Cach tu soi bragg trong he thong DWDM

Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM MỞ ĐẦU Thơng tin sợi quang có bước phát triển nhảy vọt vài thập kỷ gần có vai trò quang trọng lĩnh vực viễn thông Đặc biệt truyền dẫn thông tin , thơng tin quang đóng vai trò quan trọng chủ đạo đáp ứng nhu cầu băng thông chất lượng truyền dẫn Trong thông tin quang học sử dụng phương pháp ghép kênh theo bước sóng mật độ cao ( DWDM ) để tăng dung lượng hệ thống Kỹ thuật ghép tín hiệu có bước sóng khác lại truyền sợi quang làm tăng dung lượng truyền dẫn mà không cần phải tăng tốc độ kênh bước sóng Trên lí thuyết bước sóng khác hoạt động với tốc độ khác DWDM linh hoạt dung lượng Kết hợp với tách ghép quang OADM , đấu chéo quang đem lại hiệu cao , dung lượng lớn.trong truyền dẫn Trong trình ghép việc lựa chọn bước sóng để ghép vấn đề quan trọng Mặt khác trình truyền dẫn có cần lấy thơng tin từ sợi quang ghép thông tin khác vào sợi để truyền dẫn Khi truyền dẫn , phổ tín hiệu thường bị giãn rộng nên việc cần lọc tín hiệu quan trọng Qua trình nghiên cứu , thực nghiệm cho thấy cách tử sợi Bragg đáp ứng yêu cầu nên ứng dụng nhiều hệ thống DWDM Sợi cách tử FBG thường ứng dụng DWDM OADM Các ứng dụng bao gồm có bước sóng ổn định , bù tán sắc gain phẳng So sánh với lọc khác cách tử sợi Bragg có tính vượt trội hẳn tách bước sóng dải bước sóng Nhờ đưa nhiều thông tin vào sợi quang truyền sợi tăng dung lượng truyền dẫn mà khơng cần tăng tốc độ truyền Sợi cách tử Bragg chu kỳ thay đổi tuyến tính dùng để bù tán sắc mạng thông tin quang tốc độ cao Thiết bị nhỏ gọn , dễ chế tạo hoạt động có hiệu cao Bên cạnh sợi cách tử Bragg FBG ứng dụng hệ thống bảo mật , hệ thống cáp quang biển Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Bản khoá luận có chương : Chương : Khái quát chung hệ thống DWDM Đề cập đến tính , đặc điểm hệ thống WDM DWDM , thiết bị ứng dụng hệ thống gồm có tách./ghép OADM , đấu chéo quang OXC , khuyếch đại EDFA với vai trò nhiệm vụ ứng dụng hệ thống DWDM Chương : Cách tử sợi Bragg hệ thống ghép kênh DWDM Đề cập đến cách tử sợi Bragg , đặc điểm vai trò , phương pháp chế tạo , tính điều kiện ảnh hưỏng yếu tố nhiệt độ sức căng đến hoạt động FBG , ứng dụng hệ thống DWDM nói riêng thơng tin quang nói chung Chương : FBG hệ thống ghép bước sóng Đề cập đến vấn đề FBG hệ thống ghép bước sóng tính tốn khả bù tán sắc truyền dẫn Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Chương 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG DWDM Tổng quan WDM Ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM ( wavelength Division Multiplexing ) giải pháp lí tưởng để mở rộng dung lượng mạng quang mà không cần thay đổi nhiều sở hạ tầng Bằng cách dùng phương thức ghép kênh theo bước sóng để làm tăng dung lượng kênh truyền dẫn có khả xây dựng tuyến thơng tin quang có tốc độ cao đem lại hiệu kinh tế Xét phạm vi giới, hệ thống thông tin sợi quang thương mại xây dựng, hệ thống thông tin sợi quang WDM , hệ thống thông tin sợi quang có cải tạo thành hệ thống WDM Việt Nam 1.1.1 Khái niệm hệ thống WDM Ghép kênh phân chia theo bước sóng quang WDM cơng nghệ ghép nhiều bước sóng vào sợi quang Tín hiệu có bước sóng khác đầu phát tổ hợp lại (ghép kênh) nhờ ghép kênh MUX Bộ ghép kênh MUX phải đảm bảo suy hao khơng gây xun nhiễu luồng Các luồng tín hiệu sau ghép truyền sợi quang tới phía thu Trên tuyến đường có cự ly dài chùm sóng quang khuếch đại nhờ khuếch đại.