Suy hao trong sợi quang đĩng vai trị rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống, là tham số xác định khoảng cách giữa phía phát và phía thu. Cơng suất liên hệ giữa cơng thức ngõ ra và cơng suất ngõ vào như sau: [4]
Pout = Pine-αL
Với: Pout là cơng suất ngõ ra ở độ dài L Pin là cơng suất ngõ vào
α là hệ số suy hao trung bình của sơi quang(dB/km) L là độ dài sợi quang (Km)
Cĩ nhiều nguyên nhân gây ra suy hao trong sợi quang do cả bản chất của sợi quang và ngồi bản chất sợi quang. Trên một tuyến thơng tin quang, các suy hao ghép nối giữa nguồn phát quang với sợi quang, giữa sợi quang với đầu thu quang, giữa sợi quang với với các thiết bị xen rẽ là những suy hao ngồi bản chất sợi quang. Cịn những suy hao do hấp thụ cĩ liên quan đến vật liệu sợi (hấp thụ do tạp chất, hấp thụ vật liệu, hấp thụ điện); suy hao do tán xạ cĩ liên quan đến cả vật liệu sợi và tính khơng hồn hảo về cấu trúc sợi.; suy hao bức xạ do tính xáo trộn về hình học của sợi gây ra là những suy hao do bản chất của sợi quang.
Hình 3.16 Sự phụ thuộc của suy hao vào bước sĩng quang.
Hình 3.16 cho ta thấy sự phụ thuộc của suy hao vào bước sĩng. Hai vùng bước sĩng cĩ hệ số suy hao nhỏ nhất là 1300nm và 1550m. Đặc biệt tại cửa sổ bước sĩng 1550 nm cĩ hệ số suy hao gần 0,2dB/Km . Do đĩ trong các cơng nghệ chế tạo sợi quang hiện nay điều thiết kế sợi quang hoạt động trong 2 cửa sổ bước sĩng này.
3.5.3. Tán sắc trong sợi quang đơn mode
Tán sắc là hiện tượng khi một xung ánh sáng hẹp vào đầu sợi quang lại nhận được một xung ánh sáng rộng hơn ở cuối sợi.
Hình 3.17 Tán sắc trong sợi quang Độ tán sắc tổng cộng của sợi quang:
2 2
o i
D
(3.16)
Để đánh giá độ tán sắc trên mỗi km chiều dài sợi quang ứng với độ rộng phổ quang là 1nm thì Dt thường cĩ đơn vị là ps/nm.km
Các loại tán sắc cơ bản trong sợi quang là tán sắc mode(modal dispersion) và tán sắc sắc thể (chromatical dispersion). Trong đĩ tán sắc mode chỉ xảy ra ở sợi đa mode cịn tán sắc sắc thể xảy ra ở cả sợi đơn mode và đa mode. Hiện nay các hệ thống truyền thơng quang đường dài đều sử dụng sợi đơn mode SMF nên chúng ta chỉ cần quan tâm đến tán sắc sắc thể.
Tán sắc sắc thể bao gồm tán sắc vật liệu và tán sắc dẫn sĩng. Trong đĩ tán sắc vật liệu là hàm của bước sĩng và do sự thay đổi về chỉ số chiết suất của vật liệu lõi tạo nên. Nĩ làm cho bước sĩng luơn phụ thuộc vào vận tốc nhĩm của bấy kỳ mode nào. Tán sắc dẫn sĩng là do sợi đơn mode chỉ giữ lại khoảng 80% năng lượng ở trong lõi, vì vậy cịn 20% ánh sáng truyền trong vỏ nhanh hơn năng lượng ở trong lõi. Những loại tán sắc này làm cho xung tín hiệu rộng ra gây nên nhiễu ISI và tỷ lệ bit truyền hiệu quả bị hạn chế.
Ta khảo sát một quang phổ cụ thể cĩ tần số ω được truyền từ đầu đến cuối của một sợi cĩ chiều dài L sau một thời gian trễ τg, ta cĩ: [4]
∆ τg =LD ∆ω (3.17) Với D =- 2ᴨc λ2 d2β dω2 = -2ᴨcβ2 λ2 Là tham số tán sắc cĩ đơn vị ps/nm.km. β2 = d 2β
dω2 Gọi là tham số tán sắc vận tốc nhĩm (GVD). Tham số này nhằm xác định xung quang cĩ thể giãn ra bao nhiêu khi truyền qua sợi quang.
Tán sắc sắc thể CD chính là tổng các tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sĩng, được diễn tả [4]tr.40:
Độ trải rộng xung do tán sắc ống dẫn sĩng Dwg(λ) và tán sắc vật liệu Dmat(λ) là hàm theo bước sĩng như mơ tả trên Hình 3.18 [4] tr.42.
Tại bước sĩng λZ tương ứng với D chr = 0 được gọi là tán sắc zero (zero dispersion). Giá trị tán sắc zero cĩ thể thay đổi sao cho dịch tới càng gần cửa sổ quang đang sử dụng càng tốt. Người ta cĩ thể thay đổi DWg bằng cách thay đổi bán kính của lõi tương ứng để dịch chuyển λZ tới gần 1550nm, sợi DSF được chế tạo theo nguyên tắc này.
Khi xem xét các loại tán sắc kể cả tán sắc mode thì tán sắc tổng cộng bao gồm tán sắc sắc thể và tán sắc mode[1]:
Dt = D2mode + D2chr (3.19)
Hình 3.18 Tán sắc sắc thể là một hàm theo bước sĩng. 3.5.4. Các hiệu ứng phi tuyến
Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang cĩ thể được chia làm hai loại. Một là các hiệu ứng do tán xạ phi tuyến (tán xạ kích thích Brillouin SBS và tán xạ kích thích Raman SRS) và loại cịn lại là các hiệu ứng Kerr (bao gồm tự điều pha SPM, điều chế pha chéo XPM, trộn bốn bước sĩng FWM) [9] tr.19 do sự phụ thuộc chiết suất khúc xạ
vào cơng suất phĩng vào sợi quang. Các loại tán xạ kích thích gây ảnh hưởng đến độ lợi hay độ suy hao của tín hiệu quang, cịn các loại hiệu ứng Kerr gây ảnh hưởng đến sự dịch pha của tín hiệu quang sau khi truyền qua sợi quang đĩ [9] tr.20. Sự khác nhau giữa hai loại này là các hiệu ứng do tán xạ kích thích gây ra thì cần một mức cơng suất ngưỡng nhất định nào đĩ, khi cơng suất vào sợi quang lớn hơn mức cơng suất ngưỡng này thì các hiệu ứng tán xạ kích thích mới gây ảnh hưởng đến tín hiệu truyền. Cịn các hiệu ứng Kerr khơng cĩ ngưỡng cơng suất như vậy [9] tr.21. Hình 3.17 là sự phân loại các hiệu ứng phi tuyến trong truyền dẫn quang [5] tr.98.
Những hiệu ứng này phần lớn đều liên quan đến cơng suất phĩng vào sợi quang. Cĩ thể bỏ qua các hiệu ứng này đối với các hệ thống hoạt động với cơng suất vừa phải (vài mW) với tốc độ vừa phải (khoảng dưới 2.5 Gb/s). Tuy nhiên, với hệ thống cĩ mức cơng suất hoạt động lớn, tốc độ bit cao thì việc xem xét các hiệu ứng phi tuyến tác động lên tín hiệu quang là quan trọng [9] tr 23.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});