bù tán sắc sử dụng sợi bù tán sắc dcf

CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN QUANG: BÙ TÁN SẮC SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF GVHD: Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… …………… GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM A – NỘI DUNG YÊU CẦU - Khái niệm tán sắc Các loại tán sắc Công thức đánh giá loại tán sắc Tìm hiểu sợi bù tán sắc So sánh sợi bù tán sắc với sợi SMF chuẩn Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng sợi bù tán sắc: nguyên lý bù, kết nghiên cứu đánh giá sau bù sợi B – LỜI GIỚI THIỆU Viễn Thông Việt Nam có bước phát triển mạnh mẽ vượt bậc, trở thành ngành kinh tế kỹ thuật mũi nhọn, đóng góp mạnh mẽ vào phát triển kinh tế Việt Nam Vai trò ngành Viễn Thông không quan trọng phát triển kinh tế mà có nhiệm vụ lớn việc đảm bảo an ninh Quốc phòng Cuộc sống ngày nâng cao, nhu cầu trao đổi thông tin công việc giải trí người ngày đòi hỏi cao hơn, không đơn giản việc truyền thoại truyền thống, nhu cầu liệu ngày đòi hỏi lớn băng thông dung lượng đường truyền Trong Viễn thông, hệ thống truyền dẫn có hai dạng vô tuyến hữu tuyến Do hệ thống vô tuyến có hạn chế đặc thù nên truyền dẫn hữu tuyến hình thức truyền dẫn hiệu quan trọng Trong truyền dẫn hữu tuyến sử dụng cáp đồng cáp quang Cáp đồng đảm trách băng thông dung lượng lớn từ nhu cầu người Truyền thông sợi quang đời đánh dấu bước phát triển mạnh mẽ công nghệ truyền dẫn, với ưu điểm trội băng thông lớn, tốc độ cao, suy hao thấp… truyền dẫn quang trở thành công nghệ truyền dẫn ứng dụng tốc độ cao mạng truyền dẫn trục Truyền dẫn thông tin quang cáp sợi quang từ đời đến trải qua nhiều thời kỳ phát triến Ban đầu sợi quang đa mode có suy hao cao, với cự ly truyền dẫn vài km đến sợi quang đơn mode có suy hao thấp với cự ly truyền dẫn tăng lên hàng chục, chí hàng trăm km Cáp quang giải pháp ưu tiên cho hệ thống viễn thông đường dài quốc tế có tốc độ truyền dẫn cao cao, sử dụng đất liền vượt đại dương Tuy nhiên, hệ thống thông tin quang dung lượng lớn gặp phải vấn đề lớn cần quan tâm : Suy hao, tán sắc hiệu ứng phi tuyến, làm giảm chất lượng cự ly truyền dẫn hệ thống, vấn đề suy hao giải đơn giản việc sử dụng khuếch đại quang EDFA mạng WDM Ngày nay, hầu hết hệ thống truyền dẫn quang thiết kế hoạt động băng C, vùng bước sóng 1530nm - 1565nm, ưu điếm suy hao thấp vùng Các hiệu ứng phi tuyến bỏ qua hệ thống thông tin quang hoạt động mức công suất vừa phải khoảng vài mW với tốc độ bit lên đến 2,5 Gbps Tuy nhiên tốc độ bit cao 10 Gbps phải xem xét ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến Các ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến giảm sử dụng sợi quang có diện tích lõi hiệu dụng lớn Vì vấn đề tán sắc vấn đề lớn hệ thống thông tin quang Khi sử dụng BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page i GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM khuếch đại quang EDFA để bù suy hao lại gia tăng tán sắc, khuếch đại quang không khôi phục tín hiệu khuếch đại thành tín hiệu gốc ban đầu Do tán sắc tích lũy qua khuếch đại làm giảm khả truyền tín hiệu Chính phương pháp bù tán sắc đời từ năm 1990 để hạn chế ảnh hưởng hệ thống thông tin Có thể phân loại thành phương pháp bù tán sắc gồm : kỹ thuật bù trước (Precompensation), kỹ thuật bù tán sắc đường dây (In-line) kỹ thuật bù sau (post compensation) Trong kỹ thuật bù đường dây