Khi thiết kế một mạng quang núi chung, mạng chuyển mạch chựm quang núi riờng rất nhiều vấn đề thực thi về mặt vật lý cần được quan tõm tớnh toỏn.
Dưới đõy ta sẽ xột một số vấn đề tiờu biểu như suy hao, tỏn sắc và cỏc hiệu ứng phi tuyến.
Khi ỏnh sỏng truyền trong sợi, cụng suất của tớn hiệu sẽ giảm do cú suy hao khi lan truyền. Suy hao là một hàm của bước súng tớn hiệu và nguyờn nhõn của nú là do hiện tượng hấp thụ của sợi và do tỏn xạ Rayleigh. Hấp thụ là do sự va chạm giữa ỏnh sỏng và cỏc hạt silicat hoặc do tạp chất trong sợi hấp thụ. Hầu hết cỏc loại sợi cú hấp thụ tổng trong dải bước súng thụng dụng (0.8 μm đến 1.6 μm) là khụng đỏng kể. Tỏn xạ Rayleigh xảy ra khi cú sự thay đổi nhỏ về chiết suất trong sợi.
Trong mạng chuyển mạch chựm quang, suy hao sẽ giới hạn khoảng cỏch truyền cỏc chựm dữ liệu. Trong phần lớn cỏc trường hợp, cỏc bộ khuếch đại quang sẽ được sử dụng để khắc phục vấn đề suy hao. Song cỏc bộ khuếch đại quang sẽ làm tăng thờm nhiễu tớn hiệu.
Nếu tớn hiệu quang bao gồm nhiều thành phần bước súng thỡ cỏc thành phần bước súng khỏc nhau này sẽ được truyền với tốc độ khỏc nhau, dẫn tới sự trải dài cỏc xung tớn hiệu trong miền thời gian. Hiện tượng này gọi là hiện tượng tỏn sắc. Cỏc loại tỏn sắc bao gồm tỏn sắc mode và tỏn sắc màu.
Tỏn sắc mode xảy ra khi cú nhiều mode của cựng một tớn hiệu lan truyền với vận tốc khỏc nhau trong sợi. Tỏn sắc mode cú thể được loại trừ bằng cỏch sử dụng sợi đơn mode. Sợi đơn mode cú đường kớnh lừi rất nhỏ và chỉ cho phộp truyền duy nhất mode cơ bản [9].
Tỏn sắc màu cú nguyờn nhõn do tốc độ truyền khỏc nhau của cỏc thành phần bước súng khỏc nhau. Do đú, nếu tớn hiệu truyền cú nhiều hơn một thành phần bước súng thỡ sẽ cú thành phần lan truyền với tốc độ nhanh hơn cỏc thành phần khỏc, kết quả là sẽ trải rộng xung tớn hiệu trong miền thời gian. Cỏc loại tỏn sắc màu gồm cú tỏn sắc vật liệu và tỏn sắc ống dẫn súng. Tỏn sắc vật liệu do hệ số chiết suất là hàm của bước súng. Tỏn sắc ống dẫn súng xảy ra do chiết suất đối với một bước súng phụ thuộc vào hệ số cụng suất truyền trong lừi và hệ số cụng suất truyền ở lớp vỏ sợi. Khi tớn hiệu bao gồm cỏc xung biểu diễn cho cỏc bit, tỏn sắc gõy ra trải dài xung khi nú truyền qua sợi. Độ kộo dài này cú thể đủ rộng để ảnh hưởng tới xung bờn cạnh nú và dẫn tới nhiễu xuyờn ký tự (ISI). Như vậy tỏn sắc sẽ rỳt ngắn khoảng trống giữa cỏc bớt và giới hạn tốc độ truyền dẫn tối đa trờn kờnh
quang. Ở bước súng 1300 nm, tỏn sắc vật liệu đối với sợi quang đơn mode là gần như bằng khụng. Và đõy cũng là một cửa sổ suy hao thấp. Ngoài ra cũn cú một kỹ thuật cú thể dịch tỏn sắc, tạo ra cỏc sợi cú độ tỏn sắc bằng khụng tại một bước súng nào đú trong khoảng 1300 nm và 1700 nm. Trong sợi dịch tỏn sắc, lừi và vỏ sợi được thiết kế sao cho tỏn sắc ống dẫn và tỏn sắc vật liệu triệt tiờu lẫn nhau nờn tỏn sắc tổng sẽ bằng khụng. Song giỏ trị này chỉ cú tỏc dụng đối với một bước súng nhất định. Ngoài vấn đề nhiễu xuyờn ký tự, tỏn sắc cũn cú thể gõy ra cỏc vấn đề đồng bộ trong cỏc mạng OBS. Trong cỏc mạng OBS, gúi tin tiờu đề và chựm dữ liệu được truyền trờn cỏc bước súng khỏc nhau. Mỗi bước súng cú một mức tỏn sắc khỏc nhau, dẫn tới gúi tiờu đề và chựm dữ liệu cú thể cú độ dịch lại gần hoặc xa hơn trong miền thời gian. Nếu biết trước khoảng cỏch vật lý và hệ số tỏn sắc của sợi ta cú thể bự lại tỏn sắc bằng việc điều chỉnh phự hợp độ lệch tại trạm nguồn [6].
