Biện pháp bù tán sắc trong hệ thống WDM bằng cách sử dụng cách tử Bragg
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, cho phép em gửi lời cảm ơn tới thầy, cô Khoa Điện-Điện tử nói chung, môn Điện tử viễn thông nói riêng tận tình dạy chúng em suốt năm học vừa qua Đặc biệt cho em gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Th.S Nguyễn Thanh Vân giúp đỡ, để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp cách tốt Trong thời gian làm đồ án thời gian có giới hạn trình độ kiến thức nhiều hạn chế nên có vấn đề đồ án nhiều thiếu sót Vì em mong nhận xét, góp ý thầy cô để giúp em hoàn thiện đồ án cách tốt Em xin chân thành cám ơn! LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan tất nội dung mà em trình bày đồ án tốt nghiệp thành em tự làm không chép của đồ án, công trình nghiên cứu khoa học Trong trình làm đồ án em tiến hành tham khảo số sách giáo trình tham khảo số tài liệu coi đáng tin cậy em liệt kê phần tài liệu tham khảo Nếu lời cam đoan em không xác em xin tự chịu hình thức kỷ luật Khoa BẢNG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ADM Add/Drop Multiplexing Bộ tách ghép kênh ADP Avalance Diode Photo Diot quang thác BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BPF Bandpass filter Bộ lọc thông dải Chirped Fiber Bragg Cách tử Bragg sợi quang Grating chu kỳ biến đổi Dispersion Sợi bù tán sắc CFBG DCF Compensating Fiber DEMUX Demultiplexer Bộ giải ghép kênh DFB Distributed Feedback Hồi tiếp phân tán DWDM EDFA FBG Dense Wavelength Division Multiplex MZ PIN sóng Bộ khuếch đại quang sợi Amplifier pha tạp Erbium Fiber Bragg Grating Cách tử Bragg sợi quang Stimulated Emission of Radiation MUX phân chia theo bước Erbium Doped Fiber Light Amplified and LASER Ghép kênh mật độ cao Khuếch đại ánh sáng xạ kích thích Multiplexer Bộ ghép kênh Mach-Zehnder Bộ giao thoa kế Interferometer Positive Intrinstic Mach-Zehner Negative Tích cực âm nội NRZ UFBG LCFBG MUX OADM OFA UFBG UV WDM Non Return to Zero Nghịch đảo Uniform Fiber Bragg Cách tử Bragg sợi quang Grating chu kỳ Cách tử Bragg sợi quang Linear Chirped Fiber Bragg Grating Multiplexing Optical Add/Drop Multiplexing chu kỳ biến đổi tuyến tính Bộ ghép kênh Bộ ghép tách kênh quang Optical Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi Uniform Chirped Fiber Cách tử Bragg sợi quang Bragg Grating chu kỳ Ultra Violet Tia cực tím Wavelength Division Ghép kênh phân chia Multiplex theo bước sóng DANH MỤC CÁC BẢNG STT Bảng 3.1 Tên Bảng Kết mô cho việc bù tán sắc cách tử Bragg sợi quang cho PIN receiver Trang 53 Bảng 3.2 Kết mô cho việc bù tán sắc cách tử Bragg sợi 54 quang cho APD receiver DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ chức hệ thống WDM 1.2 Hệ thống WDM đơn hướng 1.3 Hệ thống WDM song hướng 1.4 Cấu trúc tổng quát LASER 1.5 Cấu hình thu quang số tiêu biểu 11 1.6 Cấu trúc sợi quang 12 Bộ tách/ghép kênh bước sóng quang 1.7 (a) Sơ đồ khối ghép kênh bước sóng (MUX) (b) Sơ đồ khối tách kênh bước sóng (DEMUX) 15 (c) Các thông số đặc trưng MUX/DEMUX 1.8 1.9 Cấu trúc song song Cấu trúc song song theo băng 16 16 1.10 Cấu trúc nối tiếp 17 1.11 Cấu trúc xen rớt theo băng sóng 17 1.12 Ma trận chuyển mạch OXC 18 2.1 2.2 Minh họa mở rộng xung tán sắc Tán sắc gây tăng BER 21 22 Ảnh hưởng tán sắc lên tín hiệu digital (a) 2.3 2.4 2.5 2.6 analo(b).S tín hiệu phát, E tín hiệu thu a) Dãn xung b) Sụt biên độ Chỉ số chiết suất n số nhóm ng thay đổi theo bước sóng sợi thủy tinh Cách thức luồng sáng tương ứng với mode sợi quang Công suất quang mang mode truyền sợi quang gây tán sắc 23 26 27 28 2.7 Tán sắc mode sợi SI 29 2.8 Tán sắc mode sợi GI 29 2.9 Tham số b vi phân d(Vb)/dV V[d2(Vb)/dV2] thay đổi theo tham số V 30 2.10 2.11 Tán sắc tổng D tán sắc vật liệu DM, DW cho sợi đơn mode thông dụng Bước sóng phụ thuộc vào tham số tán