OTU là thiết bị được sử dụng để thực hiện chuyển đổi bước súng. Nú chuyển đổi những bước súng của cỏc kờnh tớn hiệu quang đầu vào thành cỏc bước súng quang chuẩn theo khuyến nghị G.692 của ITU-T để cú thể
truyền trờn hệ thống DWDM.
OTU cũng cung cấp nhiều chức năng khỏc:
- Cung cấp nguồn phỏt quang chuẩn và ổn định: Cỏc hệ thống DWDM cần phải ghộp nhiều bước súng trong cửa sổ quang cú độ suy hao thấp
Luận văn cao học ĐTVT 2007-2009 Nguyễn Tuấn Tỳ
với khoảng cỏch giữa cỏc bước súng nhỏ, vỡ vậy tần số trung tõm của nguồn phỏt quang phải làm việc ổn định trong chuỗi tần số trung tõm chuẩn được chỉ ra bởi ITU-T.
- Nguồn quang cú giới hạn tỏn sắc khỏ lớn: với một nguồn quang cú giới hạn tỏn sắc lớn sẽ làm tăng được khoảng cỏch truyền dẫn của tuyến mà khụng cần sử dụng đến cỏc bộ bự tỏn sắc, đồng thời làm giảm được cỏc hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến hệ thống.
- OTU cũng được sử dụng như một bộ lặp với cỏc chức năng tỏi tạo dạng xung, khụi phục định thời và khụi phục dữ liệu.
3.1.1. Nguyờn lý hoạt động
OTU thực hiện việc chuyển đổi quang - điện (O/E) với cỏc tớn hiệu quang đưa vào ghộp kờnh theo khuyến nghị G.957 và thực hiện tỏi tạo tớn hiệu, khụi phục định thời và khụi phục dữ liệu đối với cỏc tớn hiệu quang
đó được chuyển đổi thành điện. Sau đú thực hiện chuyển đổi điện - quang (E/O) để đưa ra tớn hiệu kờnh quang DWDM mà cú bước súng, độ tỏn sắc và cụng suất phỏt quang theo chuẩn G.692.
Hỡnh 3. 2: Nguyờn lý hoạt động của OTU
Sau khi chuyển đổi O/E nếu chỉ thực hiện tỏi tạo dạng tớn hiệu, khụi phục định thời (thực hiện chức năng 2R: Reshape, Retiming) thỡ OTU thực hiện chức năng chuyển đổi bước súng cho truyền dẫn ở khoảng cỏch ngắn.
Nếu sau khi chuyển đổi O/E, OTU xử lý tỏi tạo dạng tớn hiệu, khụi phục định thời và khụi phục dữ liệu (chức năng 3R: Reshape, Retiming, Regenaration) được thực hiện thỡ OTU đú cú chức năng của một bộ repeater.
3.1.2. Phõn loại và ứng dụng
Phụ thuộc vào vị trớ của OTU trong mạng DWDM mà OTU cú thể được chia làm 3 loại: OTUT, OTUR và OTUG. Ứng dụng của chỳng trong hệ thống như trong hỡnh vẽ: O/E G.957 Tớn hiệu quang đầu ra Tỏi tạo dạng tớn hiệu, khụi phục định thời E/O Tớn hiệu quang đầu vào G.692
Luận văn cao học ĐTVT 2007-2009 Nguyễn Tuấn Tỳ
Hỡnh 3. 3: Ứng dụng của OTU
- OTUT (OTU ởđầu phỏt): đặt giữa cỏc thiết bị của khỏch hàng và OMUX. Thực hiện chuyển đổi tớn hiệu quang từ phớa khỏch hàng thành tớn hiệu quang đầu ra theo chuẩn G.692 rồi đưa vào OMUX. Loại OTU này khụng chỉ thực hiện chức năng chuyển đổi O/E và E/O mà cũn thực hiện việc tỏi tạo dạng tớn hiệu, khụi phục định thời (chức năng 2R) và cú chức năng tỡm byte B1 (byte giỏm sỏt lỗi bit từng đoạn lặp).
- OTUR (OTU ở đầu thu): đặt giữa ODMUX và cỏc thiết bị của khỏch hàng. Tớn hiệu quang đầu ra từ ODMUX đến OTUR phải tuõn theo chuẩn G.692. Loại OTU này cú chức năng giống như OTUT, nú thực hiện chuyển đổi bước súng, chức năng 2R và tỡm kiếm byte B1.
