Dạng của hàm truyền đạt cụng suất của bộ lọc Fabry-Perot được đưa ra trong Hỡnh vẽ 2.32 với A=0 và R lần lượt bằng cỏc giỏ trị 0,75; 0,9 và 0.99.
Hỡnh 2.32: Hàm truyền đạt của bụ̣ lọc Fabry-Parot.
Khi hệ số phản xạ của gương càng lớn thỡ cỏch ly giữa cỏc kờnh kề nhau càng tốt. Hàm truyền đạt cụng suất TFP(f) tuần hoàn theo f, hay núi cỏch khỏc là tuần hoàn theo λ và cỏc đỉnh băng thụng của hàm truyền đạt xảy ra tại cỏc tần số thoả món điều kiện f.τ =k/2, với k là số nguyờn dương. Vỡ vậy, trong hệ thống WDM, nếu cỏc bước súng cỏch nhau đủ xa so với mụ̃i dải thụng hàm truyền đạt bộ lọc thỡ một bước súng trựng với dải thụng bộ lọc đều đi qua được bộ lọc. Phạm vi phổ nằm giữa hai dải thụng kề cận của bộ lọc được gọi là phạm vi phổ tự do, kí hiệu là FSR. Độ rộng mụ̃i dải thụng của bộ lọc là độ rộng đầy đủ tại một nửa giỏ trị cực đại của hàm truyền đạt (FWHM). Trong cỏc hệ thống WDM thỡ cần phải chú ý đến số lượng cỏc bước súng sử dụng và cỏc bước súng này phải nằm trong một FSR của bộ lọc. Vỡ vậy, tỷ số FSR/FWHM là một số đo gần bằng số lượng cỏc bước súng thích hợp với hệ thống. Tỷ số này được gọi là hệ số phõn biệt F của bộ lọc và được xỏc định theo Cụng thức (2.6). 1 R F R π − = − (2.6)
Bộ lọc Fabry-Perot cú thể điều chỉnh để lựa chọn cỏc bước súng khỏc nhau. Giải phỏp đơn giản nhất là thay đổi chiều dài của khoang, hoặc thay đổi chiết suất bờn trong khoang. Xột một hệ thống WDM cú tất cả cỏc bước súng đều nằm trong một FRS của bộ lọc Fabry-Perot, thỡ tần số f0 mà bộ lọc cần chọn thỏa món điều kiện f0τ =k/ 2đối với một vài số nguyờn dương của k. Vỡ vậy, f0 cú thể thay đổi nhờ thay đổi τ là thời gian truyền theo một hướng của ỏnh sỏng trong khoang. Nếu kí hiệu chiều dài của khoang là l, n là chiết suất của khoang thỡ τ =l.n/c, như vậy, τ thay đổi khi thay đổi l hoặc n.
Điều chỉnh cơ khí của bộ lọc cú thể hiệu quả nếu dịch chuyển một gương phản xạ để thay đổi chiều dài của khoang cộng hưởng. Điều này chỉ cho phộp điều chỉnh thời gian một vài ms. Đối với điều chỉnh cơ khí, bộ lọc Fabry-Perot phải đảm bảo độ chính xỏc về mặt cơ khí, nghĩa là duy trỡ hai gương song song với nhau khi một gương dịch chuyển. Tuy nhiờn, khú cú thể đảm bảo được độ chính xỏc này.
Một giải phỏp khỏc là sử dụng vật liệu ỏp điện làm khoang. Bộ lọc ỏp điện chịu nộn khi đặt lờn nú một điện ỏp. Do chiều dài của khoang cú vật liệu như vậy, nờn cú thể thay đổi nhờ điện ỏp, do đú, làm thay đổi tần số cộng hưởng của khoang. Tuy nhiờn, vật liệu điện ỏp phỏt sinh hiệu ứng khụng ổn định nhiệt và từ trờ̃ nờn khú cú thể ứng dụng bộ lọc như vậy trong thực tế.
2.4. Cỏc vấn đề kỹ thuọ̃t cõ̀n quan tõm trong hợ̀ thụ́ng WDM
Bất cứ một hệ thống thụng tin nào cũng cú những tồn tại và cỏc vấn đề kỹ thuật cần phải giải quyết. Hệ thống WDM cũng cú cỏc vấn đề kỹ thuật cần quan tõm đú là: số kờnh sử dụng và khoảng cỏch ghộp giữa cỏc kờnh; việc ổn định bước súng của nguồn quang và độ rộng phổ của nguồn phỏt; nhiờ̃u xuyờn kờnh; suy hao; tỏn sắc và cuối cựng là ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến.