Ở đầu thu tín hiệu bước sóng tổ hợp phân tách (phân kênh) nhờ tách kênh DEMUX , tín hiệu khơi phục lại tín hiệu ban đầu đưa đầu cuối khác nhau.Do độ rộng dải sợi tăng tới tổng tốc độ bit bước sóng Hình vẽ mơ tả q trình ghép kênh : Hình vẽ mơ tả trình tách kênh : Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Ta mơ tả cấu hình hệ thống WDM sau : Hình 1.1 : Cấu hình hệ thống WDM Phương thức truyền dẫn hệ thống WDM Gồm có hai phương thức truyền dẫn : Truyền dẫn chiều hai sợi Phương thức truyền dẫn chiều hai sợi hệ thống WDM phương thức mà tất kênh quang sợi quang truyền dẫn theo chiều Các hệ thống WDM chiều truyền thống cho phép phát huy đặc trưng khuếch tối ưu trình truyền dẫn Người ta dùng sợi để truyền tín hiệu theo hướng từ đầu tới đầu hệ thống WDM Các khuếch đại chiều đặt nút nhằm đảm bảo mức cơng suất thích hợp Còn sợi thứ hai dùng để truyền tín hiệu theo chiều ngược lại Để đơn giản, số điểm WDM thiết bị cần thiết khuếch đại cho hai chiều gộp vào nút WDM Như truyền dẫn song cơng hồn tồn hệ thống WDM chiều thực đôi sợi khuếch đại chiều Tại nút đầu cuối, sợi dùng để truyền sợi để thu Hiểu theo cách đơn giản có nghĩa : Tại đầu phát, tín hiệu chuyển đổi từ tín hiệu điện thành tín hiệu quang, tín hiệu quang có bước sóng λ1, λ2, tổ hợp lại với truyền dẫn chiều sợi quang mà không xảy tượng lẫn lộn bước sóng Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Tại đầu thu , tín hiệu tách thành tín hiệu riêng lẻ q trình truyền dẫn quang hoàn thành Sơ đồ truyền dẫn chiều hai sợi quang Máy phát quang n Máy phát quang Máy thu quang λ1 Bộ ghép kênh n Bộ tách kênh λn Máy thu quang n λ 1… λn λ1 Bộ tách kênh Máy thu quang Bộ khuyếch đại sợi quang Máy thu quang Bộ khuyếch đại sợi quang Máy phát quang Bộ khép kênh Máy phát quang λn Hình 1.2 : Sơ đồ truyền dẫn chiều hai sợi quang Phương thức phát triển ứng dụng tương đối rộng rãi Phương thức Truyền dẫn hai chiều sợi Phương thức truyền dẫn hai chiều sợi hệ thống WDM phương thức mà kênh quang sợi truyền dẫn theo hai chiều khác nhau, dùng bước sóng khác để thơng tin hai chiều ( song song ) Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA n Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Cho đến có nhiều giải pháp để truyền song cơng với sợi Về bản, tín hiệu truyền hai chiều ngược sợi cách ly thiết bị thích hợp Kiểu cách ly biết tách băng Đây giải pháp sử dụng đòi hỏi đặc tính linh kiện quang khắt khe Các kênh truyền chia thành nhóm (gọi băng nhỏ - sub-bands) truyền ngược Các băng tách hợp nhờ thiết bị quang học đưa dọc theo môi trường truyền Để ngăn ngừa băng lân cận gây nhiễu lẫn nhằm cho phép tách băng dễ hơn, khe trống gọi khe phòng vệ (guard band) đặt vào chúng Yêu cầu khe phòng vệ nguyên nhân làm giảm hiệu phổ tần hữu dụng hệ thống WDM hai chiều làm hạn chế số lượng kênh truyền Để giảm bớt khó khăn việc tách băng, số hãng cố tìm cách đưa kiểu truyền hai chiều khác Thay nhóm kênh từ sub-band kề nhau, họ dùng kênh xen vào hai chiều truyền, nghĩa kênh chẵn truyền theo hướng từ đông sang tây kênh lẻ ngược lại Kết giãn cách kênh cho bước sóng chiều tăng gấp đơi Nhưng thêm vào cần có lọc xen mới, làm tăng thêm suy hao hệ thống, giảm độ tin cậy tăng giá thành Cuối cùng, việc cần thêm phần tử quang thụ động đường dây kèm với ảnh hướng xấu đến quỹ công suất khả dụng hệ thống Cả hai kiểu truyền dùng trước tiên cho hệ thống WDM đường dài, nhiên chúng chưa thành công đối chọi với cấu hình chiều truyền thống.Vì làm giảm đáng kể đặc tính hệ thống , số hãng sản xuất WDM chấp nhận dùng kiểu truyền hai chiều thứ ba Thay dùng băng khác hay kênh xen kẽ, họ dùng bước sóng cho hai chiều truyền Tuy nhiên gặp nhiều khó khăn xuyên nhiễu , can nhiễu rộng tán xạ ngược Như biết, tín hiệu quang vào sợi quang dài gần vơ hạn tạo hiệu ứng tán xạ ngược gây chất liệu thuỷ tinh thuộc tính dẫn sáng sợi Hơn nữa, bỏ qua vấn đề vận hành Bất kỳ nguồn phản xạ ngược tích luỹ lại (như gián đoạn sợi cáp, việc nối cáp, đầu nối, việc uốn cong) tác động lên đặc tính tổng thể hệ thống Ví dụ việc nối lại sợi quang đứt: Ngồi suy hao phụ thêm hàn nối, việc gây phản xạ ngược tín hiệu tới, đưa đến bất lợi tất yếu mặt tạp âm công suất Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Như phuơng thức truyền dẫn hai chiều chịu ảnh hưởng nhân tố : can nhiễu kênh , ảnh hưởng phản xạ quang, cách ly kênh hai chiều , công suất truyền dẫn hai chiều phụ thuộc vào chúng…Đồng thời phải sử dụng khuyếch đại hai chiều Làm suy giảm đặc tính hệ thống từ hoạt động bảo dưỡng, hệ thống WDM hai chiều không đảm bảo vận hành dài hạn Sơ đồ truyền dẫn hai chiều sợi quang Máy phát quang Máy thu quang Máy thu quang n λ1…λn Máy phát Máy quang n Máy thu quang Bộ ghép / tách kênh Máy thu quang Bộ khuyếch đại sợi quang λn+1…λ2n Bộ ghép / tách kênh Máy phát quang Máy phát quang n Hình 1.3 : Sơ đồ truyền dẫn hai chiều sợi quang Trên quan điểm kỹ thuật, hệ thống kiểu chiều rõ ràng tỏ trội kiểu hai chiều , thay đổi mặt kinh tế tính đến Với hạ tầng sẵn có dư sợi chẳng cần đến ưu đáng kể mặt tiết kiệm sợi hệ thống hai hướng Trên thực tế so với phương thức truyền dẫn chiều hệ thống WDM phương thức truyền dẫn hai chiều hệ thống WDM làm giảm số lượng khuếch đại sợi quang đường dây Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM 1.1.2 Đặc điểm cơng nghệ ghép kênh WDM Tận dụng tài nguyên dải tần rộng sợi quang Do công nghệ khép kênh WDM công nghệ truyền dẫn nhiều bước sóng sợi quang nên tận dụng tài nguyên băng rộng sợi quang, làm cho dung lượng truyền dẫn sợi quang tăng từ vài lần tới vài chục lần so với truyền dẫn bước sóng đơn , nhờ giá thành giảm , có giá trị ứng dụng hiệu kinh tế lớn Bản thân sợi quang khoảng giới hạn bước sóng có khu vực suy hao thấp rộng , sử dụng nhiều bước sóng sử dụng phần nhỏ khu vực Mặc dù sử dụng tồn dải tần khu vực khuếch đại khuếch đại sợi quang trộn Erbium (EDFA) (1530 – 1565) chiếm 1/6 dải tần Cho nên cơng nghệ WDM tận dụng độ rộng tần lớn sợi quang Nhờ giải vấn đề dải tần truyền dẫn Đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu Vì cơng nghệ WDM ghép tín hiệu có bước sóng độc lập với nhau, truyền dẫn tín hiệu có đặc tính hồn tồn khác nhau, nên dễ dàng thực việc tổng hợp chia tín hiệu dịch vụ viễn thơng gồm: tín hiệu số, tương tự , truyền dẫn hỗn hợp tín hiệu đa phương tiện (như số liệu, văn bản, đồ hoạ ) Thực truyền dẫn hai chiều sợi quang Do nhiều phương tiện thông tin dùng phương thức truyền song công (như điện thoại) , khắc phục vấn đề thiếu sợi truyền dẫn Vì dùng cơng nghệ WDM tiết kiệm lượng đầu tư lớn cho đường dây Nhiều ứng dụng Công nghệ WDM sử dụng nhiều mạng đường trục, mạng quảng bá , mạng cục (LAN), cho tốc độ cao , băng thông rộng , đáp ứng nhu cầu ngày cao người sử dụng Do quang trọng ứng dụng mạng Tiết kiệm đầu tư cho đường dây Dùng công nghệ WDM không giảm bớt ảnh hưởng tán sắc mà chống tổn hao phân cực Các hệ thống thơng tin quang đại có sử dụng khuếch đại quang để ghép nhiều kênh theo WDM Nếu với lưu lượng 2,5Gbit/s, ghép theo WDM từ đến 16 luồng ta thực đường thông tin quang Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM với lưu lượng 20Gbit/s đến 40Gbit/s sợi đơn mode mà dùng lại thiết bị ghép kênh phân kênh có Nói cách khác, WDM cho phép tăng tích số lưu lượng nhân với cự