- OTUG (OTU chuyển tiếp): đặt giữa OMUX và ODMUX. Tớn hiệu đầu vào và đầu ra của OTUG phải tuõn theo chuẩn G.692. OTU loại này khụng chỉ cú chức năng chuyển đổi O/E, E/O mà cũn cú chức năng tỏi tạo lại dạng tớn hiệu, khụi phục định thời, và chức năng khụi phục dữ liệu (chức năng 3R). Vỡ vậy OTUG tương đương như một bộ lặp thụng thường và cũng cú chức năng tỡm byte B1.
3.2. Ghộp kờnh quang OMUX và tỏch kờnh quang ODMUX
Với cỏc hệ thống thụng tin sợi quang thụng thường trước đõy, mỗi sợi quang chỉ cú thể truyền tớn hiệu quang từ một nguồn phỏt tới một bộ tỏch quang tại đầu thu vỡ vậy cỏc tớn hiệu từ cỏc nguồn quang khỏc nhau đũi hỏi cỏc sợi xỏc định riờng biệt. Tuy nhiờn cỏc nguồn quang lại cú độ rộng phổ
tương đối hẹp vỡ vậy phương phỏp này rất lóng phớ tài nguyờn truyền dẫn của sợi quang.
Kỹ thuật ghộp kờnh theo bước súng quang ra đời đó cho phộp tăng dung lượng truyền dẫn mà khụng cần tăng tốc độ bit đường truyền và khụng cần phải dựng thờm cỏc sợi quang. Kỹ thuật này thực hiện truyền cỏc luồng
Luận văn cao học ĐTVT 2007-2009 Nguyễn Tuấn Tỳ
ỏnh sỏng với cỏc bước súng khỏc nhau trờn cựng một sợi quang. Cỏc hệ
thống thụng tin quang thụng thường chỉ sử dụng một phần rất nhỏ băng tần truyền dẫn của sợi sẵn cú. Do đặc điểm của cỏc nguồn phỏt là cú độ rộng phổ khỏ hẹp, nếu tận dụng được thỡ cú thể truyền được một dung lượng rất lớn trờn một sợi quang từ nhiều nguồn phỏt quang khỏc nhau hoạt động
ở cỏc bước súng khỏc nhau một cỏch hợp lý. Ở phớa đầu thu cú thể thực hiện thu cỏc tớn hiệu quang riờng biệt nhờ quỏ trỡnh lọc cỏc bước súng khỏc nhau. Theo những nghiờn cứu mới nhất thỡ hiện nay trờn cỏc sợi quang
đó cú thể ghộp được tới 160 bước súng, dung lượng truyền trờn mỗi bước súng là 10Gb/s.
Nguyờn lý cơ bản của ghộp kờnh theo bước súng quang được mụ tả (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
như trờn hỡnh 1.1. Giả sử cỏc nguồn phỏt quang làm việc ở cỏc bước súng khỏc nhau λ1, λ2,...., λn. Cỏc tớn hiệu quang ở cỏc bước súng khỏc nhau này sẽ được ghộp vào cựng một sợi quang ở phớa phỏt. Bộ ghộp kờnh theo bước súng phải đảm bảo cú suy hao nhỏ và tớn hiệu sau khi được ghộp sẽ được truyền dọc theo sợi để tới phớa thu. Tới bờn thu, qua bộ giải ghộp kờnh (ODMUX), tớn hiệu sẽ được tỏch ra thành cỏc bước súng riờng rẽ và đến cỏc bộ thu thớch hợp.
Cú 3 loại WDM chớnh được sử dụng đú là:
- Bộ lọc điện mụi màng mỏng (Dielectric thin film filters-DTF) dựng để lọc cỏc bước súng riờng biệt trong dải bước súng cụ thể cũng như dễ dàng thớch ứng trong việc truyền dẫn một chiều hoặc hai chiều. Bộ lọc DTF
được sử dụng để ghộp bước súng tại hai cửa sổ.
- Cỏch tử nhiễu xạ dựng để ghộp và tỏch nhiều tớn hiệu trong cựng một cửa sổ.
- Ghộp định hướng theo phương phỏp hàn sợi.
3.2.1. Phương phỏp ghộp kờnh sử dụng cỏc bộ lọc
Cỏc thiết bị vi quang học thường được sản xuất dựa trờn hai cụng nghệ
khỏc nhau, đú là bộ tỏn sắc gúc và cỏc bộ lọc.
