Nhóm II vi Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Dmod (ns/km) 1,0 0,1 0,01 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 g Hình 2.1 Tán sắc (dmod) thay đổi theo chiết suất 2.2.Tán sắc sắc thể Dchr = Dmat + Dwg = L ∆λ Mmat + Mwg 2.2.1 Tán sắc chất liệu ( Material Dispersion ) Hình 2.1 Mô tả tán sắc chất liệu Do tín hiệu quang truyền sợi đơn sắc mà gồm khoảng bước sóng định Mỗi bước sóng lại có vận tốc truyền khác nên thời gian truyền khác nhau.Độ trải rộng xung tán sắc đo thời gian trễ nhóm sợi quang L11CQVT02-Nhóm II vii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Về ý nghĩa vật lý, tán sắc chất liệu cho biết mức độ nới rộng xung nm bề rộng phổ nguồn quang qua km sợi quang Đơn vị độ tán sắc chất liệu M ps/nm.km Sự biến thiên tán sắc chất liệu M theo bước sóng λ hình H.2.2 d (Ps/nm.km) Dmat 16 Dchr=dmoddwg 12 1200 1300 1400 1600 Hình 2.2 Tán sắc chất liệu dmode, tán sắc dẫn sóng dwg tán sắc sắc thể thay đổi theo bước sóng -4 Ở bước sóng 850nm, độ tán sắc chất liệu M khoảng 90 đến 120 ps/nm.km Nếu sử dụng nguồn quang LED có bề rộng phổ ∆λ = 50nm độ rộng xung quang truyền qua km: -8 Dmat=M ∆λ Dmat = 100ps/nm.km x 50nm = 5ns/km Còn nguồn -12 quang laser diode có ∆λ = 3nm độ nới rộng xung khoảng 0.3 ns/km Ở bước sóng 1300nm tán sắc chất liệu tán sắc dẫn sóng ngược dấu nên tán sắc sắc thể không -16 Ở bước sóng 1500nm tán sắc chất liệu khoảng 20ps/nm.km L11CQVT02-Nhóm II viii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em 2.2.2 Tán sắc ống dẫn sóng (Waveguide Dispersion) Hình 2.3 Tán sắc ống dẫn sóng Đối với sợi đơn mode, nói đến tán sắc sắc thể, tán sắc chất liệu phải xét đến tán sắc dẫn sóng Khi ánh sáng ghép vào sợi quang để truyền đi, phần truyền phần lõi sợi, phần nhỏ truyền phần lớp vỏ với vận tốc khác chiết suất phần lõi vỏ sợi quang khác nhau(Hình 2.3) Sự khác biệt vận tốc truyền ánh sáng gây nên tán sắc ống dẫn sóng Tán sắc dẫn sóng DW thành phần đóng góp vào tham số tán sắc D, phụ thuộc vào tần số chuẩn hóa V ( tham số V ) sợi quang Tán sắc dẫn sóng D W tính theo công thức sau: Với: n2g số nhóm vật liệu b số lan truyền chuẩn Với số mode, có giá trị nằm dải β = n.k0 số lan truyền dọc theo trục sợi k0 = 2π/λ số lan truyền không gian tự ∆ giá trị chênh lệch chiết suất Được giả thiết tham số không phụ thuộc vào tần số, ∆ = ( n1 – n2 )/n1 L11CQVT02-Nhóm II ix Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em ~ A ( 0, ω ) biến đổi fourier A(0,t) Ta viết lại phương trình (3.2): A( z, t ) = 2π ∞ i ~ ∫ A( 0, ω ) exp β −∞  z.ω − iωt dω  i 2   Như tán sắc hệ số pha exp β z.ω  gây ra,vậy mục đích bù tán sắc loại bỏ hệ số pha để tín hiệu ngõ vào khôi phục ngõ Như phương trình (4.2): A( z , t ) = 2π ∞ ~ i ∫ A( 0, ω ) exp β z.ω + −∞ i  β z.ω − iωt dω  ta thấy tán sắc vận tốc nhóm (GVD) ảnh hưởng đến tín hiệu quang thông qua phổ pha  iβ z.ω   Nếu lọc quang mà hàm truyền đạt loại bỏ pha khôi phục exp 2   lại tín hiệu, lọc quang có hàm truyền đạt thích hợp để bù tán sắc vận tốc nhóm gây cách xác Tuy nhiên có nhiều lọc quang bù phần GVD nhờ vào hàm truyền đạt lý tưởng Ta xét lọc quang với hàm truyền đạt H ( ω ) lọc đặt sau sợi có chiều dài L tín hiệu quang sau lọc biểu diễn phương trình sau: A( L, t ) = 2π ∞ ~ i ∫ A( 0, ω) H (ω) exp β L.