ly sợi quang Như truyền dẫn đường dài tiết kiệm số lượng lớn sợi quang Ngoài thuận tiện cho việc mở rộng dung lượng hệ thống thông tin sợi quang xây dựng, cần hệ thống cũ có độ sư cơng suất tương đối lớn tăng dung lượng hệ thống mà không cần thay đổi nhiều hệ thống cũ Giảm yêu cầu tốc độ linh kiện Vì tốc độ truyền dẫn tăng lên khơng ngừng, tốc độ linh kiện quang đáp ứng Sử dụng cơng nghệ WDM giảm cao yêu cầu tốc độ số linh kiện mà lại truyền dẫn dung lượng lớn Ngoài cho phép khai thác cách đơn giản kinh tế lượng thông tin vào sợi quang đơn mode cự ly dài tăng độ mềm dẻo cấu trúc phân phối Những đường truyền dẫn thử nghiệm đạt tốc độ 160Gbit/s hệ thống ghép kênh theo bước sóng Tính linh hoạt, kinh tế độ tin cậy cao cấu hình mạng Sử dụng cơng nghệ WDM việc chọn đường, chuyển mạch khôi phục mạng từ có mạng suốt , linh hoạt, kinh tế 1.1.3 Một số vấn đề cần ý công nghệ WDM Hiện công nghệ WDM phát triển mạnh mẽ mạng đường trục nhà khai thác đường dài phải đối mặt với số vấn đề cần giải : Vấn đề ổn định bước sóng vấn đề cần quan tâm bước sóng khơng ổn định xảy tượng trơi bước sóng , làm cho hệ thống không ổn định tin cậy Vấn đề xuyên nhiễu kênh tín hiệu ảnh hưởng tới độ nhạy máy thu Bên cạnh ảnh hưởng hiệu ứng tán sắc sợi quang ảnh hưởng đến tốc độ truyền dẫn khoảng cách truyền dẫn Ngoài ảnh hưởng hiệu ứng tán xạ hiệu ứng khúc xạ , hiệu ứng phi tuyến làm ảnh hưởng đến công suất đưa vào sợi quang Mặc dù vấn đề then chốt giải dựa vào trị số đỉnh để tiến hành chốt bước sóng trung tâm để giữ bước sóng ổn định , hay dùng Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM khuyếch đại EDFA để khắc phục việc suy giảm , bù tán sắc phân cực để tránh ảnh hưởng tán sắc phân cực Tuy nhiên phải đối mặt với loạt công nghệ tương ứng công nghệ tách / ghép kênh , công nghệ khuyếch đại … 1.2 Công nghệ ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM 1.2.1 Định nghĩa DWDM Công nghệ DWDM công nghệ với số bước sóng ghép sợi quang lớn hệ thống WDM Khi số lượng bước sóng ghép nhiều ghép kênh đựoc coi mật độ cao Trong DWDM kênh sử dụng bước sóng truyền với tốc độ bit khác Do kênh bước sóng đơn lẻ mà dải hẹp bước sóng lân cận bước sóng trung tâm nên độ rộng phổ khoảng vài nm để tránh tượng xuyên kênh Các hệ thống truyền dẫn sử dụng công nghệ DWDM coi hệ thống truyền dẫn DWDM Các tín hiệu : âm thanh, hình ảnh , liệu truyền sợi quang Hình 1.4 : ghép kênh DWDM Ngày nay, có nhiều vật liệu đời, sợi thuỷ tinh chọn làm môi trường truyền dẫn cho hệ truyền thơng có tốc độ cao, độ tin cậy cao với khoảng cách dài ,lắp đặt mặt đất hay chơn ngầm biển Theo tốc độ bit đạt tới 40Gbps sợi đơn Trong ghép kênh theo bước sóng, ghép kênh nhân chia theo bước sóng mật độ cao, dải thơng đạt tới Tbps Đã có hệ thống DWDM với 128 bước sóng DWDM 40 bước sóng, bước sóng có tốc độ 10Gbps có độ rộng lên tới 400Gbps dải thơng truyền sợi quang đơn nội dung 1000 Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 10 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Qua hình vẽ ta thấy giới hạn phép đo lỗi truyền 10 –9 Sự bất lợi phép đo cho việc chuyển kênh thứ hai 10 –9 thấp 0,1 db Tương tự so sánh với kênh lối vào OADM sau truyền 50 Km sợi Đây bất lợi dẫn đến câu trả lời thuyết phục lỗ thủng nguồn tín hiệu từ tín hiệu linh kiện bên cạnh 2.3.3 FBG DWDM Về lí thuyết , việc chế tạo ứng dụng sợi cách tử Bragg cho thêm bớt bước sóng OADM riêng gián tiếp giải OADM cho hệ thống DWDM dùng sợi FBG Hình 2.17 : Nguyên tắc làm việc FBG DWDM Hình vẽ dải phản xạ đặc trưng điều biên đặc tính quang học FBG mà