1.4.1.1. Dải kênh
Hiệu suất của một bộ tách/ghép kênh phụ thuộc vào khả năng cách ly các kênh
đầu vào và các kênh đầu ra. Mỗi dải kênh được đặc trưng bởi các tham số sau:
a. Bước sóng trung tâm kênh
Bước sóng trung tâm đo được thường dùng để đặc trung cho một kênh của bộ
lọc hoặc bộ tách /ghép kênh. Bước sóng trung tâm là bước sóng trung bình của bước
sóng cắt trên và dưới, không nhất thiết phải là bước sóng truyền dẫn lớn nhất. Tham số bước sóng trung tâm rất có ý nghĩa với những bộ lọc có dạng phố đối
xúng hoặc gần đối xúng. Nhìn chung, bước sóng trung tâm được định nghĩa như điếm giữa của các bước sóng có sườn giảm xuống 3 dB trên hai bên của bước sóng
truyền dẫn đỉnh. Với một phân phối hoàn toàn đối xúng, bước sóng trung tâm
có thể
là bước sóng truyền dẫn đỉnh nhưng đây là trường hợp hiếm có. Trong thực tế, những thay đối tương đối nhỏ trong hình dạng phô cũng dẫn đến những thay đôi đáng kể trong bước sóng trung tâm. Bộ phát của kênh hoạt động gần bước sóng nhỏ,
sinh ra bước sóng mới. Với khoảng cách kênh đều hiện tượng FWM sẽ gây ra nhiễu
giữa các kênh.
c. Băng thông tại -3 dB và một số giá trị khác
Băng thông là độ rộng pho mà qua đó mức truyền dẫn vượt ra ngoài một số giá
trị cố định. Băng thông sẽ không còn nhiều ý nghĩa nếu không kế đến một mức ngưởng cụ thê. Băng thông xác định dải phô mà qua đó thiêt bị có thê hoạt động có
hiệu quả. Biết được băng tần tại hai mức hoặc nhiều hơn có thê chỉ ra dạng đường
viền của dải. Các giá trị có suy hao cao (-20 dB hoặc -30dB) rất có ích trong
việc dự
đoán xuyên âm có thế xảy ra trong các kênh DWDM liền kề. Mức ngưỡng cụ thế
được sử dụng phụ thuộc vào sự cách ly các kênh liền kề, tuỳ theo nhu cầu của một
ứng dụng mạng cụ thể.
d. Sự cách ly và xuyên kênh
Nói một cách rộng rãi, sự cách ly kênh và xuyên âm mô tả sự loại bỏ tín
hiệu từ
một kênh liền kề hoặc các kênh khác trong một thiết bị đa kênh. Phép đo thực hiện
lấy đặc điếm băng thông của mỗi kênh vào trong báo cáo và thường được ghi rõ trong các điều kiện xấu nhất. Cách giải thích về sự cách ly và xuyên âm chỉ khác
nhau rất ít. Trong khi sự cách ly kênh mô tả sự loại bỏ công suất tín hiệu từ hoặc đến một kênh khác thì xuyên kênh mô tả công suất bị rò gỉ qua một dải kênh từ các
kênh khác. Sự cách ly là giá trị nhỏ nhất tính theo dBm mà tại đó thiết bị đo kiếm
loại bỏ các tín hiệu bên ngoài còn xuyên kênh chỉ sự khác biệt giữa công suất đầu
mô tả được sự biến đối của suy hao qua dải thông hoặc kênh ITU. Sự biến đổi hay
là sự khác biệt giữa giá trị suy hao nhỏ nhất và lớn nhất qua một dải thông,
được gọi
là gọn sóng (người ta cũng dùng một đại lượng ngược lại là độ phang đế mô tả đặc
điếm này). Độ gọn sóng trong một kênh cho người thiết kế hệ thống thông tin về
những thay đối có thê xảy ra trong công suất phát khi bước sóng truyền dẫn
thay đôi
trong một dải thông nhỏ. Trong nhiều ứng dụng, độ gọn sóng quá mức là không thể
chấp nhận được. Một tham số quan trọng khác là sườn gọn sóng lớn nhất, tính bằng
sự thay đôi suy hao trên sự thay đối bước sóng. Sử dụng tham số này người
thiết kế
hệ thống có thể quyết định công suất kênh thay đổi bao nhiêu cho một sự thay đổi
nhỏ trong bước sóng phát.