có loại như: bù tán sắc sợi DCF, lọc quang, cách tử Bragg hay tín hiệu quang liên hợp pha Trong hai phương pháp bù trước bù sau tỏ hạn chế chiều dài tuyến quang lớn, đòi hỏi phải bù tán sắc theo chặng phương pháp bù tán sắc đường truyền tỏ hiệu sử dụng phổ biến thực tế Mặc dù phương pháp dùng sợi bù tán sắc (DCF) bị hạn chế suy hao ghép lớn, công suất sợi quang phải đảm bảo đủ nhỏ để hiệu ứng phi tuyến không xảy giá thành lắp đặt cao, nhiên DCF sử dụng rộng rãi dải bước sóng hoạt động rộng hay khắc phục thời gian nhóm trễ tốt, đặc biệt tính đơn giản phương pháp Do chuyên đề Nhóm Thầy Đỗ Văn Việt Em chọn DCF phương pháp bù tán sắc để nghiên cứu thảo luận chuyên đề môn Thông Tin Quang Trong kỹ thuật sử dụng DCF này, tán sắc dương sợi truyền dẫn bù với tán sắc âm DCF xen đường truyền DCF thiết kế module kích thước nhỏ gọn có nhiều mức chọn lựa tán sắc Yêu cầu phải có DCF suy hao xen thấp, suy hao phụ thuộc phân cực thấp, tính phi tuyến thấp DCF phải có đường kính lõi nhỏ kích thước module nhỏ lại module DCF nên chiếm không gian nhỏ Bài báo cáo chia thành chương sau: Chương : Định nghĩa - Phân loại đánh giá loại tán sắc Chương : Tìm hiểu sợi bù tán sắc DCF So sánh sợi DCF sợi SMF chuẩn Chương : Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng sợi bù tán sắc: nguyên lý bù, kết nghiên cứu đánh giá sau bù sợi Chương : Kết luận BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page ii GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM C – MỤC LỤC NHÂN XET CUA GIANG VIÊN HƯƠNG DÂN - Khái niệm tán sắc iv – Phân loại đánh giá tán sắc v 2.1 - Tán sắc mode (Modal Dispersion): vi 2.2 - Tán sắc phân cực mode (Polarization – Mode Dispersion) ix 2.3 - Tán sắc sợi đơn mode x 2.3.1 Tán sắc vật liệu (Material Dispersion) xi 2.3.2 Tán sắc ống dẫn sóng (Waveguide Dispersion) xii 2.2 - So sánh sợi DCF với sợi SMF xvi 2.2.1 Tìm hiểu tổng quát sợi SMF (G.652) xvi 2.2.2 So sánh sợi bù tán sắc với sợi SMF chuẩn xvii Chương : Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng sợi bù tán sắc xvii Nguyên lý bù kết nghiên cứu sau bù sợi DCF xvii 3.1 – Nguyên lý bù sợi DCF .xvii 3.2 Kết nghiên cứu đánh giá sau bù tán sắc sợi DCF xix Chương : Kết Luận xxiii D – NỘI DUNG BÁO CÁO Chương : Định nghĩa Phân loại đánh giá tán sắc BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page iii GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM 1 - Khái niệm tán sắc Tán sắc tượng tín hiệu quang truyền qua sợi quang bị giãn Nếu 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 minh họa cho mở rộng xung tán sắc Gọi D độ tán sắc tổng cộng sợi quang, đơn vị giây (s) Khi D xác định D= Ti , T0 độ rộng điểm công suất cực đại 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 thuộc vào bề rộng phổ nguồn quang lúc đơn vị tính [ps/(nmkm)] Tán sắc gây tăng BER BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page iv GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM 1011 – Phân loại đánh giá tán sắc Trong Thông Tin Quang người ta chia thành loại tán sắc sau: tán sắc mode, tán sắc phân cực mode tán sắc sắc thể (trong tán sắc sắc thể bao gồm tán sắc ống dẫn sóng tán sắc vật liệu) Khi sợi truyền dẫn đa mode (tức loại sợi quang truyền lúc nhiều mode sóng khác lõi) ta có tất loại tán sắc nói Nhưng công nghệ chế tạo sợi phát triển sợi đơn mode đời khắc phục tán sắc mode sợi đa mode Tuy nhiên, chất chiết