C: tham số dịch tần Xung được gọi là dịch tần nờ́u tần số mang của nú thay đổi theo thời gian.
Bộ lọc Fabry-Perot cú cấu tạo gồm hai gương phản xạ thành phần đặt cỏch nhau bởi một lớp điện mụi trong suốt Bộ lọc Fabry-Perot cú hàm chuyển đổi như
nhau bởi một lớp điện mụi trong suốt. Bộ lọc Fabry-Perot cú hàm chuyển đổi như trong Phương trỡnh (3.13). ( ) 0 (( )) 1 exp 1 exp FP r i T H H r i T ω ω ω + = + − (3.13)
Với H0 là hằng số cú tớnh tới tất cả cỏc suy hao, r2 là độ phản xạ gương trước, T là thời gian đi
trong hốc cụng hưởng Fabry-Perot. Do HFP( )ω khụng phụ thuộc vào tần số, nờn chỉ cú pha phổ
Phỏt quang SMF
OA F OA F
Phỏt quang
mới được biến đổi thụng qua bộ lọc Fabry-Perot, nhưng pha ỉ(ω) của HFP(ω) lại khỏ xa với lý tưởng, vỡ nú là một hàm cú chu kỳ lấy đỉnh tại tần số cộng hưởng FP. Trong vựng lõn cận của mụ̃i đỉnh, vựng phổ sẽ tồn tại sự thay đổi pha gần như ở dạng bậc hai. Trong thực tế, ỉ(ω) được triển khai chuụ̃i Taylor như trong Phương trỡnh (3.14).
( ) ( ) 2 2 3 1 2 1 r T r r − ∅ = + (3.14)
Cú thể bự tỏn sắc cho sợi bằng cỏch sử dụng bộ lọc Fabry-Perot cho cỏc hệ thống cú cự ly khỏc nhau bằng cỏch thay đổi độ dài của hốc cộng hưởng hoặc chiết suất của lớp điện mụi của bộ lọc.
3.1.6.2. Giao thoa kế Mach-Zehnder
Bộ lọc Mach-Zehnder là một loại giao thoa kế. Súng đi vào bộ lọc được phõn thành nhiều đường khỏc nhau, sau đú, cho giao thoa với nhau. Bộ lọc này thường được sản xuất dựa trờn cỏc mạch tớch hợp quang và thường gồm cỏc Coupler 3 dB được nối với nhau bằng cỏc đường cú độ dài khỏc nhau như trong Hỡnh 3.6.
Nguồn Hỡnh 1.26-Kỹ thuật thụng tin quang 2-Đụ̃ Văn Việt Em
Hỡnh 3.6: Bụ̣ lọc MZ cấu tạo bằng cỏc Coupler định hướng 3 dB.
Nguyờn lý hoạt động của bộ lọc MZ: giả sử tớn hiệu đi vào ngõ số 1 vào bộ Coupler đầu tiờn, sau khi đi qua đú tín hiệu được chia đều ở hai ngõ ra nhưng lệch pha nhau π/2. Độ lệch về đường đi ∆L làm cho độ lệch pha tăng thờm β∆L ở nhỏnh dưới. Tại Coupler thứ hai, tín hiệu ở nhỏnh dưới đi vào nhỏnh trờn và lại trờ̃ hơn nhỏnh trờn là π/2. Như vậy, độ lệch pha tương đối tổng cộng ở nhỏnh trờn là
/ 2 L / 2
π + ∆ +β π . Tương tự thế, độ lệch pha tương đối tổng cộng ở nhỏnh dưới là π/2 +β∆L- π/2 = β∆L. Nếu β∆L=kπ với k lẻ, cỏc tín hiệu ở ngõ ra thứ nhất được cộng đồng pha còn ở ngõ thứ hai bị triệt
Input 2
Input 1 Output 1
Output 2
tiờu nhau do ngược pha. Do đú, tớn hiệu vào ngõ thứ nhất thỡ sẽ ra ở ngõ thứ nhất. Ngược lại nếu k chẵn, tớn hiệu vào ngõ thứ nhất sẽ đi ra ngõ thứ hai. Mạch lọc MZ cú thể điều chỉnh được bằng cỏch điều chỉnh chiết suất tương đối của một nhỏnh. Thiết bị này cú thể cõn bằng được tỏn sắc bằng cỏch thay đổi độ dài nhỏnh và số bộ giao thoa kế MZ.
Thiết bị MZ bự được tỏn sắc bằng cỏch sắp xếp cỏc bộ MZ như trong Hỡnh 3.7.