1.4.1.2. Các hiệu ứng phụ thuộc phân cực
Tại một điếm bất kỳ trong mạng quang, trạng thái phân cực của năng lượng quang về cơ bản là không được biết. Nó phụ thuộc vào hình dạng đường đi của sợi
quang, vào sự lưỡng chiết do sự không đối xứng trong môi trường truyền dẫn - do
bản chất hoặc do nhiệt, sức căng, sức nén - cũng như nhiều hiệu ứng quang khác
trong các thành phần mạng.
Vì các đặc điếm của nhiều thành phần được sử dụng trong các mạng quang thay
đổi như một hàm của trạng thái phân cực nên các đặc điểm của kênh như suy hao
được đo trong trạng thái không phân cực thì đó là trường họp suy hao xấu nhất trong thành phần tại một bước sóng cụ thể (thường là bước sóng hoạt động nhỏ).
Nhìn chung, PDL có giá trị thấp nhất trong băng thông, cao hơn trong vùng chuyến
tiếp và cao nhất trong dải dừng của bộ lọc. Hầu hết các nhà sản xuất thành phần mạng và người dùng đều thấy rằng đo PDL tại trung tâm kênh và biên dải thông là
đủ. Với hầu hết các ứng dụng thì yêu cầu đặt ra là PDL nhỏ hơn 0,1 dB. Một số tham số khác cũng thay đối theo phân cực là bước sóng trung tâm và băng tần. Chúng cũng được đánh giá tương tự như PDL.
b. Tán sắc mode phân cực PMD (Polariiation Mode Dispersion)
PMD là kết quả khi hai thành phần phân cực của một tín hiệu truyền trong sợi
quang với các vận tốc khác nhau và vượt ra ngoài pha dọc theo sợi. Hiệu ứng này
cùng với sự xuất hiện của PDL và chirp của bộ phát làm méo dạng và nới rộng xung
tín hiệu và ảnh hưởng đến tỉ lệ lỗi trong các hệ thống số, đồng thời có thế gây ra méo hài nghiêm trọng trong các hệ thống tương tự như các mạng CATV. Dưới điều
kiện chiếm ưu thế trong các mạng quang, PMD tích luỹ thống kê theo hàm căn bậc
hai của khoảng cách chứ không phải là tuyến tính theo độ dài cuả sợi quang. Vì vậy
mặc dù PMD tông quát được tính theo đơn vị thời gian (ps) nhưng hệ số của PMD
(giá trị trên một đơn vị độ dài) được tính theo trễ trên căn bậc hai của đơn vị khoảng
cách (ps/km). Tuy nhiên, với các thành phần như các bộ tách/ghép kênh thì quá trình PMD được xác định trước nên thông thường ta chỉ quan tâm đên PMD tông
cho bất cứ bước sóng truyền dẫn nào. Trong thực tế, đây là cách mà hầu hết các nhà
sản xuất sử dụng đế xác định suy hao xen của kênh, cần phải chú ý rằng bước sóng
ITU đưa ra không nhất thiết phải là bước sóng trung tâm của dải thông. Phương pháp
này được áp dụng khi đã biết trước độ rộng kênh, nhưng một số linh kiện có xu hướng sử dụng cho các ứng dụng chung nên không thế xác định trước các điều kiện
làm việc cụ thể. Trong tình huống này thì cách tốt nhất để mô tả IL là tính toán bước
sóng trung tâm của dải thông sau đó tính IL tại bước sóng đó. Phương pháp này được
áp dụng trong các thiết bị đơn kênh hoặc các thiết bị có dải thông đối xứng. Chưa có một chuẩn nào được chấp nhận khi đưa ra định nghĩa về IL với sự có
mặt của PDL. Một định nghĩa khá hợp lý đã được các tố chức chuấn hoá đề xuất.
Đầu tiên cần phải đo IL với một nguồn đã được khử phân cực. PDL biến thiên từ
max tới min theo giá trị này. Khi đó ĨL có thế được định nghĩa như một trường họp
suy hao tốt nhất khi trạng thái phân cực tại đầu vào thiết bị kiếm tra đo thử (DUT)
của một nguồn phân cực hoàn toàn (laser) đã được điều chỉnh. Trường họp suy hao
xấu nhất là tổng của ĨL và PDL. Các số liệu quan trọng khi so sánh giá trị ĨL của nhiều thiết bị khác nhau gồm có ảnh hưởng của các connector và tính đồng đều của
IL qua các kênh trong một thiết bị đa kênh.