ω −∞  − iω.t dω  (3.3) Khai triển Taylor pha H ( ω ) đến số hạng bậc hai: [( H ( ω ) = H ( ω ) exp[ iφ ( ω ) ] ≈ H ( ω ) exp i φ + φ1ω + / 2φ 2ω )] (3.4) m m với φm = d φ / dω (m = 0,1, ) tần số sóng mang ω Vì số pha φ độ trễ thời gian φ1 không ảnh hưởng đến hình dạng xung bỏ qua Khi hàm truyền đạt biểu diễn sau: ( H ( ω ) = H ( ω ) exp[ iφ ( ω ) ] ≈ H ( ω ) exp i / 2φ2ω ) (3.5) Để bù độ dịch pha GVD gây ta phải triệt tiêu thành phần phổ pha phương trình (6.4), hay nói cách khác là: L11CQVT02-Nhóm II xxiii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang  iβ z.ω exp 2  GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em   * exp( i / 2φ 2ω ) =  Như phổ pha sợi bù cách chọn lọc quang có φ = − β L xung khôi phục H (ω ) = số hạng bậc cao bậc ba khai triển Taylor phương trình (6.6) không đáng kể Khi xung khôi phục hoàn toàn A( L, t ) = 2π ∞ ~ ∫−∞ A( 0, ω ) H ( ω ) exp( − iω.t )dω = A( L, t ) = 2π ∞ ~ ∫ A( 0, ω ) exp( − iω.t )dω −∞ 2.Một số loại lọc dùng để bù tán sắc Các lọc tạo nhờ việc sử dụng giao thao kế Nó hoạt động lọc quang đặc tính truyền phụ thuộc vào tần số Đối với việc bù tán sắc cần hàm truyền đạt H ( ω ) có pha phụ thuộc tần số, điều đạt cách cho ánh sáng qua lại nhiều lần hai mặt phản xạ giao thoa 2.1 Giao thoa kế Fabry Perot (FP) Giao thoa kế Fabry Perot phản xạ, thường gọi giao thoa kế GT (Gires Tournois), thiết kế gồm gương phản xạ phần phía trước gương phản xạ toàn phần đặt phía sau a) Cấu tạo lọc Fabry Perot Bộ lọc Fabry – Perot bao gồm hốc tạo đặt hai gương song song có độ phản xa cao Đây gọi lọc giao thoa Fabry – Perot Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động lọc Fabry Perot Tín hiệu vào đến mặt bên trái hốc, sau truyền qua hốc, phần ánh sáng thoát mặt bên phải phần ánh sáng phản xạ quay lại hai mặt b) Nguyên lý bù tán sắc lọc Fabry Perot: L11CQVT02-Nhóm II xxiv Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Hàm truyền đạt lọc là: H FP ( ω ) = H + r exp( − iωT ) + r exp( iωT ) (3.7) Trong đó: H0 số dùng để đánh giá tổng suy hao r độ phản xạ gương trước T thời gian vòng hốc cộng hưởng FP Vì H FP ( ω ) không phụ thuộc vào tần số, có pha phổ thay đổi lọc FP Tuy nhiên, pha φ ( ω ) H FP ( ω ) khác nhiều so với lý tưởng Đây hàm có tuần hoàn đạt giá trị đỉnh đỉnh cộng hưởng FP Trong vùng lân cận đỉnh, vùng phổ tồn pha thay đổi hàm bậc hai Trong thực tế, khai triển Taylor φ ( ω ) ta có φ cho phương trình sau: φ = 2T r (1 − r ) (1 + r ) Nguyên lí bù tán sắc lọc quang: Khi ánh sáng tới bị tán sắc trước vào lọc quang Fabry-Perot theo nguyên tắc hoạt động lọc cho phần ánh sáng qua phần lại phản xạ liên tục hai bề mặt phản xạ giao thoa kế lần phản xạ ánh sáng qua gương thứ hai giao thoa kế kết chùm ánh sáng ngõ gương lọc cộng đồng pha với nhau, Điều thực cách thay đổi chiết suất n cách dùng tinh thể lỏng điện – từ để lấp đầy khoang cộng hưởng suất tinh thể lỏng điện – từ thay đổi có dòng điện chạy qua thay đổi chiều dài L khoang cộng hưởng cách dùng cặp điện cực gốm áp vào hai mặt khoang cộng hưởng Hình 3.3 : Quá trình cộng hưởng xung ánh sáng qua lọc Fabry – Perot L11CQVT02-Nhóm II xxv Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Ví dụ : hốc cộng hưởng FP dài 2cm (T); r =0.8 ta φ ≈ 2200 ps ;có thể bù GVD cho 110km sợi chuẩn Nhưng suy hao cao, băng thông hẹp lọc FP nên hạn chế hệ thống thông tin quang thực tế 2.2 Giao thoa Mach-Zehnder (MZ) Hình 3.4 Mạch ánh sáng Planar sử dụng chuỗi mạch MZI(a), thiết bị(b) Một giao thoa toàn sợi tạo việc ghép nối tiếp Coupler 3dB hình 3.3 Trong Coupler đầu dùng để chia tín hiệu vào thành hai phần ta dịch pha khác chiều dài nhánh khác trước đưa vào Coupler thứ hai Tín hiệu biến hai ngõ Coupler tùy vào tần số tín hiệu vào chiều dài nhánh Hàm truyền đạt cổng là: L11CQVT02-Nhóm II xxvi Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang H MZ ( ω ) = GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em [1 + exp( iωτ ) ] Với τ độ trễ nhánh dài giao thoa MZ Một giao thoa không hoạt động cân quang, nối chuổi chúng tạo thành cân tốt Các lọc tạo dạng mạch ánh sáng Planar cách dùng ống dẫn sóng Silica Hình 6.3a sơ đồ thiết bị có kích thước 52x71mm , suy hao chip khoảng 8dB Nó gồm 12 Coupler có chiều dài nhánh không đối xứng mắt nối tiếp Chromium đặt nhánh giao thoa MZ để điều khiển pha chế độ quang Ưu diểm loại thiết bị đặc điểm cân tán sắc điều khiển việc thay đổi chiều dài nhánh số lượng giao thoa MZ Nhìn hình 3.3 ta thấy thiết bị thiết kế để thành phần tần số cao lan truyền nhánh dài giao thoa MZ, nên chúng trễ nhiều thành phần tần số thấp tuyến ngắn Cơ chế ngược lại với lan truyền sợi quang chế độ tán sắc Năm 1994 mạch Planar với năm giao thoa MZ tạo độ trễ tối đa 836ps/nm với chiều dài vài cm, bù 50km sợi chuẩn Giới hạn thiết bị băng thông tương đối hẹp (10GHz) nhạy với phân cực ngõ vào Tuy nhiên hoạt động lọc quang lập trình GVD bước sóng hoạt động hiệu chỉnh Trong thiết bị GVD thay đổi từ -1006 đến 830ps/nm L11CQVT02-Nhóm II xxvii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Nhận xét đánh giá kết sau bù tán sắc Bộ Lọc Quang: 3.1 Bù lọc quang âm học OAPF: 3.1.1 Giới thiệu chung Sơ đồ khối: L11CQVT02-Nhóm II xxviii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Hình 3.5 – Sơ đồ khối tín hiệu quang trước bù Độ Tán sắc sợi quang đơn mode cổ chai hệ thống thông tin quang đường dài, giới hạn tốc độ bit khoảng cách lặp lại Sự suy hao sợi quang đơn mode, bù phát minh khuếch đại quang sợi pha tạp erbium (EDFA).Hầu hết sợi quang đơn mode thiết lập phân tán bước sóng hoạt động 1,31 µm Khi hệ thống phân chia theo bước sóng (WDM) giới thiệu để tăng băng thông cáp quang, bước sóng hoạt động tới 1,55 µm vùng suy hao thấp sợi quang vùng bước sóng hoạt động EDFA Tại bước sóng hoạt động 1,55 µm phân tán sợi quang đơn mode gọi tán sắc dẫn đến xung lan truyền nguyên nhân gây giao thoa Tán sắc tạo thành từ tán sắc vật chất tán sắc ống dẫn sóng Hình 4a Hiện tượng bước sóng khác truyền tốc độ khác biến thiên số