Cỏc hiệu ứng phi tuyến trong sợi gõy ảnh hưởng tới một số tham số hoạt động như tốc độ truyền dẫn, số kờnh truyền, khoảng cỏch giữa cỏc kờnh và mức cụng suất tớn hiệu. Một số hiệu ứng phi tuyến bao gồm hiệu ứng trộn bốn bước súng (FWM), tự điều chế pha, điều chế chộo pha, tỏn xạ kớch thớch Raman (SRS) và tỏn xạ kớch thớch Brillouin (SBS).
- Hiệu ứng trộn bốn bước súng xuất hiện khi truyền đồng thời hai bước súng hoạt động tại hai tần số f1 và f2 tạo ra cỏc tớn hiệu tại tần số 2f1 – f2 và 2f2 – f1. Cỏc tớn hiệu này sẽ gõy nhiễu đối với cỏc tớn hiệu khỏc trong cựng dải. Hiệu ứng xảy ra tương tự đối với trường hợp ba hoặc nhiều hơn ba bước súng. Hiệu ứng FWM trong hệ thống WDM cú thể hạn chế bằng cỏch sử dụng cỏc kờnh với cỏc khoảng trống giữa cỏc kờnh khụng bằng nhau. - Hiện tượng tự điều chế pha xảy ra khi cú sự thay đổi cường độ tớn hiệu kết quả làm biến đổi pha tớn hiệu. Sự biến đổi tức thời về pha cú thể sẽ sinh ra cỏc thành phần tần số khỏc nhau trong tớn hiệu. Cỏc thành phần tần số mới này cựng với hiệu ứng tỏn sắc sẽ dẫn tới làm trải rộng hoặc nộn cỏc xung quang trờn miền thời gian.
- Hiệu ứng điều chế chộo pha là hiện tượng pha tớn hiệu bị dịch do cú sự thay đổi cường độ tớn hiệu ở một bước súng khỏc. Tương tự như tự điều chế pha, hiệu ứng điều chế chộo pha cũng tạo ra cỏc thành phần tần số khỏc làm
tăng tỏn sắc. Tuy nhiờn hiệu ứng này cú thể cú cỏc ứng dụng hữu ớch. Sử dụng hiệu ứng điều chế pha, một tớn hiệu tại một bước súng cho trước cú thể được sử dụng để điều chế một tớn hiệu bơm ở một bước súng khỏc. Kỹ thuật này cú thể được sử dụng trong cỏc thiết bị chuyển đổi bước súng. - Tỏn xạ kớch thớch Raman xuất hiện do sự tương tỏc giữa ỏnh sỏng với cỏc phần tử vật chất. Ánh sỏng sinh ra do tỏn xạ sẽ cú bước súng dài hơn so với ỏnh sỏng lối vào. Ánh sỏng được tạo ra ở miền tần số thấp hơn được gọi là súng Stokes. Dải cỏc súng Stokes được xỏc định bởi phổ khuếch đại Raman thường trờn một khoảng 40 THz dưới tần số ỏnh sỏng lối vào. Tỉ số cụng suất truyền cho súng Stokes tăng nhanh khi cụng suất tớn hiệu lối vào tăng. Khi cụng suất lối vào là rất lớn, tỏn xạ kớch thớch Raman sẽ truyền hầu hết cụng suất tớn hiệu lối vào cho súng Stokes. Trong cỏc hệ thống sử dụng nhiều bước súng, cỏc kờnh cú bước súng ngắn hơn sẽ mất một phần năng lượng cho cỏc kờnh cú bước súng dài hơn nằm trong phổ khuếch đại Raman. Để giảm mất mỏt này cụng suất trờn cỏc kờnh cần phải được giới hạn ở một mức nhất định nào đú.
- Tỏn xạ kớch thớch Brillouin cũng giống như tỏn xạ SRS, sự khỏc nhau giữa chỳng là trong hiệu ứng SBS, nguyờn nhõn của dịch tần là do cỏc tương tỏc õm. Trong SBS, ỏnh sỏng bị dịch tần truyền trong sợi theo chiều ngược lại so với tớn hiệu lối vào. Cường độ ỏnh sỏng tỏn xạ lớn hơn nhiều so với SRS, nhưng dải tần tỏn xạ lại nhỏ hơn nhiều cỡ 10 GHz, băng khuếch đại của SBS chỉ khoảng 100 MHz. Để hạn chế hiệu quả hiệu ứng SBS, người ta phải hạn chế cụng suất lối vào của tớn hiệu, cụng suất lối vào này phải thấp hơn một ngưỡng nhất định. Trong cỏc hệ thống nhiều bước súng, SBS gõy ra xuyờn õm giữa cỏc kờnh bước súng với nhau. Xuyờn õm xuất hiện khi hai kờnh ở hai tần số khỏc nhau một khoảng bằng độ dịch Brillouin, quanh khoảng 11 GHz đối với bước súng 1550 nm. Tuy nhiờn, dải ảnh hưởng của SBS là nhỏ nờn hiện tượng xuyờn õm cú thể dễ dàng loại bỏ [10].