suất Silica phụ thuộc vào bước sóng, nguồn phát phát ánh sáng đơn sắc (ánh sáng có bước sóng) mà chùm tia sáng với độ rộng phổ Chính sợi đơn mode tồn tán sắc, tán sắc phân cực mode tán sắc sắc thể Ngày nay, với công nghệ chế tạo phát triển mạnh mẽ người ta chế tạo loại sợi quang có mức tán sắc giảm đáng kể Những sợi dùng để lắp đặt mạng cần tốc độ bít cao cự ly lớn Sau ta tìm hiểu khái niệm loại tán sắc sợi quang BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page v GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Hình sau mô tả sơ đồ loại tán sắc sợi quang : Tán sắc tổng Tán sắc mode Tán sắc phân cực mode Tán sắc sắc thể Tán sắc ống dẫn sóng Tán sắc vật liệu Sợi đơn mode Sợi đa mode Hình 2.1: Sơ đồ loại tán sắc sợi quang 2.1 - Tán sắc mode (Modal Dispersion): Một mode sóng xem trạng thái truyền ổn định ánh sáng sợi quang Khi truyền sợi quang, ánh sáng theo nhiều đường khác nhau, trạng thái ổn định đường gọi Mode sóng Có thể hình dung gần mode sóng ứng với tia sáng Tán sắc mode lượng ánh sáng bị phân tán thành nhiều mode Mỗi mode lại truyền với vận tốc nhóm khác nhau, nên thời gian truyền đến đầu thu mode khác khác gây tán sắc Rõ ràng ta thấy tán sắc mode tồn sợi đa mode, muốn loại bỏ tán sắc mode ta phải sử dụng sợi đơn mode Vì xét đến tán sắc mode ta xét sợi đa mode Như ta biết, độ số (NA) biểu diễn khả thu ánh sáng sợi quang Khẩu độ số lớn dễ hướng ánh sáng vào sợi quang Như ta có cảm giác độ số lớn tốt Nhưng điều không đúng, có trở ngại khiến ta tăng độ số lớn Để hiểu điều ta xem xét mode sợi quang Sự thật ánh sáng truyền sợi quang tập hợp luồng sáng tia sáng riêng lẻ Nói cách khác, ta có khả nhìn vào sợi quang ta thấy tập hợp luồng sáng truyền với góc α biến thiên từ đến αc minh họa hình sau: BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page vi GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Cách thức luồng sáng tương ứng với mode sợi quang: Những luồng sáng khác gọi mode Ta phân biệt mode góc truyền chúng, hay đánh số thứ tự để mode riêng biệt Nguyên tắc là: góc truyền mode nhỏ số thứ tự mode thấp Như mode truyền dọc theo tâm sợi mode (hay gọi mode bản) mode truyền góc truyền tới hạn (α c) mode có số thứ tự lớn sợi quang Nhiều mode tồn sợi quang, sợi quang có nhiều mode truyền gọi sợi đa mode Số lượng mode: số lượng mode sợi quang phụ thuộc vào đặc tính quang hình học sợi Nếu đường kính lõi lớn, lõi chứa nhiều mode sóng Và bước sóng ánh sáng ngắn sợi quang chứa nhiều mode sóng Nếu độ số lớn số lượng mode sóng sợi thu nhiều Như kết luận số lượng mode sóng sợi quang tỉ lệ thuận với đường kính sợi (d), độ số (NA)và tỉ lệ nghịch với bước sóng ánh sáng sử dụng (λ) Gọi V tần số chuẩn hóa, ta có: với số lượng mode tính sau: N=V2/2 (đối với sợi SI), N= V2/4(đối với sợi GI) Như ta thấy sợi đa mode luồng sáng phát từ nguồn quang vào sợi quang chia thành tập hợp mode Trong sợi, công suất quang tổng cộng mang nhiều mode riêng lẻ, đầu phần nhỏ hợp lại thành luồng với công suất Hình sau minh họa cho vấn đề (với mode làm ví dụ): BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page vii GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Cách thức công suất quang mang mode truyền sợi quang gây tán sắc Từ hình ta thấy độ rộng xung tín hiệu sau sợi quang bắt đầu mode 1và kết thúc mode Do độ trễ thời gian mode nên xung tín hiệu bị giãn (T0>Ti) Tán sắc sợi SI Tán