Nguồn Hỡnh 9.9-Hệ thống thụng tin quang-Đụ̃ Văn Việt Em
Hỡnh 3.7: Mạch sóng quang plana đờ̉ bù tỏn sắc.
Thiết bị được thiết kế sao cho cỏc thành phần tần số cao hơn truyền dọc theo nhỏnh dài hơn của bộ giao thoa kế MZ, nờn chúng sẽ bị trờ̃ nhiều hơn cỏc thành phần tần số thấp hơn đi theo nhỏnh ngắn hơn. Trờ̃ tương đối được sinh ra từ thiết bị này vừa đủ đối với trờ̃ được đưa ra từ bộ lọc quang trong chế độ tỏn sắc dị thường. Hàm chuyển đổi H(ω) được dựng để tối ưu thiết kế và đặc tính thiết bị. Năm 1994, đó chế tạo được mạch súng quang plana cú năm bộ MZ cú trờ̃ tương đối 836 ps/nm. Thiết bị này dài vài cm nhưng cú khả năng điều chỉnh tỏn sắc vận tốc nhúm GVD và bự tỏn sắc cho 50 km sợi đơn mode tiờu chuõ̉n, nhưng nú cú hạn chế là băng thụng hẹp (tầm 10 Ghz) và nhạy cảm với phõn cực đầu vào.
3.2. Việc khắc phục ảnh hưởng của hiệu ứng phi tuyến đến truyền dẫn
Khi cụng suất trong sợi quang nhỏ thỡ sợi quang được xem là mụi trường tuyến tớnh, tớnh phi tuyến của sợi quang (chủ yếu là do chiết suất) cú thể bỏ qua. Hiệu ứng phi tuyến sợi (hiệu ứng quang được gọi là phi tuyến nếu cỏc tham số của nú phụ thuộc vào cường độ ỏnh sỏng) xuất hiện khi tốc độ dữ liệu, chiều dài truyền dẫn, số bước súng và cụng suất quang tăng lờn. Cỏc hiệu ứng phi tuyến này ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng truyền dẫn của hệ thống và trở nờn quan trọng hơn do sự phỏt triển của bộ khuếch đại quang sợi EDFA cựng với sự phỏt triển của cỏc hệ thống ghộp kờnh phõn chia theo bước súng WDM. Tăng hiệu quả truyền thụng tin cú thể làm được bằng việc tăng tốc độ bit, giảm khoảng cỏch giữa cỏc kờnh hoặc kết hợp cả hai phương phỏp trờn. Cỏc ảnh hưởng của phi tuyến sợi
Output Input
∆L1 ∆L1+∆L2 ∆L1+∆L2 ∆L1
Cỏc tần số thấp Cỏc tần số cao
trở nờn đúng vai trò quyết định hơn vỡ nú sẽ gõy ra một số hiện tượng như xuyờn õm giữa cỏc kờnh, suy giảm mức tớn hiệu của từng kờnh dẫn đến dẫn đến suy giảm tỷ số tớn hiệu trờn nhiờ̃u S/N.
Mặc dự cụng suất riờng của mụ̃i kờnh cú thể thấp dưới mức cần thiết để xuất hiện tớnh phi tuyến và tổng cụng suất của tất cả cỏc kờnh cú thể đủ lớn, nhưng sự kết hợp của tổng cụng suất quang cao và một số lớn cỏc kờnh ở cỏc bước súng gần nhau sẽ trở nờn lý tưởng cho nhiều loại hiệu ứng phi tuyến. Với tất cả lý do này cho thấy tầm quan trọng của cỏc hiệu ứng phi tuyến. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cỏc hiệu ứng phi tuyến này bao gồm: tỏn xạ Raman kích thích SRS (Simulated Raman Scattering), tỏn xạ Brillouin kích thích SBS (Simulated Brillouin Scattering), hiệu ứng trộn 4 súng FWM (Four Wave Mixing), điều chế chộo pha XPM (Cross Phase Modulation), tự điều chế pha SPM (Self Phase Modulation). Tựy từng trường hợp mà mụ̃i hiệu ứng phi tuyến cú thể cú lợi hoặc cú hại. Chẳng hạn XPM và FWM thỡ bất lợi cho hệ thống đa kờnh WDM. SPM và XPM gõy ra sự mở rộng phổ trong cỏc xung quang mà sau đú tương tỏc với tỏn sắc sợi. Điều này cú thể cú lợi hoặc cú hại cho hệ thống truyền thụng quang tựy thuộc vào tỏn sắc thường hay dị thường.