sử dụng dùng ADM DWDM tốc độ 2,5 Gbps với khoảng cách kênh 50GHz Trong thảo luận ADM cho thấy quan trọng FBG , không phụ thuộc vào điều khiển ánh sáng để hồn thành chức tách / ghép tín hiệu quang học thiết bị Tuy nhiên trễ nhóm làm trở ngại đến đặc tính quang học mà biểu phụ thuộc bước sóng bước sóng phản xạ với thời gian tương ứng , dải phản xạ thay đổi dải rộng , bước sóng vòng ± 0.1nm bước sóng thời gian trễ 10ps trễ 30ps khoảng bước sóng ± 0.15nm bước sóng Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 42 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Hình 2.18 :Đặc điểm quang học FBG DWDM với khoảng cách kênh 50 GHz tốc độ 2,5 Gb/s Ta có bảng tiêu sở cho việc ứng dụng : Khoảng cách kênh hệ thống DWDM lớn việc tách kênh xác Hơn FBG tách bước sóng đơn sắc , có suy hao thấp cửa sổ quang học Do chủ yếu ứng dụng hệ thống truyền dẫn khoảng cách xa đặc biệt DWDM 2.3.4 FBG hệ thống bảo mật Ngoài ứng dụng FBG ứng dụng việc giải mã số thẻ Khi thẻ người sử dụng quét thơng tin thẻ chuyển thành tín hiệu quang Nguồn sáng quét đưa tới ghép quang đưa tới nhận tới sợi quang có chứa cách tử Bragg Theo điều kiện cách tử : • Tia sáng thoả mãn điều kiện cách tử Bragg phản xạ trở lại qua giải mã đưa thông tin xác nhận hiển thị Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 43 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM • Nếu tia sáng khơng thoả mãn điều kiện cách tử Bragg khố lại 2.3.5 Các ứng dụng khác Cơ sở thiết lập hệ thống DWDM , Tại tín hiệu quang với bước sóng khác dải bước sóng 1,55µm ghép vào sợi quang học đơn khuyếch đại EDFA , sau tín hiệu quang tách cổng cuối Hình 2.19 : Hệ thống DWDM gồm linh kiện EDFA OADM xếp đường truyền dẫn , tín hiệu quang học tách cổng cuối linh kiện bù tán sắc DCU Tín hiệu tách / ghép phù hợp với yêu cầu Cách tử Bragg ứng dụng nhiều linh kiện quang học thêm / bớt OADM , nhóm bù tán sắc DCU , tăng thêm lọc cân GEF , thăng bước sóng … Trong nhiều tài liệu mô tả thuật tốn chế tạo đặc tính FBG cách tử Bragg PLC , phát triển cho dải hẹp OADM , giới thiệu phụ thuộc vào nhiệt độ thử nghiệm đáng tin cậy Hơn đề cập đến thiết bị cách tử ứng dụng DCU GEF để bù tán sắc : Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 44 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Hình 2.20 : DCU dùng chirped FBG Sự phát triển tiên tiến DCU dùng chirped FBG c ũng úng dụng hệ thống WDM Đặc biệt bù tán sắc yêu cầu tốc độ cao 40 Gb/s sản xuất DCU có chirped FBG Chirped gắn cố định thuỷ tinh Sợi bù tán sắc DCF triển khai mạng quản lí tán sắc Ngun lí làm việc sau truyền dẫn tín hiệu xung qua sợi quang có cự ly dài , hiệu ứng tán sắc nên xuất giãn xung méo Khi ta dùng đoạn sợi quang bù tán sắc để hiệu chỉnh loại bỏ giãn méo Đặc điểm DCF có tán sắc âm tương đối lớn bước sóng 1550nm để bù tán sắc dương tương đối lớn sợi quang sinh hoạt động bước sóng 1550nm Chirp FBG sử dụng điều chế bù tán sắc – DCM Sử dụng FBG để khơi phục lại dạng tín hiệu ban đầu , giảm tượng tán sắc truyền dẫn Qua Chirp FBG giảm độ giãn xung tín hiệu , độ giãn xung khoảng dưói ±0.1 dB Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 45 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Hình 2.21: minh họa việc bù tán sắc mạng quang học Hệ thống DWDM ghép kênh với mật độ dày , tương ứng với số kênh ghép khoảng cách truyền hiệu suất đạt khác : Kết luận : Cách tử Bragg FBG phù hợp với hệ thống DWDM truyền bước sóng có dải tần hẹp Hơn bước cách tử thay đổi nên FBG phản xạ bước sóng cụ thể Và có nhiều ứng dụng quang học • Chirp FBG dùng để giảm độ tán