sắc mode sợi GI BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page viii GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM 2.3 - Tán sắc sợi đơn mode Như ta xét phần trên, tán sắc mode nguyên nhân chủ yếu gây hạn chế tốc độ bít hệ thống Thông Tin Quang sử dụng sợi đa mode Điều nghĩa sợi đa mode có tán sắc mode, mà chịu ảnh hưởng nhiều loại tán sắc khác Tuy nhiên tán sắc mode có ảnh hưởng lớn nên ta xét tán sắc mode sợi đa mode Để khắc phục tán sắc mode người ta chế tạo loại sợi quang truyền mode sóng, sợi quang gọi sợi đơn mode (SMF- Single Mode Fiber) Rõ ràng ta thấy sợi đơn mode khắc phục hoàn toàn tán sắc mode Vì tốc độ truyền dẫn cải thiện đáng kể tăng cự ly thông tin Tuy nhiên sợi đơn mode chế tạo từ Silica nên chịu ảnh hưởng loại án sắc khác tán sắc sắc thể tán sắc phân cực mode Trong tán sắc sắc thể nguyên nhân gây hạn chế tốc độ bít Bây ta khảo sát tượng tán sắc sắc thể sợi quang Ở không tính tổng quát ta xét tán sắc sắc thể sợi đơn mode Có thể nói nguyên nhân sâu xa tán sắc sắc thể phát quang (LED, LAZER) không phát ánh sáng đơn sắc (ánh sáng có bước sóng), mà phát chùm tia sáng có bước sóng trung tâm (tại công suất phát cực đại) bước sóng biên, hay gọi độ rộng phổ nguồn phát Tức nguồn phát phát ánh sáng nằm dải tần (dải bước sóng) Mà ta biết chiết suất sợi làm từ Silica hàm phụ thuộc vào bước sóng (hay tần số), nên vận tốc lan truyền thành phần tần số khác khác nhau, phụ thuộc vào bước sóng theo công thức sau: v = c/n(λ) Tán sắc sắc thể có hai nguyên nhân sinh nó: Thứ ta biết thành phần tần số khác di chuyển với vận tốc khác nhau, tán sắc nguyên nhân người ta gọi tán sắc vật liệu, nguyên nhân chủ yếu tán sắc sắc thể Tuy nhiên có thành phần tán sắc thứ hai tán sắc ống dẫn sóng, mà nguyên nhân sinh lượng ánh sáng truyền có phần lõi phần lớp bọc Sự phân bố lượng lõi lớp bọc hàm bước sóng, cụ thể bước sóng dài lượng lớp bọc nhiều Như bước sóng thay đổi, phân bố lượng thay đổi kết hệ số lan truyền β thay đổi Đây giải thích cho tán sắc ống dẫn sóng BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page x GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM 2.3.1 Tán sắc vật liệu (Material Dispersion) Tán sắc vật liệu xảy chiết suất Silica (nguyên liệu sử dụng để chế tạo sợi quang) thay đổi theo tần số quang ω (tức phụ thuộc vào bước sóng tín hiệu) Hình sau cho thấy phụ thuộc vào bước sóng chiết suất (n) chiết suất nhóm (n g) dải từ 0,5µm đến 1,6µm sợi Silica nóng chảy Sự thay đổi chiết suất n chiết suất nhóm ng theo bước sóng silica nóng chảy Tán sắc vật liệu (DM) có liên hệ với độ dốc ng công thức sau: (*) Mà dng /dλ= bước sóng 1,276µm nên DM = λZD=1,276µm (λZD gọi bước sóng tán sắc 0) Hệ số tán sắc D M âm λ< λZD dương λ> λZD Trongdải bước sóng từ 1,25 đến 1,66 µm DM xấp xỉ công thức : DM λZD / λ ) Lưu ý: λZD 1,276 µm sợi Silica khiết Giá trị λ ZD thay đổi dải từ 1,27 đến 1,29 µm sợi quang mà lõi lớp bọc pha tạp chất để thay đổi chiết suất Bước sóng tán sắc (λ ZD) sợi quang phụ thuộc vào bán kính lõi (a) bước nhảy chiết suất (Δ) sợi quang BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xi GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM 2.3.2 Tán sắc ống dẫn sóng (Waveguide Dispersion) Trong sợi đa mode, tán sắc ống dẫn sóng phần nhỏ tán sắc tổng, thường thấy thuật ngữ tán sắc sắc thể tán sắc chất liệu sử dụng hoán chuyển cho xét sợi đa mode Nhưng