sắc D sợi tiêu chuẩn, sợi dịch tán sắc, sợi tán 31 32 sắc phẳng 2.12 Hiện tượng tán sắc mode phân cực PMD 33 3.1 Cấu tạo chiết suất FBG 38 3.2 Nguyên lý hoạt động cách tử Bragg 40 3.3 Cách tử Bragg chu kỳ 41 3.4 Cấu trúc cách tử Bragg quang chu kỳ thay đổi 44 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 Phổ phản xạ cách tử Bragg dạng cách tử đều, độ dài cách tử 1cm, λB=1550 nm, Λ=0 nm Sự thay đổi vận tốc nhóm theo bước sóng quang sợi đơn mode thông thường Hậu tán sắc tốc độ truyền mạng Nguyên lý bù tán sắc quang sợi cách tử Bagg chu kỳ biến đổi Mô hình thiết bị bù tán sắc dùng cách tử Bragg chu kỳ thay đổi tuyến tính Mô việc bù tán sắc cách tử Bragg sợi quang 46 49 50 51 51 52 MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN BẢNG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .3 DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG WDM 12 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG 13 1.2 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG WDM 13 1.2.1 Định nghĩa .13 1.2.2 Sơ đồ khối tổng quát 14 1.2.3 Mục đích 16 1.2.4 Phân loại hệ thống truyền dẫn WDM 16 1.3 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG WDM 18 1.3.1 Nguồn phát quang 18 1.3.2 Bộ thu quang 20 1.3.3 Sợi quang 21 1.3.4 Bộ tách / ghép bước sóng (OMUX / ODEMUX) 23 1.3.5 Bộ xen/ rẽ bước sóng (OADM): 24 1.3.6 Bộ nối chéo quang (OXC) .26 1.3.7 Bộ khuếch đại quang .28 1.3.8 Bộ chuyển đổi bước sóng 29 CHƯƠNG : TÁN SẮC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC ĐỐI VỚI HỆ THỐNG WDM 29 2.1 TÁN SẮC .30 2.1.1 Khái niệm 30 2.1.2 Nguyên nhân gây tượng tán sắc 31 2.1.3 Phân loại tán sắc 33 2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA TÁN SẮC 45 CHƯƠNG 3: CÁCH TỬ BRAGG VÀ BIỆN PHÁP BÙ TÁN SẮC BẰNG CÁCH TỬ BRAGG TRONG HỆ THỐNG WDM 47 3.1 Cấu tạo cách tử Bragg sợi quang FBG 47 3.2 Nguyên lý hoạt động .48 3.3 Cấu trúc tính chất dạng cách tử .50 3.3.1 Cách tử Bragg (Uniform Fiber Bragg Grating) 50 3.3.2 Cách tử Bragg quang chu kỳ thay đổi 53 3.3.3 Cách tử Bragg điều biến chiết suất 55 3.4 Các biện pháp bù tán sắc cách tử Bragg hệ thống WDM57 3.4.1 Giới thiệu 57 3.4.2 Hiện tượng tán sắc sợi quang 57 3.4.3 Bù tán sắc quang sợi cách tử Bragg chu kỳ biến đổi tuyến tính 59 3.4.4.Thí nghiệm kết .61 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 LỜI MỞ ĐẦU Từ đời mạng thông tin đóng vai trò quan trọng sống Nhờ có mạng thông tin mà người biết nhau, trao đổi thứ cách dễ dàng mà không cần gặp trực tiếp Từ hình thức ban đầu qua thư tay đến trao đổi qua mạng di động ngày Hiện với phát triển không ngừng công nghệ thông tin liên lạc nhu cầu băng thông ngày cao Hệ thống truyền dẫn quang băng thông rộng triển khai rộng rãi toàn cầu Với băng thông lớn, chất lượng tín hiệu đảm bảo hệ thống truyền dẫn sợi quang đáp ứng nhu cầu người sử dụng dịch vụ viễn thông.Với 10 n(z) = ň + ngcos(2πz/Λ) với ng độ sâu điều chế (≈ 10-4) Cách tử Bragg phân tích phương trình ghép mode thể kết hợp sóng truyền tiến sóng truyền lùi tần số ω cho trước khai triển thành: dR( z ) = iζ( z ) R ( z ) + ik ( z ) S ( z ) dz (3.6) dS ( z ) = − iζ( z ) R( z ) − ik ( z ) R( z ) dz (3.7) + ζ hệ số tự ghép mode chung DC,tương ứng với hệ số điều hướng δ + K hệ số ghép mode AC hay gọi độ mạnh ghép mode bên cách từ + R(z) = A+(z)exp[ i(ζ – θ/2)] + S(z) = A-(z)exp[- i(ζ + θ/2)] R(z) mode hướng tới S(z) mode hướng phản xạ ngược trở lại, hai hàm thể mode bao thay đổi chậm Nếu độ xê dịch dθ / dz 0, hệ số điều hướng nội ζ tương đương với hệ số điều hướng δ Phương trình giải liên hệ phản xạ cho phép truyền ánh sáng biểu diễn bởi: A− ( z ) = −ik sinh[γ B (z-L/2)] iζ sinh(γ B L) + γ Bcosh(γ BL) A+ ( z ) = γ Bcosh[γ B (z-L/2)] -iζsinh[γ B (z-L/2)] iζ sinh(γ B L) + γ Bcosh(γ B L) (3 8) (3 9) Trong γB mô tả sau: γB = k − ζ (k2>ζ2) (3 9) γB = i ζ2 − k (k2