sắc thông tin truyền dẫn • Trong hệ thống bảo mật để giải mã thơng tin • Được dùng linh kiện quang học mạng truyền dẫn DWDM Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 46 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Chương FBG TRONG HỆ THỐNG GHÉP BƯỚC SÓNG Sử dụng kỹ thuật DWDM ghép bước sóng phưong pháp dùng để tăng tốc độ truyền dẫn lên 20Gb/s ( tốc độ kênh 2,5 Gb/s x ) Đây phương pháp sử dụng có ưu điểm trội phương pháp khác ( kỹ thuật DTM , kỹ thuật WDM ghép bước sóng kết hợp với dùng thêm bước sóng để đạt dung lượng 20Gb/s ) • Có thể tăng dung lượng hệ thống tuỳ theo số kênh bước sóng ghép • Do tốc độ kênh 2,5 Gb/s nên chịu ảnh hưởng tán sắc Hình 3.1 : Hệ thống ghép bước sóng hệ thống DWDM 3.1 Tính tốn chu kỳ cách tử ghép bước sóng Sử dụng cách tử Bragg ghép kênh DWDM để lọc bước sóng , FBG tách nhiều bước sóng miễn thoả mãn điều kiện bước sóng Bragg : λB = neff Λ Trong : λB bước sóng phản xạ neff chiết xuất phản xạ Λ chu kỳ cách tử Trong truyền dẫn quang học có vùng sổ truyền dẫn ứng với bước sóng : • Vùng : cửa sổ có bước sóng 850nm , mức suy hao α = 1dB/Km , hệ số tán sắc lớn • Vùng : Cửa sổ có bước sóng 1300nm , mức suy hao α = 0,5 dB/Km, hệ số tán sắc nhỏ Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 47 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM • Vùng : Cửa sổ có bước sóng 1550nm , mức suy hao α = 0,154 dB/Km , chế tạo sợi đơn mode có α =0,14dB/Km Cửa sổ thứ dùng Việt Nam Do có suy hao nhỏ nên dùng ghép kênh DWDM dùng cách tử Bragg , suy hao nhỏ FBG tách bước sóng với độ xác cao Theo lưới bước sóng G.652/G.653 ITU : Khoảng cách kênh 100GHz phù hợp với hệ thống kênh nhiều Dải bước sóng dải C ( vùng ) Hình 3.2 : Chùm quang phổ ghép bước sóng DWDM Chọn bước sóng : λ1=1548,51 nm λ2=1549,32 nm λ3=1550,12 nm λ4=1550,92 nm λ5=1551,72 nm λ6=1552,52 nm λ7=1553,32 nm λ8=1554,12 nm Với ∆λ=0,8 nm Khi bước sóng qua cách tử Bragg , bước sóng thỏa mãn điều kiện Bragg tách phản xạ lại Để lọc nhiều bước sóng hệ thống Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 48 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM DWDM sử dụng nhiều FBG , chu kỳ cách tử thay đổi hệ số khúc xạ cấu trúc thay đổi , chiết suất thay đổi đoạn lõi sợi , đoạn có chiết suất tăng , đoạn có chiết suất giữ nguyên tạo nên cấu trúc cách tử Các bước sóng khác có tốc độ khác Từ cơng thức điều kiện bước sóng FBG ta suy cơng thức tính neff = λB 2Λ hay Λ = : λB 2neff Khi vào môi trường sợi quang có chiết suất thay đổi tốc độ tia giảm theo cơng thức : v=c/neff=λBf/neff Theo lưới phân bổ bước sóng chuẩn ITU G-692 tương ứng với bước sóng chọn có tần số tương ứng Hình 3.3 :Nguyên lí hoạt động FBG Theo nguyên lí hoạt động cách tử Bragg bước sóng lọc qua cách tử thoả mãn điều kiện bước sóng Bragg phản xạ lại gọi bước sóng Bragg λB ( Như hình vẽ ) Như chu kỳ phản xạ cách tử Bragg thích hợp để phản xạ bước sóng : Tại bước sóng λ1 chu kỳ cách tử Λ = 1548,51nm 2neff Tại bước sóng λ2 chu kỳ cách tử Λ = 1549,32nm 2neff Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 49 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Tại bước sóng λ3 chu kỳ cách tử Λ = 1550,12nm 2neff Tại bước sóng λ4 chu kỳ cách tử Λ = 1550,92nm 2neff Tại bước sóng λ5 chu kỳ cách tử Λ = 1551,72nm 2neff Tại bước sóng λ6 chu kỳ cách tử Λ = 1552,52nm 2neff Tại bước sóng λ7 chu kỳ cách tử Λ = 1553,32nm 2neff Tại bước sóng λ8 chu kỳ cách tử Λ = 1554,12nm 2neff Sợi quang thường có lõi SiO2 có pha tạp GeO2 , pha tạp GeO2 cao tạo cách tử FBG Ở lõi sợi quang có phân bố khác chiết suất , đoạn có chiết suất tăng , đoạn có chiết suất giảm tạo nên cấu trúc FBG Ta xét bước sóng trung tâm hai bước sóng lân cận : • Tại bước sóng λ3=1550,12 nm chiết suất neff = 1,4438 Khi chu kỳ cách tử : Λ = 1550,12nm = 536 nm x1,4438 • Tại bước sóng λ4=1550,92 nm chiết suất neff = 1,4435 Khi chu kỳ cách tử : Λ = 1550,92nm = 537nm x1,4435 • Tại bước sóng λ5=1551,72 nm chiết suất neff = 1,4431 Khi chu kỳ cách tử : Λ = 1551,72nm = 538nm x1,4431 Chiết suất thay đổi không đáng kể Khi chiết suất tăng chu kỳ cách tử giảm , chiết suất giảm chu kỳ cách tử tăng Như để thực việc ghép bước sóng hệ thống DWDM dùng cách tử sợi Bragg FBG phải tính tốn đại lượng phù hợp để đem lại lợi ích cao Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 50 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM 3.2 Hiện tượng tán sắc Đặc trưng truyền bước sóng phụ thuộc vào chiết suất mơi trường số truyền dẫn ảnh hưởng đến thời gian truyền bước sóng mơi trường Kết xung sáng hẹp vào môi trường bị trải rộng Hiện tượng gọi tán sắc màu Tán sắc bao gồm tán sắc vật liệu tán sắc đường dẫn sóng : • Tán sắc vật liệu : Đặc tính truyền bước sóng phụ thuộc vào bước sóng mơi trường truyền Các bước sóng khác truyền với tốc độ khác vật liệu làm cho bước sóng tới cuối sợi quang với thời gian khác Do xung bị tán sắc gọi tán sắc vật liệu • Tán sắc dẫn sóng : Như ta biết lượng ánh sáng mode truyền phần lõi phần vỏ Chiết suất hiệu dụng mode nằm nằm chiết suất khúc xạ lõi vỏ Giá trị thực chiết suất hiệu dụng phụ thuộc vào phần lượng nằm vỏ lõi, bước sóng thay đổi phân bố lượng thay đổi làm cho chiết suất hiệu dụng thay đổi hay số truyền thay đổi Đây cách giải thích vật lí tán sắc dẫn sóng Gọi : d hệ số tán sắc vật liệu ( ps/nm Km ) ∆λ độ giãn xung ( nm ) L chiều dài sợi quang ( Km) Khi ta có cơng thức tính độ giãn xung hay tán sắc vật liệu : D = d L ∆λ ( ps ) Bù tán sắc Qua thực nghiệm nghiên cứu người ta thấy để đảm bảo chất lượng truyền dẫn giảm độ giãn xung truyền phải bù tán sắc Một phưong pháp dùng phổ biến dùng Chirped FBG để bù tán sắc Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 51 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Nguyên tắc việc bù tán sắc đoạn cách tử FBG thành phần bước sóng ngắn tới trước tán sắc phải thêm quãng đường trước phản xạ trở lại Trong thành phần bước sóng dài đến chậm bị tán sắc , phản xạ tới cách tử Bragg Kết xung tín hiệu qua thiết bị bù co lại Gọi : d độ tán sắc Lf chiều dài sợi quang Lg chiều dài sợi cách tử neff chiết suất hiệu dụng ∆λ độ rộng phổ cách tử c tốc độ ánh sáng Khi ta có cơng thức tính : d Lf = L g neff c∆λ Tính tốn cụ thể Ở chương ta biết tác dụng FBG DWDM bù tán sắc hệ thống Ở ta đặt toán với 100Km quang sợi quang có độ tán sắc 17ps/nm Km dùng bước sóng 1550nm , độ rộng phổ nguồn quang thường dúng ∆λ =0,2 nm phải sử dụng đoạn cách tử dài để bù tán sắc ? Từ phần lí thuyết ta tính : Với 100Km quang sợi tán sắc vật liệu hay độ trễ : D = Lxdx∆λ = 100 x 17 x 0,2 = 340 ps Vậy với 100Km quang sợi quang có độ tán sắc 17ps/nm Km dùng bước sóng 1550nm , độ rộng phổ ∆λ =0,2 nm tán sắc vật liệu 340 ps Với chiết suất neff = 1,447 bước sóng 1550nm ta tính độ dài đoạn cách tử cần để bù tán sắc cho 100Km quang sợi : Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 52 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Lg = dL f c∆λ 2neff = Dc 2neff với c = x 108 m/s = x 108 x 10-12 m/ps Ta tính : Lg = 340 x3 x10 x10 −12 = 0,035m = 3,5 cm x1,447 Như vây với đoạn cách tử dải 3,5 cm bù cho 100Km quang sợi quang có độ tán sắc 17ps/nm Km