Bộ lọc điện mụi sử dụng trong ghộp kờnh quang hoạt động dựa trờn nguyờn lý phản xạ tớn hiệu ở một dải phổ này và cho phần phổ cũn lại đi qua. Phần tử cơ bản để thực hiện ghộp kờnh theo bước súng là bộ lọc điện mụi giao
Luận văn cao học ĐTVT 2007-2009 Nguyễn Tuấn Tỳ
thoa, nú cú cấu trỳc đa lớp gồm cỏc màng mỏng cú chỉ số chiết xuất cao và thấp đặt xen kẽ nhau. Hầu hết cỏc bộ lọc giao thoa làm việc dựa trờn nguyờn lý buồng cộng hưởng Fabry-Perot, gồm 2 gương phản xạ thành phần đặt song song cỏch nhau bởi một lớp điện mụi trong suốt. Nguyờn lý hoạt động của nú như sau: khi chựm tia sỏng chạm vào thiết bị, cỏc hiện tượng giao thoa sẽ tạo ra những phản xạ nhiều lần trong khoang cộng hưởng.
a.
Sử dụng bộ lọc b. Sử dụng bộ tỏn sắc
Hỡnh 3. 4: Nguyờn lý ghộp/tỏch bước súng
Theo đặc tớnh phổ thỡ cú thể phõn cỏc bộ lọc giao thoa thành hai họ:
- Bộ lọc thụng dải: được đặc trưng bởi bước súng cắt λc và cú đỏp ứng phổ
thụng thấp hoậc thụng cao.
- Bộ lọc băng thụng: được đặc trưng bởi bước súng trung tõm λo và độ rộng băng ∆λ của bộ lọc.
Cỏc bộ lọc thụng dải được đặc trưng bởi bước súng cắt λc, cú cấu trỳc bao gồm cỏc lớp điện mụi cú chiết suất cao H (Ge, Si, Ta2O5...) và cỏc lớp cú chiết suất thấp L (GeF3, SiO, SiO2..) đặt xen kẽ nhau trờn cựng một phiến đế. Mỗi lớp cú độ dày là λ/4 đối với bộ lọc bậc 0 và độ dày 3λ/4 đối với bộ lọc bậc 1. Cấu trỳc thường được sử dụng là cấu trỳc (H/2 L H/2)k, yờu cầu đặt ra đối với bộ lọc loại này là đặc tuyến phải cú sườn dốc và cú độ
phản xạ cao trong dải phổ tớn hiệu và đồng thời truyền dẫn tốt phổ tớn hiệu bự. Cỏc bộ lọc thụng dải được sử dụng rộng rói cho việc ghộp/tỏch hai bước súng ở hai cửa sổ truyền dẫn khỏc nhau (vớ dụ như 850 và 1300nm hay 1300 và 1550nm). Do đú mà thiết bị này cú thể sử dụng một cỏch cú hiệu quả đối với cỏc nguồn sỏng cú độ rộng phổ lớn như LED. Cũn cỏc nguồn cú độ rộng phổ hẹp như laser người ta thường sử dụng cỏc bộ lọc băng thụng. Hơn nữa
λ1, λ2, λ3 … λn λ2, λ3 … λn λ1 λ2 λ n λ1 λ2 ... λ n
Luận văn cao học ĐTVT 2007-2009 Nguyễn Tuấn Tỳ
Chiết suất cao
Chiết suất thấp
Lớp phõn cỏch trong suốt
để bộ lọc cú khả năng đỏp ứng được sự chuyển dịch bước súng của nguồn do nhiệt độ gõy ra, bộ lọc phải được thiết kế sao cho đặc tớnh phổ cú dạng phẳng xung quanh bước súng trung tõm và sườn của đặc tớnh càng dốc càng tốt để cú thể ngăn ngừa sự xuyờn kờnh giữa hai kờnh kề nhau.
Bộ lọc băng thụng được đặc trưng bởi bước súng trung tõm λ0, cú
độ rộng băng ∆λ, thớch hợp với cỏc nguồn phỏt cú phổ hẹp như laser. Cú thể đạt độ rộng dải thụng ∆λ/λ = 0.045 với bộ lọc gồm 23 lớp điện mụi và 3 hốc sử dụng cỏc lớp chiết suất cao TiO2 = 2.45 và lớp chiết suất thấp SiO2 = 1.47 trờn phiến cú chiết suất n = 1.563.