Như vậy, việc nắm rõ cỏc hiệu ứng phi tuyến này là rất cần thiết để cú thể hạn chế cỏc ảnh hưởng khụng cú lợi của nú và tối ưu húa trong việc thiết kế hệ thống truyền dẫn quang.
3.2.1. Cỏc hiệu ứng phi tuyến trong hệ thống WDM
Cỏc hiệu ứng tỏn xạ phi tuyến là hiện tượng năng lượng từ một súng ỏnh sỏng được chuyển sang một súng ỏnh sỏng khỏc cú bước súng dài hơn hoặc cú năng lượng thấp hơn. Năng lượng mất đi bị hấp thụ bởi cỏc dao động phõn tử hoặc cỏc phonon. Súng thứ hai được gọi là súng Stokes, súng thứ nhất được gọi là súng bơm, gõy ra sự khuếch đại súng Stokes. Khi súng bơm truyền trong sợi quang, nú bị mất năng lượng và súng Stokes nhận thờm năng lượng. Trong hiệu ứng SBS thỡ súng bơm là súng tớn hiệu còn súng Stokes là súng khụng mong muốn được tạo ra do quỏ trỡnh tỏn xạ. Trong trường hợp SRS thỡ súng bơm là súng cú năng lượng cao còn súng Stokes là súng tớn hiệu được khuếch đại từ súng bơm.
Cỏc hiệu ứng tỏn xạ được đặc trưng bởi hệ số độ lợi (đại lượng chỉ cường độ của hiệu ứng phi tuyến) cú thứ nguyờn là m/W, độ rộng phổ ∆f đối với độ lợi tương ứng và cụng suất ngưỡng Pth của ỏnh sỏng tới, là mức cụng suất mà tại đú suy hao do tỏn xạ là 3 dB tức là một nửa cụng suất trờn toàn bộ độ dài sợi quang.
Cỏc hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến hệ thống phụ thuộc vào cự ly truyền dẫn và mặt cắt ngang của sợi quang. Tuyến càng dài thỡ sự tỏc động qua lại giữa ỏnh sỏng và vật liệu sợi quang càng lớn làm tăng ảnh hưởng của cỏc hiệu ứng phi tuyến. Nhưng khi lan truyền trong sợi thỡ do bị suy hao, nờn cụng suất của tớn hiệu sẽ bị giảm đi, nờn hầu hết cỏc hiệu ứng phi tuyến chỉ xảy ra trong khoảng đầu của sợi quang và giảm đi khi tớn hiệu lan truyền.
Gọi Pin là cụng suất truyền trờn sợi quang, P(z)=Pin.e-αz là cụng suất tại điểm z trờn tuyến, α là hệ số suy hao, L là chiều dài thực của tuyến. Chiều dài hiệu dụng của tuyến Lef được xỏc định bằng Cụng thức (3.15). ( ) 0 L in eff z P L P z dz = = ∫ (3.15) Nờn 1 L eff e L α α − − = (3.16) Mà L>>1/α, nờn Lef≈1/α.
Ảnh hưởng của phi tuyến cũng tăng theo cường độ năng lượng trong sợi. Với một cụng suất cho trước, thỡ cường độ năng lượng tỷ lệ nghịch với diện tớch lõi. Diện tớch lõi hiệu dụng Aef được xỏc định như Cụng thức (3.17).
20 0
eff
A ≈πw (3.17) với w0 là bỏn kính trường mode.
Hầu hết cỏc hiệu ứng phi tuyến đều được biểu diờ̃n thụng qua diện tớch hiệu dụng đối với mode cơ bản truyền trong sợi quang cho trước.
3.2.1.1. Hiệu ứng tự điều chế pha SPM (Self Phase Modulation)
SPM là hiệu ứng xảy ra khi cường độ quang đưa vào thay đổi, hiệu suất khúc xạ của sợi quang cũng thay đổi theo hay cú thể núi chiết suất của mụi trường truyền dẫn thay đổi theo cường độ ỏnh sỏng truyền. Điều này làm cho cỏc xung truyền đi bị hiện tượng dịch tần (tần số xung thay đổi theo thời gian). Hiện tượng dịch tần làm cho hiệu ứng gión xung do tỏn sắc màu tăng lờn, nờn khi SPM làm xuất hiện hiện tượng dịch tần, làm tăng độ dón xung do tỏn sắc màu trong hệ thống, nhất là với cỏc hệ thống tốc độ cao. Khi đú:
2
0 NL 0 2
n n= + ∆n = +n n E (3.18)