dùng bước sóng 1550nm , độ rộng phổ 0,2 nm Như kết thu cho thấy dùng sợi cách tử Bragg kéo dài đường truyền dẫn mà khắc phục tượng tán sắc Tùy theo chế tạo chiều dài FBg mà sử dụng đường truyền dẫn đem lại hiệu bù tán sắc cao Kết luận : Từ kết thu ta thấy việc tính tốn thiết kế tuyến thơng tin quang cần xem xét đến mức độ phát triển công nghệ để tối ưu hóa phương án thiết kế thu chất lượng truyền dẫn độ tin cậy cao Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 53 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu làm khóa luận tốt nghiệp em thu kết sau : Nắm số vấn đề hệ thống ghép kênh theo bước sóng DWDM : nguyên tắc ghép tách bước sóng , thu / nhận , vai trò mục đích … Vài nét cách tử sợi Bragg FBG : FBG sử dụng truyền dẫn xa , khoảng suy hao thấp bước sóng lọc xác , chí khoảng cách hai kênh nhỏ tách bước sóng xác Được dùng nhiều hệ thống thiết bị quang học : bù tán sắc , đặc biệt DWDM… Khảo sát ghép bước sóng hệ thống DWDM sử dụng FBG làm tăng tốc độ đường truyền lên 20 Gb/s Đồng thời khảo sát chiều dài cách tử cần để bù tán sắc khoảng cách truyền dẫn Tuy nhiên khóa luận chưa khảo sát cụ thể FBG ghép bước sóng cơng nghệ ghép kênh theo bước sóng DWDM Do chưa có kết thực nghiệm Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 54 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM MỤC LỤC Chương 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG DWDM Tổng quan WDM 1.1.1 Khái niệm hệ thống WDM 1.1.2 Đặc điểm cơng nghệ ghép kênh WDM 1.1.3 Một số vấn đề cần ý công nghệ WDM .9 1.2 Cơng nghệ ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM 10 1.2.1 Định nghĩa DWDM 10 1.2.2 Các tính hệ thống DWDM .11 1.2.3 Nguyên lí hoạt động hệ thống DWDM 12 1.2.4 Vấn đề suy hao sợi quang DWDM .13 1.2.5 Một số thiết bị quang học hệ thống DWDM 14 1.2.5.1 Bộ đấu chéo OXC 16 1.2.5.2 Bộ ghép kênh quang OADM 16 1.2.5.3 Bộ khuyếch đại EDFA .19 Chương 2.1 CÁCH TỬ SỢI BRAGG TRONG HỆ THỐNG DWDM 22 Khái quát chung cách tử 22 2.1.1 Khái niệm chung .22 2.1.2 Nhiệm vụ cách tử 23 2.2 Cách tử sợi Bragg 24 2.2.1 Các tính FBG .24 2.2.2 Điều kiện bước sóng cách tử Bragg 25 2.2.3 2.2.2.1 Điều kiện phản xạ Bragg 25 2.2.2.2 Điều kiện bước sóng Bragg .26 Hệ số phản xạ 27 Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 55 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM 2.2.4 Cách chế tạo FBG .28 2.2.4.1 Qúa trình chế tạo 28 2.2.4.2 Phương pháp chế tạo 28 2.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ , sức căng tới cách tử Bragg 31 2.2.6 Dạng phổ FBG 34 2.3 Ứng dụng FBG thông tin quang .35 2.3.1 FBG dùng để bù tán sắc mạng thông tin quang .35 2.3.2 FBG OADM 38 2.3.3 FBG DWDM 41 2.3.4 FBG hệ thống bảo mật 43 2.3.5 Các ứng dụng khác 43 Chương FBG TRONG HỆ THỐNG GHÉP BƯỚC SÓNG 47 3.1 Tính tốn chu kỳ cách tử ghép bước sóng 47 3.2 Hiện tượng tán sắc 51 Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 56 ... Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM nghiệm cho thấy dùng cách tử Bragg khắc phuc khó khăn Vấn đề đề cập đến chương sau Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA 21 Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Chương... truyền , tu thuộc vào mục đích sử dụng Hệ thống khơng đồng OADM : N bước sóng Đầu cuối DWDM Nguyễn Thị Hương Lớp k46ĐA N- bước sóng OADM 18 Đầu cuối DWDM Cách Tử Sợi Bragg Trong Hệ Thống DWDM Hình... biển Theo tốc độ bit đạt tới 40Gbps sợi đơn Trong ghép kênh theo bước sóng, ghép kênh nhân chia theo bước sóng mật độ cao, dải thơng đạt tới Tbps Đã có hệ thống DWDM với 128 bước sóng DWDM 40