2.4.1. Sụ́ kờnh sử dụng và khoảng cỏch ghép giữa cỏc kờnh
Khi thiết kế một hệ thống thỡ một trong cỏc yếu tố quan trọng cần phải xem xột là hệ thống đú sẽ sử dụng bao nhiờu kờnh và số kờnh cực đại cú thể sử dụng là bao nhiờu? Số kờnh cực đại của hệ thống phụ thuộc vào khả năng cụng nghệ hiện cú đối với cỏc thành phần quang của hệ thống, cụ thể là: băng tần của sợi quang, khả năng tỏch/ghộp của thiết bị WDM, khoảng cỏch giữa cỏc kờnh mà yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cỏch giữa cỏc kờnh là tốc độ truyền dẫn của từng kờnh, quỹ cụng suất quang, ảnh hưởng của cỏc hiệu ứng phi tuyến và độ rộng phổ của nguồn phỏt.
Mặc dự cửa sổ truyền dẫn tại vựng bước súng 1550nm cú độ rộng khoảng 100 nm nhưng do dải khuếch đại của bộ khuếch đại quang chỉ cú độ rộng khoảng 35nm. Điều này làm cỏc hệ thống WDM khụng thể tận dụng được hết băng tần của sợi quang, hay núi cỏch khỏc, hệ thống WDM chỉ làm việc với dải bước súng nhỏ hơn nhiều so với toàn bộ dải tần cú suy hao thấp của sợi quang.
Khoảng cỏch kờnh là độ rộng tần số tiờu chuõ̉n giữa cỏc kờnh gần nhau. Việc phõn bổ kờnh một cỏch hợp lý trong dải băng tần cú hạn giúp cho việc nõng cao hiệu suất sử dụng tài nguyờn dải tần và giảm ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến giữa cỏc kờnh gần nhau. Sử dụng khoảng cỏch kờnh khụng đều nhau để hạn chế hiệu ứng trộn bốn bước súng. Dưới đõy chỉ đề cập đến hệ thống cú khoảng cỏch kờnh gần nhau.
Gọi ∆λ là khoảng cỏch giữa cỏc kờnh thỡ ∆λ được tính bằng Cụng thức (2.7).
2
f c λλ λ ∆
∆ = (2.7)
Như vậy, tại bước súng λ=1550nm, với ∆λ=35nm xột với riờng băng C sẽ cú
12
4,37 10 4370
f Hz Ghz
∆ = ì = . Giả sử tốc độ truyền dẫn của từng kờnh là 2,5 Ghz, theo định lý Nyquist, phổ cơ sở của tớn hiệu là 2.2,5=5 Ghz. Khi đú, số kờnh bước súng cực đại cú thể đạt được là N=∆f/5=874 kờnh trong dải băng tần của bộ khuếch đại quang. Đõy là số kờnh cực đại tớnh theo lý thuyết đối với băng C. Tuy nhiờn, với mật độ kờnh càng lớn thỡ đòi hỏi cỏc thành phần quang trờn tuyến phải cú chất lượng càng cao. Để trỏnh xuyờn õm giữa cỏc kờnh này cần phải cú cỏc nguồn phỏt quang rất ổn định và cỏc bộ thu quang cú độ chọn lọc bước súng cao, bất kỳ sự dịch tần nào của nguồn phỏt cũng cú thể làm gión phổ sang kờnh lõn cận.
Một hệ thống WDM 16 kờnh và 8 kờnh được phõn phối kờnh như trong Bảng 2.3.
Bảng 2.3: Bảng phõn phụ́i kờnh của hợ̀ thụ́ng WDM 16 và 8 kờnh.