Hỡnh 3.5 là sơ đồ cấu trỳc của một bộ lọc điện mụi giao thoa sử dụng nhiều lớp cú chiết suất cao thấp xen kẽ nhau. Nguyờn lý hoạt động của hệ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thống như sau: khi chựm tia sỏng chạm vào thiết bị, cỏc hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng tạo ra những phản xạ nhiều lần trong khoang cộng hưởng. Nếu bề dày của lớp đệm là số nguyờn lần của nửa bước súng ỏnh sỏng tới thỡ giao thoa xếp chồng xảy ra và bước súng đú được truyền dẫn thụng suốt nhất. Cỏc chựm ỏnh sỏng ở những bước súng khỏc trong buồng cộng hưởng hầu như bị phản xạ hoàn toàn.
Hỡnh 3. 5: Cấu trỳc của bộ lọc điện mụi giao thoa
Dưới đõy ta xem xột một số thiết bị tỏch bước súng dựng bộ lọc điện mụi màng mỏng: Bộ tỏch 2 bước súng: a) Cấu hỡnh cơ bản λ1 λ1,λ2 Sợi quang Thấu kớnh Kớnh lọc λ2
Luận văn cao học ĐTVT 2007-2009 Nguyễn Tuấn Tỳ
b) Cấu hỡnh khi thực hiện trong thực tế
Hỡnh 3. 6: Cấu trỳc bộ tỏch hai kờnh sử dụng bộ lọc giao thoa
Cấu trỳc cơ bản của bộ tỏch hai kờnh như ở hỡnh 3.6a, trong khi đú thực tế cấu trỳc này chỉ đơn giản như ở hỡnh 3.6b. Cỏc phần tử chuẩn trực và hội tụ cỏc thấu kớnh GRIN 1/4 chu kỳ P. Bộ lọc được thiết kế để phỏt đi
λ1 và phản xạλ2 sẽđược đặt giữa hai thấu kớnh.
Cỏc thiết bị tỏch bước súng này được sử dụng rộng rói ở cỏc hệ thống thụng tin quang sử dụng cỏc nguồn phỏt LED ở bước súng 850 nm và 1300 nm, hoặc sử dụng cỏc nguồn phỏt phổ hẹp của cỏc tổ hợp bước súng như: 800 nm và 830 nm; 800 nm và 890 nm; 1200 nm và 1300 nm; hoặc 1300nm và 1550 nm vv..., với suy hao xen nhỏ hơn 3dB và suy hao xuyờn kờnh cao hơn 25dB.
Bộ tỏch lớn hơn 2 bước súng:
Thiết bị này sử dụng cỏc bộ lọc nối tiếp nhau, và mỗi bộ lọc cho đi qua một bước súng và phản xạ cỏc bước súng cũn lại. Hỡnh 3. 7: Cấu trỳc cơ bản của một bộ tỏch nhiều bước súng λ1 λ1λ2 λ2 Thấu kớnh GRIN (1/4 P) Bộ lọc Bộ lọc (λ1) λ1, λ2,..., λn λ1 λ3 λ2 λ4
Luận văn cao học ĐTVT 2007-2009 Nguyễn Tuấn Tỳ
Hỡnh 3. 8: Một bộ tỏch vi quang 5 kờnh thực tế
Trong thực tế, thiết bị tỏch nhiều bước súng ngoài cỏc bộ lọc cũn cú thấu kớnh, cỏc sợi quang vv... Hỡnh 3.8 là bộ tỏch 5 bước súng dựng thấu kớnh GRIN và khối thuỷ tinh trong suốt.
Đụi khi cú thể thực hiện tạo ra bộ tỏch kờnh mà khụng cần sử dụng đến cỏc phần tử chuẩn trực, thiết bị khụng cú thấu kớnh, mà cỏc bộ lọc giao thoa
ở đõy được đặt trờn từng đoạn một cỏch thớch hợp và đầu sợi được mài nhẵn.
Hỡnh 3. 9: Cấu trỳc cơ bản của bộ tỏch nhiều kờnhsử dụng bộ lọc giao thoa gắn trực tiếp vào sợi.