1.4.1.4. Tỉnh định hướng
1.4.1.5. Suy hao phàn hồi
Khi ánh sáng được bơm vào một linh kiện quang như connector, bộ ghép kênh
hay chính là sợi quang, một phần năng lượng được truyền đi, một phần bị hấp thụ
và một phần phản xạ trở lại. Trong các hệ thống quang sợi, ánh sáng bị phản xạ do
tán xạ Rayleigh và phản xạ Fresnel. Tán xạ Rayleigh xảy ra bên trong bản thân sợi
quang như một hệ quả không thể tránh khỏi do tương tác giữa phần năng lượng ánh
sáng được phát và các phân tử sợi quang. Vì vậy tán xạ Rayleigh phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của thuỷ tinh, đồng thời cũng phụ thuộc vào bước sóng. Độ lớn
của tán xạ Rayleigh vào khoảng -75 dB trên mét cho sợi quang điển hình tại bước
sóng 1550nm, ảnh hưởng của tham số này có thế xem xét qua các kết nối dài. Phản
xạ Fresnel xảy ra tại các bề mặt rời rạc (connector, adapter...), là hệ quả của các lỗ
hống không khí, sự mất liên kết và những chiết suất không phù họp với nhau. Người ta không mong muốn công suất quang phản hồi do một số lý do như sau:
-Tham sô này đóng góp vào suy hao công suât tông
-Các bộ phát laser hiệu suất cao dùng trong các hệ thống DWDM rất nhạy với
ánh sáng phản xạ, vì ánh sáng này có thể làm giảm nghiêm trọng độ ốn định của laser và đến tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR của hệ thống. Trong những trường họp
nhất định, công suất phản hồi lớn có thể phá huỷ bộ phát laser.
-Ánh sáng phản xạ có thể bị phản xạ trong hướng đi. Những phản xạ truyền theo hướng đi này làm chậm tín hiệu ban đầu, gây ra các vấn đề tại phần giải
sóng. Tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng được gọi chung là tán sắc sắc thể của sợi quang.
Tán sắc sắc thế không phải là một vấn đề nếu một kênh quang được đặc trưng
bởi một bước sóng, nhưng ngay cả các kênh hẹp nhất cũng có băng tần hạn chế. Thậm chí một nguồn đơn sắc lý tưởng cũng không thể có độ rộng đường phổ bằng
không khi được điều chế vì thực tế nguồn này đang mang tín hiệu. Thêm vào đó,
một số hiện tượng trong thực tế, ví dụ như hiện tượng chirp, có thế dẫn đến việc nới
rộng xung, ảnh hưởng đến độ rộng nguồn phát.
Vì vậy mỗi một kênh cho trước được đặc trưng bởi một dải các bước sóng có
khoảng cách gần mà không phải là một bước sóng đơn lẻ. Bởi vì các bước sóng khác nhau lan truyền theo các tốc độ khác nhau (hoặc theo vận tốc nhóm khác
Hình 1.6: Buức sóng có tán sắc bằng không, >J0 và suửn tại tán sắc không, so
Tán sắc sắc thế của một kết nối quang được tích luỹ theo khoảng cách và được
tính theo sự thay đổi trễ nhóm trên một đơn vị độ dài, ps/nm. Hệ số trễ là tán sắc
cho một loại sợi quang cụ thê và được tính tông quát theo đơn vị ps/(nm.km). Tán
giảm giá trị tán sắc sắc thể tuyệt đối của sợi quang và khi bù tán sắc. Đối với
các hệ
thống WDM sử dụng sợi quang G.652 cần phải chú ý hơn đến tán sắc sắc thể vì tán
Hỉnh 1.7: Tán sắc thay đối như một hàm theo buức sóng vói một vật liệu cho truức
1.4.2.2. Tán sắc modephân cực PMD
Mô tả một sợi quang lý tưởng tương đối đơn giản: làm thế nào năng lượng truyền
dọc theo sợi, các mode phân cực mà sợi quang này có tại các bước sóng cho trước.
Tuy nhiên, khi các sợi quang thực tế kết hợp lại trong cáp và cáp được lắp đặt
thì rất
khó đế có được sợi quang lý tưởng. Trong suốt quá trình sản xuất sợi quang, các tác
động trong lõi và vỏ sợi được cố định lại, bao gồm cả tính lưỡng chiết không
thể dự
đoán của sợi quang. Ngoài ra, các tác động cơ học của việc quấn các sợi quang trong
cáp đôi dẫn đến sức căng bất đối xứng, sức căng này tăng lên khi cáp lại được uốn
quang một trục. Mỗi lần ra khỏi phạm vi ban đầu, cáp tiếp tục chịu các sức ép
lớn hơn
quang thực tế, tính định hướng của các trục này và sự khác nhau tương đối về
tốc độ
truyền tương ứng với mỗi trục (liên quan trực tiếp đến độ lớn của sự lường chiết bên
trong) thay đổi dọc theo đường dẫn quang. Trong mỗi đoạn của sợi quang, hướng
của các trục lưỡng chiết thay đôi (có thế coi là ghép mode). Trong mỗi đoạn xuất
hiện thời gian trễ giữa các phần của ánh sáng theo trục nhanh và ánh sáng theo trục
chậm. Vì tính hướng tương đối của các trục này trong các phần là khác nhau nên
xung tín hiệu trải rộng theo thời gian.