khúc xạ sợi quang đơn mode biết đến tán sắc vật chất Hơn nữa, tỷ lệ ánh sáng di chuyển lớp bao phủ sợi quang đơn mode, có số khúc xạ khác so với lõi cho kết gọi tán sắc ống dẫn sóng Tại 1,31 µm, tán sắc sợi quang đơn mode không phân tán ống dẫn sóng bị triệt tiêu từ vật liệu tán sắc Tuy nhiên hoạt động bước sóng 1,55 µm tán sắc 17ps/nm-km giá trị mở rộng pico giây, xảy xung với chiều rộng quang phổ nguồn quang học nm sau truyền thông qua 1km sợi quang Ví dụ trường hợp tia laser có tần số giả định chiều rộng quang phổ điều chế lớn nhiều so với chiều rộng quang phổ nguồn quang có sẵn, B tốc độ bit, L chiều dài sợi quang đơn mode, C vận tốc ánh sáng, D hệ số phân tán bước sóng hoạt động Chiều dài sợi quang đơn mode với hệ thống khác thể Bảng Tóm lại, tăng gấp đôi tỷ lệ bit (B) làm giảm chiều dài (L) đường truyền quang bước sóng 1,55 µm, tán sắc yếu tố hạn chế chiều dài khoảng lặp lại hệ thống truyền quang học L11CQVT02-Nhóm II xxix Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Tán sắc vật liệu Tán sắc ống dẫn sóng Tán sắc ánh sáng Hình 3.6 - Sự thay đổi tán sắc vật liệu, tán sắc ống dẫn sóng tán sắc ánh sáng Bảng 1: Ảnh hưởng tốc độ bit khoảng cách truyền 3.1.2 Tối ưu hóa bù OAPF cách sử dụng kỹ thuật Minimun Mean Square Error (MMSE) Kỹ thuật MMSE ước lượng lỗi bình phương trung bình nhỏ có Ước lượng MMSE thường mô tả tối ưu MMSE sử dụng để tối ưu hóa thông số bù OAPF cách so sánh với đáp ứng pha cân lý tưởng với ngõ lọc raised cosine (RCS) + Trường hợp: Tối ưu hóa bù OAPF cách so sánh với đáp pha bù lý tưởng Bộ bù lý tưởng có chức truyền ngược sợi đơn mode Đáp ứng pha cân lý tưởng hình 3.6 Pha đối với đáp ứng pha sợi đơn mode Kỹ thuật MMSE ước lượng thông số bù OAPF để cung cấp đáp ứng pha cho bù OAPF tương tự pha lý tưởng nhiều tốt Các đặc trưng pha OAPF thể hình 6.2 Bộ bù OAPF sử dụng để bù tán sắc sợi đơn mode 160 km Các đặc trưng pha sợi đơn mode 160 km với xung bù xung không bù vẽ hình 6.4 Đáp ứng pha xung quang học bù gần không tần số thấp hơn, từ 193,495 THz đến 193,500 THz Tuy nhiên, phạm vi tần số cao L11CQVT02-Nhóm II xxx Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em so với 193,5 THz đáp ứng pha xung không bù hoàn chỉnh kết độ rộng xung lớn khu vực biên độ thấp Chiều rộng xung lớn khu vực biên độ thấp ảnh hưởng đến xung khe thời gian gây can nhiễu ký tự hình 4f + Trường hợp : Tối ưu hóa bù OAPF cách so sánh với ngõ lọc RCS Đặc tính đầu lọc RCS tối đa khoảng khe thời gian chọn không khe thời gian khác Pha lý tưởng bù sợi đơn mode 160 Km Pha bù OAPF Hình 3.7: Pha bù lý tưởng OAPF 160 Km Hình 3.8: Pha sợi đơn mode L11CQVT02-Nhóm II xxxi Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Pha xung không bù Pha xung bù Hình 3.9: Pha xung bù không bù 3.2 Kế sau bù 3.2.1 Kết phân tích Tán sắc sợi quang đơn mode làm cho phổ xung gốc trải rộng gây can nhiễu ký tự đến khe thời gian khác n mẫu ( với n bit ) điều chế OOK dùng mã đường truyền NRZ với tốc độ 10Gb/s gửi qua khoảng cách 160 Km, bit thứ tư quan sát trường hợp xấu nhất, trường hợp mẫu “0001000” “1110111” gửi