2.3.1 Giới thiệu chung
Các hệ thống thông tin quang đang được khai thác trên mạng viễn thông hiện nay đều sử dụng các sợi quang truyền dẫn trong môi trường tuyến tính mà ở đó các tham số sợi không phụ thuộc vào công suất quang. Các hiệu ứng phi tuyến sợi xuất hiện khi tốc độ dữ liệu, chiều dài truyền dẫn, số bước sóng và công suất quang tăng lên. Các hiệu ứng phi tuyến này đã có ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng truyền dẫn của hệ thống và trở nên rất quan trọng vì sự phát triển của bộ khuếch đại quang sợi EDFA cùng với sự phát triển của các hệ thống ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM. Để tăng hiệu quả truyền dẫn thông tin có thể được thực hiện bằng việc tăng tốc độ bit, giảm khoảng cách giữa các kênh hoặc kết hợp cả hai phương pháp trên, nên các ảnh hưởng của tính phi tuyến sợi trở nên rất quan trọng.
Khi công suất trong sợi quang nhỏ thì sợi quang được xem như môi trường tuyến tính, tính phi tuyến của sợi quang (chủ yếu do chiết suất) có thể bỏ qua. Tuy nhiên khi công suất ánh sáng trong sợi quang vượt quá một ngưỡng nào đó thì tính phi tuyến sẽ ảnh hưởng đến lớn đến quá trình truyền tải tín hiệu trong sợi quang. Khi đó xuất hiện hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang. Hiệu ứng phi tuyến sẽ gây một số hiện tượng như: xuyên âm giữa các kênh quang, suy giảm mức tín hiệu của từng kênh truyền dẫn ...
Các hiệu ứng phi tuyến có thể chia ra thành hai loại:
- Hiệu ứng KERR : sinh ra do sự phụ thuộc của chiết suất vào công suất quang: các hiệu ứng phi tuyến chính như hiệu ứng tự điều chế pha (SPM), hiệu ứng điều chế xuyên pha (XPM) và hiệu ứng trộn bốn bước sóng (FWM).
- Hiệu ứng tán xạ: phát sinh do tác động qua lại giữa các sóng ánh sáng với các phonon (rung động phân tử) trong môi trường silica. Có hai hiệu ứng chính là tán xạ do kích thích Raman (SRS) và tán xạ do kích thích Brillouin (SBS).
Mỗi hiệu ứng phi tuyến tùy từng trường hợp có thể có lợi hoặc có hại. Chẳng hạn XPM và FWM thì bất lợi cho hệ thống đa kênh WDM. SPM và XPM gây ra sự mở rộng phổ trong các xung quang mà sau đó tương tác với tán sắc sợi. Điều này có thể có lợi hoặc có hại cho hệ thống truyền thông quang tùy thuộc vào tán sắc thường hay dị thường.