Với những bước sóng cụ thể, trạng thái phân cực của ánh sáng được đưa vào
sợi quang có thể chỉnh sửa đế xung không trải rộng. Trong thực tế, có hai trạng thái
phân cực trực giao tồn tại. Chúng là các trạng thái phân cực cơ bản, một tương ứng
với thời gian truyền xung nhanh nhất và một ứng với thời gian lan truyền xung chậm nhất. Sự khác biệt giữa hai thời gian truyền xung này được gọi là trễ
nhóm vi
sai (DGD) tương ứng với bước sóng đó và PMD được xác định là giá trị trung bình
theo bước sóng của DGD.
Các hệ số tạo ra PMD không thế đo riêng rẽ nên hiện tượng này phải được xem
xét như một sự thay đổi cố định, không ổn định và chỉ mang tính phỏng đoán. Quá
trình phỏng đoán này cho kết quả là sự nới rộng các xung mang tin, có thê làm giảm
1.4.2.3. Tán sắc mo de phân cực bậc hai
Tán sắc mode phân cực bậc hai là tham số có liên quan đến sự biến thiên của
tán sắc mode phân cực theo bước sóng. Cho đến những năm gần đây thì tham số này vẫn ảnh hưởng không đáng kế đến hiệu suất của mạng. Tuy nhiên, khi tốc độ
bit đạt đến 10 Gb/s và cao hơn nữa thì tham số này có thế trở nên quan trọng làm
giảm chất lượng hệ thống. PMD bậc hai luôn có mặt trong những sợi quang đơn mode dài nếu có PMD bậc một. (Trong thực tế có một mối liên quan đơn giản về
mặt toán học giữa hai loại PMD đối với các trường hợp sợi quang được ghép). Mặc
dù vậy, PMD bậc hai thông thường chỉ làm giảm chất lượng hệ thống khi kết
nối có
tán sắc sắc thế hoặc hiện tượng chirp tại nguồn phát. Mức độ suy giảm này có thế
cùng bậc với tán sắc sắc thế và tỉ lệ với độ dài kết nối, không giống như PMD bậc
một. Do đó cần xem xét cụ thể với những kết nối đường dài. Tuy nhiên, trái với tán
sắc sắc thế, PMD bậc hai ảnh hưởng có tính chất xác suất.(behave stochasticlly).
PMD bậc hai ảnh hưởng đến các số liệu phân phối xác suất DGD, tăng lên khi
có yêu cầu tỉ số lồi bit nhỏ. Tham số này phụ thuộc vào tốc độ thay đối của DGD
theo hàm của bước sóng. Tuy nhiên tham số này còn phụ thuộc nhiều hơn vào sự
thay đôi hướng của trạng thái phân cực đầu ra (véc tơ tán sắc phân cực) như là một
Tính phi tuyến của sợi quang trở nên đáng chú ý khi cường độ tín hiệu laser (công suất trên một đơn vị diện tích) đạt đến giá trị ngưỡng. Đồng thời, các hiệu ứng phi tuyến cũng trở thành tất yếu sau khi các tín hiệu vượt qua một độ dài
nào đó
của sợi quang, phụ thuộc vào đặc điếm kỹ thuật của cấu trúc và các điều kiện hoạt
động của sợi quang.
Trong thực tế, trường điện (E) của tín hiệu lan truyền tỉ lệ với công suất tín hiệu p lần hệ số phi tuyến n2 chia cho diện tích hiệu dụng Aett của lõi sợi theo công thức sau:
E(z + dz) = E(z)exp[(-«/2 + i/? + yP(z,t)/2)dz] (1.3) Trong đó a là suy hao sợi quang, ịỉ là pha của sóng lan truyền, y là hệ số phi tuyến,
y=(27iA,)(n2/Aeff). Giả sử chùm ánh sáng lan truyền theo dạng Gausse thì ta có
\« =x( MFD)2 (1.4)
với MFD là đường kính trường mode. Đối với sợi quang dịch tán sắc G.653 và sợi
quang dịch tán sắc non-zero G.655 thì \ f f xấp xỉ bằng 50 đến 60 pm2, trong