Biên độ cao bit mẫu “1110111” cao biên độ bit mẫu “0001000” hình sau : Hình 3.10 - Quan sát bit thứ bit trường hợp xấu Kết biểu đồ mắt trường hợp chồng lên toàn bit thứ lỗi xảy hoàn toàn L11CQVT02-Nhóm II xxxii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Bộ bù lọc quang thụ động kích hoạch bù tán sắc việc chọn thông số phù hợp Bộ lọc MMSE kỹ thuật đầy hứa hẹn việc tối ưu hóa thông số bù Đáp ứng pha bù lý tưởng ngõ lọc RCS dùng việc tối ưu Các thông số đạt được, dùng bù bù xung ngõ trình bày hình sau: Xung tán sắc Xung bù bù lọc quang thụ động Hình 3.11 - Bù xung bù lọc quang thụ động tối ưu hóa MMSE với đáp ứng pha bù lý tưởng • Xung gốc Xung tán sắc Xung bù bù lọc quang thụ động Hình 3.12 - Bù xung bù lọc quang thụ động tối ưu hóa MMSE với ngõ lọc RCS Kết đạt từ hai phương pháp tối ưu thể xung ánh sáng thời điểm 100ps truyền qua sợi đơn mode với khoảng cách 160 Km, bù trở lại thời điểm 100ps độ rộng phổ Tuy nhiên phần bên phải xung không bù hết gây can nhiễu ký tự, khiến xuất BER L11CQVT02-Nhóm II xxxiii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Xung ngõ bù trường hợp so sánh với đáp ứng pha lọc RCS bù đầy đủ độ rộng phổ, biên độ phần bên phải xung thấp độ rộng phổ, bị trải rộng khe thời gian Kết nhìn thấy từ biểu đồ mắt hình sau : Hình 3.13 - Biểu đồ mắt sợi đơn mode 160 Km bù lọc quang thụ động tối ưu pha lý tưởng Độ mở mắt trường hợp nhỏ so sánh với kỹ thuật tối ưu dùng RCS trình bày hình sau : Hình 3.14 - Biểu đồ mắt sợi đơn mode 160 Km, Trước sau bù tán sắc bù lọc quang thụ động tối ưu ngõ lọc RCS Tuy nhiên, kết tốt trường hợp không dùng lọc quang thụ Động bù BER hệ thống bù bù trường hợp pha lý tưởng xấp xỉ 10-1 Xung ngõ bù trường hợp lọc RCS bù đầy đủ độ rộng phổ Các gợn sóng xuất phần bên phải xung khe thời gian Tuy nhiên, gợn sóng nhỏ ( xung lấy mẫu ) khoảng khe thời gian kết biểu đồ mắt trình bày Mắt mở rộng sơ đồ mắt trường hợp đáp ứng pha lý tưởng Các gợn sóng không xuất khoảng khe thời gian kế tiếp, từ đây, nhiễu đỉnh mắt thấp Từ biểu đồ mắt, BER tính 10-9 L11CQVT02-Nhóm II xxxiv Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em 3.2.2 Kết luận Hiện tượng dịch pha sợi đơn mode gây tán sắc làm giới hạn tốc độ bit khoảng cách truyền Mô giả sử cho trường hợp tệ hệ thống thông tin quang, xung vuông áp dụng chiều dài tối đa sợi đơn mode 160 Km, điểm biểu đồ mắt đóng kỹ thuật bù không áp dụng Các kết thật đáng mong đợi kỹ thuật bù tán sắc áp dụng kỹ thuật lọc quang thụ động Bộ lọc quang thụ động dùng để bù cho xung bị tán sắc, kết bù đầy đủ độ rộng phổ thời điểm 100ps Kỹ thuật cải thiện áp dụng MMSE để tối ưu bù Tuy nhiên, biên độ thấp phần bên phải xung, việc ứng dụng lọc quang cho kết phổ trải rộng sinh can nhiễu ký tự ảnh hưởng đến BER hệ thống Biểu đồ mắt bù tối ưu MMSE dùng RCS trình bày có BER < 10 -9 vượt 160 Km sợi đơn mode L11CQVT02-Nhóm II xxxv Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em KẾT LUẬN Quản lý tán sắc phần việc vô quan trọng truyền dẫn hệ thống thông tin quang Chuyên Đề Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang góp phần mang lại nhìn bao quát bù tán sắc phạm vi nó.Tán sắc ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống thông tin quang, việc bù tán sắc cần thiết Thông qua việc tìm hiểu bù tán sắc sử dụng lọc quang ta hiểu cách thức sử dụng lọc để bù tán sắc thể Tuy nhiên, thời gian tìm hiểu ngắn, hạn chế tài liệu kiến thức nên trình bày báo cáo có phần chưa hoàn chỉnh Rất mong nhận nhận xét đánh giá từ Thầy Tài liệu tham khảo [1] Kỹ thuật Thông Tin Quang II HVCNBCVT _Th.s Đỗ Văn Việt Em [2] Bài giảng kỹ thuật thông tin quang I HVCNBCVT _Th.s Nguyễn Đức Nhân [3] Tài liệu thông tin quang Học viện công nghệ bưu viễn thông [4] Cơ sở kỹ thuật thông tin quang, 2000, Nhà xuất bưu điện_TS.Cao Phán, Cao Hồng Sơn [5] Hệ thống thông tin quang TS Vũ Văn San [6] Applications of Nonlinear Fiber Optics_ GOVIND P.AGRAWAL L11CQVT02-Nhóm II xxxvi Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em CÁC TỪ VIẾT TẮT : BW Band Width Băng thông BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit LASER Light Amplified and Stimulated Emission of Radiation Khuếch đại ánh sáng xạ kích thích WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng GVD Group Velocity Dispersion Tán sắc vận tốc nhóm MMSE MINIMUM MEAN SQUARE ERROR Thuật toán lỗi bình phương tối thiểu L11CQVT02-Nhóm II xxxvii [...]... bộ bù và bù xung ngõ ra được trình bày như trong 2 hình sau: Xung tán sắc Xung được bù bằng bộ bù lọc quang thụ động Hình 3.11 - Bù xung bằng bộ bù là bộ lọc quang thụ động được tối ưu hóa bởi MMSE với đáp ứng pha là của bộ bù lý tưởng • Xung gốc Xung tán sắc Xung được bù bằng bộ bù lọc quang thụ động Hình 3.12 - Bù xung bằng bộ bù là bộ lọc quang thụ động được tối ưu hóa bởi MMSE với ngõ ra của bộ. .. L11CQVT02-Nhóm II xxvii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em 3 Nhận xét đánh giá kết quả sau khi bù tán sắc bằng Bộ Lọc Quang: 3.1 Bù bằng bộ lọc quang âm học OAPF: 3.1.1 Giới thiệu chung Sơ đồ khối: L11CQVT02-Nhóm II xxviii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Hình 3.5 – Sơ đồ khối tín hiệu quang trước khi bù Độ Tán sắc trong một sợi quang đơn mode là cổ chai... tối thiểu của 1 bước sóng mà bộ lọc có thể phát hiện được CHƯƠNG 3 1 Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng bộ lọc quang 1.1 Nguyên lý bù của Bộ Lọc Quang : Có ba kỹ thuật quản lý tán sắc cơ bản đó là xử lý tại đầu phát, xử lý tại đầu thu và xử lý trên đường truyền Bù tán sắc bằng bộ lọc thuộc kỹ thuật quản lý tán sắc trên đường truyền L11CQVT02-Nhóm II xxi Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt... hợp này là sự chồng lên toàn bộ ở bit thứ 4 và lỗi xảy ra hoàn toàn L11CQVT02-Nhóm II xxxii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Bộ bù là bộ lọc quang thụ động kích hoạch bù tán sắc bằng việc chọn các thông số phù hợp Bộ lọc MMSE là một kỹ thuật đầy hứa hẹn trong việc tối ưu hóa các thông số của bộ bù Đáp ứng pha của bộ bù lý tưởng và ngõ ra của bộ lọc RCS được dùng trong việc... mong muốn của bộ lọc Để tạo các bộ ghép và bộ tách, ta ghép các bộ lọc được ghép theo kiểu cascade