Thứ tự Tần số trung tõm (THz) Bước súng (nm)
1 192 1560,61 *
2 192 1559,79
4 192 1558,175 192 1557,36 * 5 192 1557,36 * 6 192 1556,55 7 192 1555,75 * 8 192 1554,94 9 192 1554,13 * 10 193 1553,33 11 193 1552,52 * 12 193 1551,72 13 193 1550,92 * 14 193 1550,12 15 193 1549,32 * 16 193 1548,51
Nguồn Bảng 3.2-Cụng nghệ ghộp kờnh quang-Phựng Văn Lương
(Bước súng trung tõm của hệ thống 8 kờnh chọn cỏc giỏ trị cú bước súng đỏnh dấu *)
Tần số trung tõm danh định là tần số tương ứng với mụ̃i kờnh quang trong hệ thống ghộp kờnh quang. Để đảm bảo tớnh tương thích giữa cỏc hệ thống WDM khỏc nhau, thỡ cần phải chuyển húa tần số trung tõm của cỏc kờnh. ITU_T đưa ra quy định về khoảng cỏch tối thiểu giữa cỏc kờnh là 100Ghz (≈ 0,8 nm) với tần số chuõ̉n là 193,1 Thz (mặc dự đó cú cỏc sản phõ̉m cú khoảng cỏch giữa cỏc kờnh là 50 Ghz và 25 Ghz nhưng cỏc sản phõ̉m thương mại vẫn chủ yếu theo quy định của ITU_T).
Trong một hệ thống WDM thỡ số lượng bước súng khụng thể quỏ nhiều do giới hạn về mặt cụng nghệ của cỏc thiết bị. Tất cả cỏc bước súng đều phải nằm ở phần tương đối bằng phẳng trờn đường cong tăng ích của bộ khuếch đại quang, đối với bộ EDFA thỡ phần tương đối bằng phẳng của đường cong tăng ích là 1540-1560 nm.
2.4.2. Viợ̀c ổn định bước sóng và đụ̣ rụ̣ng phổ của nguụ̀n phỏt
Trong hệ thống WDM, phải quy định và điều chỉnh chính xỏc bước súng của nguồn quang, do cú sự trụi bước súng làm cho hệ thống khụng ổn định hay kộm tin cậy. Hiện nay, thường sử dụng phương phỏp điều khiển phản hồi thụng qua nhiệt độ của bộ kích quang để điều khiển giỏm sỏt mạch điện nhằm ổn định bước súng, ngoài ra còn sử dụng phương phỏp điều khiển phản hồi thụng qua việc giỏm sỏt bước súng tớn hiệu quang ở đầu ra, dựa vào chờnh lệch trị số giữa điện ỏp đầu ra và điện ỏp
tiờu chuõ̉n để điều khiển nhiệt độ của bộ kích quang, hỡnh thành kết cấu khộp kín chốt vào bước súng trung tõm.
Việc chọn độ rộng phổ của nguồn phỏt nhằm đảm bảo cho cỏc kờnh hoạt động một cỏch độc lập với nhau, trỏnh hiện tượng chồng phổ ở phía thu giữa cỏc kờnh lõn cận. Băng thụng của sợi quang rất rộng, nờn số lượng kờnh ghộp được rất lớn (ở cả hai cửa sổ truyền dẫn). Tuy nhiờn, trong thực tế, cỏc hệ thống WDM thường đi liền với cỏc bộ khuếch đại quang sợi EDFA, làm việc chỉ ở vựng cửa sổ 1550 nm, nờn băng tần của hệ thống WDM bị giới hạn bởi băng tần của bộ khuếch đại (từ 1530 nm đến 1565 nm cho băng C; từ 1565 đến 1625 nm cho băng L). Như vậy, một vấn đề đặt ra khi ghộp là khoảng cỏch ghộp giữa cỏc bước súng phải thoả món được yờu cầu trỏnh chồng phổ của cỏc kờnh lõn cận ở phía thu, khoảng cỏch này phụ thuộc vào độ rộng phổ của nguồn phỏt, phụ thuộc vào cỏc ảnh hưởng như tỏn sắc sợi hay cỏc hiệu ứng phi tuyến.
Cú thể xem hệ thống WDM như là sự xếp chồng của cỏc hệ thống truyền dẫn đơn kờnh, khi khoảng cỏch giữa cỏc kờnh đủ lớn và cụng suất phỏt hợp lý. Mối quan hệ giữa phổ của tớn hiệu phía thu với phổ của tớn hiệu phía phỏt được thể hiện bởi tham số đặc trưng cho sự gión phổ ký kiệu là ∆; độ rộng băng tần tớn hiệu truyền dẫn ký hiệu là B; độ tỏn sắc tương ứng với khoảng cỏch truyền ký hiệu là D. Gọi ξ là hệ số đặc trưng cho sự tương tỏc giữa nguồn phỏt và sợi quang và được tớnh bằng Cụng thức (2.8).
ξ = B.D.∆. (2.8) Từ Cụng thức (2.8), cú thể tớnh được độ gión rộng phổ nguồn phỏt:
∆ = ξ/B.D.(2.9)
2.4.3. Nhiờ̃u xuyờn kờnh