Thiết bị kết hợp ghộp và tỏch bước súng (OMUX-ODMUX):
λ1… λ5 λ2 λ4 Sợi quang Thấu kớnh GRIN Khối thủy tinh trong suốt Bộ lọc λ1 λ3 λ5 λ1 λ2 λ3 Sợi quang Bộ lọc λ4 λ1, λ2,λ3,
Luận văn cao học ĐTVT 2007-2009 Nguyễn Tuấn Tỳ
Hỡnh 3. 10: Thiết bị OMUX – ODMUX 4 bước súng
Cỏc bước súng 0,81àm và 0,89àm từ hai nguồn quang khỏc nhau được ghộp thành một tia chung để truyền qua sợi quang. Cỏc bước súng 1,2 àm và 1,3 àm từ sợi quang đến được tỏch thành hai tia ứng với mỗi bước súng
đểđưa đến diode thu quang. Thấu kớnh GRIN tại cổng vào dựng loại 1/4P phõn kỡ, tại cổng ra dựng loại 1/4 P hội tụ.
Ánh sỏng phản xạ giữa cỏc lớp phẳng song song, nơi đặt cỏc bộ lọc nhiều lớp, ỏnh sỏng được chia ra theo 2 vựng phổ khỏc nhau: bộ lọc bước súng dài LWPF phản xạ cỏc bước súng 0.81àm và 0.89 àm, bộ lọc cỏc bước súng ngắn SWPF phản xạ cỏc bước súng 1.2àm và 1.3 àm. Cỏc bộ lọc thụng dải BPF sẽ chọn ra cỏc kờnh riờng biệt: 0.81 àm ra khỏi 0.89 àm và 1.2 àm ra khỏi 1.3àm. Độ rộng cỏc kờnh là 25nm và 32 nm ở cửa sổ đầu tiờn và 47nm và 50 nm tại cửa sổ thứ hai. Một thớ dụ khỏc của bộ OMUX-ODMUX dựng gương cầu lừm như hỡnh 3.11 BPF 0,81àm 0,81àm Connector LWPF SWPF 0,89àm BPF 0,89àm 0,8àm và 0,89àm 1, 2àm và 1,3àm Thấu kính GRIN BPF 1,2 àm
BPF 1,3 àm Khối thuỷ tinh
1,2 àm
Luận văn cao học ĐTVT 2007-2009 Nguyễn Tuấn Tỳ
Hỡnh 3. 11: Thiết bị MUX-DEMUX 3 bước súng
Cỏc đầu sợi quang đặt trờn mặt phẳng tiờu D. Gương cầu lừm A phản xạ
bước súng 0,825 àm tới đầu ra. Gương cầu lừm B phản xạ bước súng 0,870 àm từ sợi chung vào và tới sợi ra. Gương cầu lừm C phản xạ bước súng 1,3 àm từ sợi chung vào và tới sợi ra khỏc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2.2. Phương phỏp ghộp kờnh sử dụng cỏch tử nhiễu xạ
Do nhược điểm khụng tỏch được cỏc tia sỏng cú bước súng gần nhau nờn thấu kớnh ngày nay hầu như khụng được sử dụng nữa, mà thay vào đú người ta sử dụng cỏch tử nhiễu xạ là chủ yếu. Cỏc bộ tỏch/ghộp bước súng sử dụng bộ lọc khụng thể thực hiện được khi số lượng kờnh lớn và cỏc bước súng rất sỏt gần nhau. Thuận lợi chớnh của cỏch tử đú là cú thể nhiễu xạ đồng thời tất cả cỏc bước súng và cú thể thực hiện được với cỏc bộ tỏch ghộp nhiều kờnh. Nguyờn lý cơ bản của ghộp bước súng sử dụng cỏch tử đú là: dựa trờn hiện tượng gúc nhiễu xạ phụ thuộc vào bước súng ỏnh sỏng.
Cỏch tử nhiễu xạ là một thiết bị quang thụ động, nhiễu xạ chựm sỏng tới theo cỏc hướng khỏc nhau tựy theo gúc tới của chựm sỏng trờn bề mặt cỏch tử, bước súng của ỏnh sỏng tới, cỏc đặc tớnh thiết kế của cỏch tử, khoảng cỏch giữa cỏc rónh d (chu kỳ cỏch tử), gúc của rónh cỏch tử φ. Trờn 1mm của cỏch tử cú từ hàng chục cho đến hàng nghỡn rónh nhỏ, số rónh trờn một đơn vị chiều dài của cỏch tửđược gọi là hằng số cỏch tử.
Người ta chế tạo cỏch tử bằng cỏch dựng một mũi kim cương nhọn rạch những đường song song cỏch đều trờn một tấm thuỷ tinh phẳng. Chỗ bị rạch