với nhau như hình Hình 2.6: Bộ lọc ghép/tách kênh được tạo từ các bộ lọc màng mỏng điện môi L11CQVT02-Nhóm II xvii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em Trong bộ tách, bộ lọc thứ nhất sẽ cho một bước sóng đi qua và phản xạ tất cả các bước sóng còn lại Đến ngỏ vào bộ lọc thứ hai lại... khoảng cách xa.Do đó ở phía thu sẽ thu được tín hiệu không có hiện tượng chồng lấp xung 1.2 Cơ sở toán học của bù bằng Bộ Lọc Quang : Bù tán sắc bằng bộ lọc quang là giải pháp hiệu quả nhất nhằm bù GVD ( tán sắc vận tốc nhóm ) Các bộ lọc thường được sử dụng là các bộ lọc giao thoa Cho nên bộ lọc quang có hàm chuyển đổi loại bỏ thành phần pha và lưu lại tín hiệu ban đầu Ta có phương trình lan truyền xung... mắt của sợi đơn mode 160 Km, Trước và sau khi bù tán sắc và bộ bù lọc quang thụ động được tối ưu bởi ngõ ra của bộ lọc RCS Tuy nhiên, kết quả này vẫn tốt hơn trong trường hợp nếu không dùng bộ lọc quang thụ Động như bộ bù BER của hệ thống được bù bởi bộ bù trong trường hợp pha lý tưởng xấp xỉ là 10-1 Xung ngõ ra của bộ bù trong trường hợp bộ lọc RCS được bù đầy đủ tại độ rộng phổ Các gợn sóng xuất... kết quả thật đáng mong đợi khi kỹ thuật bù tán sắc áp dụng kỹ thuật bộ lọc quang thụ động Bộ lọc quang thụ động được dùng để bù cho xung bị tán sắc, kết quả là được bù đầy đủ trong độ rộng phổ tại thời điểm 100ps Kỹ thuật này được cải thiện hơn khi áp dụng MMSE để tối ưu bộ bù Tuy nhiên, tại biên độ thấp hơn trên phần bên phải của xung, việc ứng dụng bộ lọc quang cho kết quả phổ trải rộng và sinh ra... các hệ thống WDM chúng ta cần phải chú trọng hơn hết đến các tán sắc bậc cao và tán sắc mode phân cực, chúng là những tán sắc chính gây ra những ảnh hưởng xấu đến chất lượng, cũng như đặc tính của hệ thống này L11CQVT02-Nhóm II xii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em CHƯƠNG 2 1.Khái niệm các bộ lọc quang học : Một bộ lọc quang là thiết bị chỉ cho phép một bước sóng duy nhất truyền... khuyếch đại có bố trí thiết bị bù tán sắc chính là Bộ Lọc Quang Cách thức hoạt động của bộ lọc có thể khái quát như sau : Tín hiệu truyền đi từ Bộ Phát Quang sau khi truyền một khoảng cách xa thì tín hiệu sẽ ảnh hưởng nhiều bởi suy hao và tán sắc Bộ Lọc Quang đặt kề sát sau Bộ Khuyếch Đại cho nên tín hiệu sau khi được khuếch đại sẽ tiếp tục bù tán sắc bằng thiết bị lọc quang. Quà trình này có thể lặp lại ... giá loại tán sắc Chương : Tìm hiểu lọc quang Chương : Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng lọc quang : nguyên lý bù, kết nghiên cứu đánh giá sau bù L11CQVT02-Nhóm II ii Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD:... sắc đánh giá loại tán sắc Các loại lọc quang Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng lọc quang (cấu tạo, nguyên lý hoạt động, kết nghiên cứu đánh giá sau bù lọc quang) L11CQVT02-Nhóm II i Bù Tán Sắc Sử Dụng. . .Bù Tán Sắc Sử Dụng Bộ Lọc Quang GVHD: Th.s Đỗ Văn Việt Em CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN QUANG: BÙ TÁN SẮC SỬ DỤNG BỘ LỌC QUANG GVHD: NHÓM SVTH : LỚP: Nội dung yêu cầu : - Khái niệm tán sắc Các loại tán