sợi đơn mode tán sắc ống dẫn sóng lại thành phần tán sắc quan trọng Tán sắc vật liệu tán sắc ống dẫn sóng phụ thuộc lẫn ta phải xét chúng Do xấp xỉ nên ta bỏ qua phụ thuộc để xét riêng chúng Tán sắc ống dẫn sóng xuất ánh sáng truyền cấu trúc sợi quang.Cơ chế gây tán sắc ống dẫn sóng sợi đơn mode sau: Sau vào sợi quang,một xung ánh sáng mang thông tin phân bố lõi lớp bọc minh họa hình sau: Sự phân bố cường độ ánh sáng sợi đơn mode MDF đường kính trường mode Hai thành phần ánh sáng lõi lớp bọc truyền với vận tốc khác (do lõi lớp bọc có chiết suất khác nhau), nên đến cuối sợi quang vào thời điểm khác gâyra tán sắc.Từ hình ta thấy tán sắc ống dẫn sóng phụ thuộc vào phân bố trường modegiữa lõi lớp bọc, tức phụ thuộc vào đường kính trường mode (MFD – Mode FieldDiameter) mà MFD lại phụ thuộc vào bước sóng, tán sắc ống dẫn sóng phụ thuộc vào bước sóng Tán sắc ống dẫn sóng (DW) tính phương trình (*) phụ thuộc vào tham số V ( tần số chuẩn hóa ) sợi BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xii GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Hình sau cho thấy thay đổi d(Vb)/dV Vd2(Vb)/dV2 theo V Tần số chuẩn hóa V Từ hình ta thấy d(Vb)/dV Vd2(Vb)/dV2 dương nên theo công thức (*) DW âm toàn dải bước sóng từ đến 1,6µm Hình sau cho thấy D M , DW tổng chúng D = D M + DW sợi quang đơn mode thông thường Tán sắc tổng cộng D phân bố tương đối tán sắc chất liệu (D M) tán sắc ống dẫn sóng (DW) sợi đơn mode thường Bước sóng tán sắc (λ ZD) dịch đến giá trị cao nhờ phân bố ống dẫn sóng BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xiii GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Ta thấy tán sắc ống dẫn sóng (DW) làm cho bước sóng tán sắc (λZD) dịch khoảng 30 đến 40nm để tán sắc tổng (D) gần bước sóng 1,31µm Ngoài ra, tán sắc ống dẫn sóng làm giảm tán sắc tổng từ giá trị tán sắc vật liệu (D M) dải bước sóng từ 1,3µm đến 1,6µm Giá trị tiêu biểu D từ 15 đến 18ps/(km-nm) gần bước sóng1,55µm Khi D lớn hạn chế hoạt động hệ thống bước sóng 1,55 µm Vì D W phụ thuộc vào tham số sợi bán kính lõi a chênh lệch chiết suất Δ nên ta thiết kế sợi để bước sóng tán sắc dịch đến lân cận giá trị 1,55µm Sợi gọi sợi dịch tán sắc Ta ghép phân bố ống dẫn sóng để D tương đối nhỏ qua dải bước sóng từ 1,3µm đến 1,6µm, sợi loại gọi sợi san tán sắc Hình sau cho thấy ví dụ tiêu biểu phụ thuộc bước sóng D sợi chuẩn (sợi thường), sợi dịch tán sắc sợi san tán sắc Sự phụ thuộc vào bước sóng hệ số tán sắc D sợi chuẩn, sợi dịch tán sắc sợi san tán sắc Chương : Tìm hiểu sợi bù tán sắc DCF So sánh sợi DCF sợi SMF 2.1- Tìm hiểu sợi bù tán sắc DCF 2.1.1 Một số kỹ thuật bù tán sắc Thông tin quang Kỹ thuật bù tán sắc trước (Precompensation) Kỹ thuật bù sau (post compensation) Kỹ thuật bù tán sắc đường dây (In-line) gồm : 3.1 Bù tán sắc cách tử Bragg 3.2 Bù tán sắc tín hiệu quang liên hợp pha OPC 3.3 Bù tán sắc lọc quang 3.4 Bù tán sắc sợi quang DCF 2.1.2 Sự đời sợi bù tán sắc BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xiv GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Các hệ thống thông tin sợi quang nay, hệ thống tốc độ bit cao, phần lớn hoạt động vùng bước sóng 1550nm nhằm sử dụng khuếch đại quang sợi pha tạp Erbium (EDFA) để tăng cự ly truyền dẫn Tuy vậy, sợi quang đơn mode tiêu chuẩn (sợi G.652) có hệ số tán sắc vùng bước sóng lớn Tán sắc lớn làm méo tín hiệu tạo tượng giao thoa ký tự (ISI-Intersymbol Interference) dãn xung khe thời gian, làm xuống cấp chất lượng truyền dẫn hậu chí không chấp nhận Vì có nhiều kỹ thuật đưa nhằm giảm ảnh hưởng tán sắc, sử dụng kết hợp với khuếch đại quang làm tăng cự li truyền dẫn, tăng chất lượng tín hiệu đầu thu Một kỹ thuật sử dụng sợi bù tán sắc DCF (Dispersion Compensating Fiber) Mặc dù ý tưởng sử dụng sợi DCF đưa vào năm 1980, cho sau xuất khuyếch đại quang vào năm 1990 việc ứng dụng sợi DCF phát triển Với hệ thống có cự ly dài, hệ thống yêu cầu GVD phải bù liên tục theo chu kỳ dọc theo đường truyền Đặc biệt hệ thống toàn quang việc sử dụng sợi bù tán sắc DCF phù hợp, công suất trung bình giữ đủ nhỏ để hiệu ứng phi tuyến sợi quang không đáng kể Trong thực tế để nâng cấp hệ thống thông tin quang sử dụng sợi chuẩn có, người ta thêm vào đoạn sợi bù tán sắc (với chiều dài từ đến 8km) khuếch đại quang đặt cách 60 đến 80km Sợi bù tán sắc bù tán sắc vận tốc nhóm(GVD), khuếch đại đảm đương nhiệm vụ bù suy hao cho sợi Người ta thường sử dụng sợi DCF kết hợp với khuếch đại OA (thường sử dụng EDFA) để bù tán sắc tuyến quang, tùy vào vị trí đặt DCF mà có kiểu bù sau: BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xv GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Mặc dù ý tưởng sử dụng sợi DCF đưa vào năm 1980, cho sau xuất khuyếch đại quang vào năm 1990 việc ứng dụng sợi DCF phát triển 2.2 - So sánh sợi DCF với sợi SMF 2.2.1 Tìm hiểu tổng quát sợi SMF (G.652) Sợi quang G.652 loại sợi quang đơn mode sử dụng phổ biến mạng lưới viễn thông nhiều nước nay, làm việc cửa sổ truyền dẫn 1310nm 1550nm Khi làm việc cửa sổ 1310nm, G.652 có tán sắc nhỏ (xấp xỉ ps/nm.km) suy hao tương đối lớn Ngược lại, làm việc cửa sổ 1550nm, G.652 có suy hao truyền dẫn nhỏ hệ số tán sắc tương đối lớn (xấp xỉ 20ps/nm.km) BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xvi GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Sợi đơn mode tiêu chuẩn (SMF-G.652) giúp loại bỏ hấp thụ OH cửa sổ 1310nm 1550nm Sợi đơn mode tiêu chuẩn (SMF-G.652) giúp loại bỏ tán sắc mode vùng suy hao nhỏ (cửa sổ 1550 nm), tán sắc màu tối thiểu 2.2.2 So sánh sợi bù tán sắc với sợi SMF chuẩn DCF SMF Tham số tán sắc D [ps/(nmkm)] -80 18 Hệ số suy hao α [dB/km] 0.65 0.2 Đường bao tán sắc S[ps/(nm2km)] -0.17 0.07 Aeff(µm2) – Diện tích hiệu dụng 20 80 Chương : Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng sợi bù tán sắc Nguyên lý bù kết nghiên cứu sau bù sợi DCF 3.1 – Nguyên lý bù sợi DCF Kỹ thuật bù cách sử dụng bù tán sắc quang điện tử tăng khoảng cách truyền lên lần, nhiên lại không phù hợp với hệ thống đường dài, hệ thống yêu cầu GVD phải bù liên tục theo chu kỳ dọc theo đường truyền Đặc biệt hệ thống toàn quang việc sử dụng bù tán sắc quang điện tử không phù hợp Vì người ta nghĩ sợi quang đặc biệt gọi sợi quang bù tán sắc (DCF :Dispersion Compensating Fiber) Việc sử dụng sợi DCF cho hệ thống toàn quang bù GVD cách đáng kể công suất quang trung bình giữ đủ nhỏ thể hiệu ứng phi tuyến bên sợi không đáng kể Việc sử dụng sợi DCF để bù tán sắc đơn giản cần đặt sợi DCF xen vào giữa, đặc điểm sợi DCF có độ tán sắc âm, nghĩa tín hiệu xung ánh sáng qua sợi BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xvii GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM xung ánh sáng co lại dần, tượng ngược với sợi SMF – xung ánh sáng bị giãn tán sắc, việc xung ánh sáng bị giãn