bù tán sắc sử dụng sợi bù tán sắc dcf

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TP.HỒ CHÍ MINH CHUYÊN ĐỀ THÔNG TIN QUANG: BÙ TÁN SẮC SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCF GVHD: Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng 12 - 2012 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 BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM 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 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 BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM 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 BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM C – MỤC LỤC BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM D – NỘI DUNG BÁO CÁO Chương : Định nghĩa Phân loại đánh giá tán sắc - 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 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 DCFPage 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 DCFPage GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Hình sau mô tả sơ đồ loại tán sắc sợi quang : 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 DCFPage 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: 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 DCFPage 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 BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage 10 GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Tán sắc mode sợi GI 2.2 - Tán sắc phân cực mode (Polarization – Mode Dispersion) Nguồn gốc mở rộng xung trường hợp có liên quan đến khúc xạ hai lần (Birefringence) sợi ( BM = chiết suất mode mode phân cực trực giao) Sự không đối xứng tròn lõi tạo phản xạ hai lần chiết suất mode ứng với thành phần phân cực trực giao mode khác Nếu xung ngõ vào kích hai thành phần phân cực trở nên rộng hai thành phần tán sắc dọc theo sợi có vận tốc nhóm khác Hiện tượng gọi tán sắc phân cực mode (PMD) Trong sợi có Bm số (ví dụ sợi trì phân cực) mở rộng xung ước tính từ độ trễ mặt thời gian hai trạng thái phân cực suốt trình lan truyền xung ΔT Đối với sợi có chiều dài L ΔT cho bởi: x, y dùng để hai mode phân cực trực giao; Δβ1có liên hệ với chênh lệch vận tốc nhóm hai trạng thái phân cực Phương trình (1) sử dụng để có liên hệ v gvới số lan truyền β, ΔT/L đại lượng để đánh giá PMD Đối với sợi trì phân cực ΔT/L lớn (khoảng 1ns/km) hai thành phần kích ngõ vào sợi, giảm đến nhờ đưa ánh sáng dọc trục Đối với sợi thường khác Birefringence thay đổi dọc theo chiều dài sợi cách ngẫu nhiên Đối với xung quang, trạng thái phân cực khác thành phần phổ khác xung Trạng thái phân cực cuối không quan tâm hầu hết hệ thống Thông Tin Quang Photodetector dùng thu không nhạy với trạng thái phân cực trừ sử BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage 11 GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM dụng tách sóng Coherent Vấn đề ảnh hưởng đến hệ thống trạng thái phân cực ngẫu nhiên xung lại bị mở rộng thay đổi ngẫu nhiên Birefringence Một xung quang không phân cực dọc theo hai trạng thái chia làm hai phần lan truyền với tốc độ khác Độ trễ nhóm vi sai ΔT lớn hai trạng thái phân cực 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 BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage 12 GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM 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 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: (*) BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage 13 GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Mà dng /dλ= bước sóng 1,276µm nên DM = λZD=1,276µm (λZD gọi bước sóng tán sắc 0) Hệ số tán sắc DM âm λ< λZD dương λ> λZD Trongdải bước sóng từ 1,25 đến 1,66 µm DM xấp xỉ công thức : Lưu ý: λZD 1,276 µm sợi Silica khiết Giá trị λZD 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 (λZD) sợi quang phụ thuộc vào bán kính lõi (a) bước nhảy chiết suất (Δ) sợi quang 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 DCFPage 14 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 DM , DW tổng chúng D = DM + 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 Ta thấy tán sắc ống dẫn sóng (D W) làm cho bước sóng tán sắc (λ ZD) dịch khoảng 30 đến 40nm để tán sắc tổng (D) gần bước sóng 1,31µm Ngoài ra, tán sắc ống dẫn sóng làm BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage 15 GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM giảm tán sắc tổng từ giá trị tán sắc vật liệu (DM) 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 a) 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 b) Sự đời sợi bù tán sắc 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 BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage 16 GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM 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: 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 BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage 17 GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM 2.2 - So sánh sợi DCF với sợi SMF 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 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 D 20 Hơn chiều dài sợi quang lựa chọn thỏa điều kiện : L2 = - (D1/D2) L1 BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage 18 GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM Trong thực tế người ta cố gắng để chọn L2 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: 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 BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage 19 GVHD : Th.S ĐỖ VĂN VIỆT EM NHÓM SVTH : NHÓM 3.2 Kết nghiên cứu đánh giá sau bù tán sắc s ợi DCF 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) E – Tài Liệu Tham Khảo TS Vũ Văn San, “Hệ thống thông tin quang – tập 1” Nhà xuất bưu điện, Hà nội 7-2003 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 E – Thuật Ngữ Viết Tắt BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage 20 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 Wavelength Division Ghép kênh theo bước sóng Multiplexing BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage 21 ... 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 BÙ TÁN SẮC : SỬ DỤNG SỢI BÙ TÁN SẮC DCFPage... 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 a) Một số kỹ thuật bù tán sắc Thông tin quang Kỹ thuật bù tán sắc