giải Sợi quang DCF phải có hệ số tán sắc GVD (Group-Velocity Dispersion ) 1,55µm D20 Hơn chiều dài sợi quang lựa chọn thỏa điều kiện : L2 = - (D1/D2) L1 Trong thực tế người ta cố gắng để chọn L nhỏ có thể, trường hợp xảy sợi DCF có giá trị âm D2 nhỏ (hay |D2| lớn) Hệ số tán sắc D có giá trị -420ps /(nm.km) bước sóng 1550nm thay đổi nhiều bước sóng khác Đây đặc tính quan trọng cho phép bù tán sắc băng rộng Nói cách tổng quát sợi DCF thiết kế để D tăng theo bước sóng Sự phụ thuộc vào bước sóng hệ số tán sắc D đặc tính quan trọng để DCF hoạt động trongcác hệ thống WDM Phổ tán sắc sợi DCF Đây phương pháp đơn giản đế quản lý tán sắc hệ thống WDM dung lượng cao với số lượng kênh lớn nghĩa đường bao tán sắc hiểu từ điều kiện: D1L1+D2L2 = Nhưng áp dụng cho kênh, có nhiều kênh để thỏa mãn cho tất kênh cần điều kiện : D1(λn)L1+D2(λn)L2=0 Trong đó: λn bước sóng kênh thứ n D1 tăng với bước sóng tăng cho hai sợi chuẩn sợi dịch tán sắc, kết tán sắc tích lũy D1L1 khác cho kênh Nếu DCF phải làm việc cho tất kênh, đường bao tán sắc nên âm có giá trị để thỏa mãn cho tất kênh Đường bao tán sắc DCF: BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xviii GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM S2 = - S1 = S1 Trong : S đường bao tán sắc (ps/(nm 2km) Tỷ số S/D đường bao tán sắc quan hệ (1/nm) Với sợi chuẩn D ≈ 16 [ps/(nm.km)] S ≈ 0.05[ps/(nm.km)], tỷ số khoảng 0.003nm -1 Vì thế, cho DCF với D ≈ - 100 [ps/(nm.km)] đường bao tán sắc khoảng -0.3 ps/nm2km 3.2 Kết nghiên cứu đánh giá sau bù tán sắc sợi DCF 3.2.1 Thông tin lịch sử kết đạt Nhiều thử nghiệm suốt năm 90 nhằm thực việc sử dụng lợi ích sợi bù tán sắc hệ thống WDM Năm 1995 thử nghiệm hệ thống gồm kênh với khoảng cách kênh 1,6nm ; kênh hoạt động tốc độ bít 20Gb/s truyền qua cự li 232km sợi chuẩn cách sử dụng nhiều sợi bù tán sắc Tán sắc lại với kênh tương đối nhỏ (khoảng 100ps/nm toàn khoảng lặp) tất kênh bù đồng thời sợi bù tán sắc Trong thử nghiệm vào năm 2011, sợi bù tán sắc băng rộng sử dụng để truyền tín hiệu WDM 1Tb/s (gồm 101 kênh, kênh hoạt động tốc độ 10Gb/s) qua cự li 9000km Dung lượng cao 11Tb/s thực nhờ sử dụng sợi tán sắc DCF thử nghiệm, truyền 273 kênh, kênh hoạt động tốc độ 40Gb/s qua băng tần C, L S đồng thời ( độ rộng băng toàn 100nm) 3.2.2 Kết thực nghiệm a Mô hình thực tế Nhờ sử dụng sợ bù tán sắc mà người ta xây dựng tuyến thông tin quang tốc độ cao cự ly xa Để thực bù tán sắc cho tuyến truyền dẫn dài, sợi bù tán sắc đặt xen vào khoảng lặp tuyến Các thiết bị khuếch đại quang EDFA thực bù suy hao cho sợi truyền dẫn sợi DCF Gần đây, việc sử dụng sợi bù tán sắc DCF thu có khuếch đại quang OAR(Optically Amplified Receiver) để kéo dài cự ly tăng tốc độ bit truyền dẫn việc xen sợi DCF vào OAR gây nhiều quan tâm Năm 2001, sử dụng 20 km sợi DCF để lắp xen vào thu quang có tiền khuếch đại EDFA Nhờ mà truyền tín hiệu 10Gbit/s hệ thống sử dụng sợi tiêu chuẩn G.652 dài 120 km BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xix GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Hình a Hệ thống thực nghiệm 10 Gbit / s sử dụng DCF OAR Hình a mô tả sơ đồ thiết lập thực nghiệm hệ thống truyền dẫn thu OAR có sợi DCF mắc vào hai tầng khuếch đại EDFA Tổng tán sắc DCF -1340ps/nm Với việc xen DCF vậy, độ nhạy thu quang cải thiện nhiều hình 9.7 kết đo độ nhạy thu thu -30,5 dBm tỉ số lỗi bit BER =10 -12 có DCF Trong không dùng sợi DCF đo độ nhạy thu giá trị BER cao vậy, đo BER= 10-8 công suất thu -26,5 dBm Nguyên nhân tán sắc cao làm kép hình mắt giảm tỉ số phân biệt so sánh hai kết đo thấy rõ ràng có chêch lệch lớn độ nhạy thu hai trường hợp có DCF Như vậy, bù tán sắc sợi DCF kết hợp với khuếch đại quang EDFA coi giải pháp có hiệu Hiện nay, giải pháp kết hợp với bù chirp phía phát coi hấp dẫn, thương mại hóa rộng rãi BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xx GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM b Mô hình phần mềm mô BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xxi GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF NHÓM SVTH : NHÓM Page xxii GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Chương : Kết Luận Chuyên đề Thông tin quang Nhóm trình bày tổng quát khái niệm tán sắc, loại tán sắc công thức đánh giá cho loại tán sắc Chuyên đề nêu phương pháp bù tán sắc bù trước hay bù sau, bù đường dây tập trung nghiên cứu kỹ thuật bù tán sắc sợi DCF Với việc bù tán sắc cho tuyến quang sử dụng sợi DCF có vài khuyết điểm, đường kính trường mode sợi DCF nhỏ, mật độ công suất sợi nguyên nhân hiệu ứng phi tuyến, đồng thời suy hao DCF lớn 0.65(dB/km) việc sử dụng kết hợp với OA truyền tuyến quang đường dài làm tăng nhiễu ASE nhược điểm DCF cần bù lượng tán sắc lớn phải cần chiều dài tỉ lệ thuận với lượng tán lớn phải cần chiều dài sợi tỉ lệ thuận với lượng tán sắc đó, dẫn đến cồng kềnh khó khăn cho việc thi công, lắp đặt Khi phương pháp dùng sợi bù tán sắc (DCF) bị hạn chế suy hao ghép lớn, công suất sợi quang phải đảm bảo đủ nhỏ để hiệu ứng phi tuyến không xảy giá thành lắp đặt cao Tuy nhiên phương pháp DCF sử dụng phổ biến tính đơn giản Do thời gian tìm hiểu không nhiều, hạn chế tài liệu kiến thức nên nội dung bố cục trình bày báo cáo nhiều thiếu sót Vì Nhóm mong nhận nhiều nhận xét từ Thầy Việt Em - hướng dẫn chuyên đề độc giả để báo cáo hoàn chỉnh E – Tài Liệu Tham Khảo TS Vũ Văn San, “Hệ thống thông tin quang – tập 1” Nhà xuất bưu điện, Hà nội 72003 Nguyễn Đức Nhân, “Bài giảng kỹ thuật thông tin quang I”, Học viện công nghệ bưu viễn thống Bài giảng thông tin quang ( file PDF ) Học viện công nghệ bưu viễn thông F – Thuật Ngữ Viết Tắt BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xxiii GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit DCF Dispersion Compensating Fiber Sợi bù tán sắc GVD Group Velocity Dispersion Tán sắc vận tốc nhóm LASER Light Amplified and Stimulated Khuếch đại ánh sáng Emission of Radiation xạ kích thích LED Light Emitting Diode Diode phát quang NA Numerical Aperture Khẩu độ số SMF Single Mode Fibre Sợi quang đơn mode WDM sóng Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF Page xxiv ... sợi bù tán sắc DCF So sánh sợi DCF sợi SMF chuẩn Chương : Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng sợi bù tán sắc: nguyên lý bù, kết nghiên cứu đánh giá sau bù sợi Chương : Kết luận BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI... Khái niệm tán sắc Các loại tán sắc Công thức đánh giá loại tán sắc Tìm hiểu sợi bù tán sắc So sánh sợi bù tán sắc với sợi SMF chuẩn Kỹ thuật bù tán sắc sử dụng sợi bù tán sắc: nguyên lý bù, kết... chuẩn, sợi dịch tán sắc sợi san tán sắc Chương : Tìm hiểu sợi bù tán sắc DCF So sánh sợi DCF sợi SMF 2.1- Tìm hiểu sợi bù tán sắc DCF 2.1.1 Một số kỹ thuật bù tán sắc Thông tin quang Kỹ thuật bù tán