Thông thƣờng tín hiệu WDM sử dụng băng thông khoảng 30nm hoặc cao hơn, nó là băng thông tổng cộng từ các kênh đơn có băng thổng khoảng 0,1nm (phụ thuộc vào tốc độ bit của từng kênh) của các kênh đơn. Với các kênh 10Gbps, thành phần tán sắc thứ ba không đóng vai trò chủ chốt nhƣ đối với các xung có bề rộng >10ps. Tuy nhiên vì các bƣớc sóng là độc lập với các giá trị β2 và hệ số tán sắc D nên tán sắc sẽ có sự khác nhau giữa các kênh. Do đó để bù tán sắc trong các hệ thống WDM thì mô hình bù tán sắc phải có thể thực hiện đƣợc việc bù tán sắc GVD trên tất cả các kênh đồng thời. Phƣơng pháp đầu tiên sử dụng một cách tử quang băng rộng hoặc nhiều cách tử quang có băng chặn (stop band) tƣơng ứng để bù tán sắc cho các kênh. Một phƣơng pháp khác dựa vào phổ WDM bằng cách sử dụng một bộ lọc quang với các đỉnh chu kỳ truyền tƣơng ứng. Một phƣơng pháp khác sử dụng sợi DCF cho các hệ thống WDM bằng các sợi quang bù tán sắc DCF đƣợc thiết kế phù hợp cho việc truyền đa kênh băng rộng.
Ở phƣơng pháp đầu tiên sử dụng cách tử quang. Một cách tử quang bị chirp có thể có một băng thông dừng bề rộng khoảng 10nm tƣơng ứng với chiều dài cách tử. Vì thế cách tử này có thể đƣợc sử dụng trong hệ thống WDM nếu số lƣợng kênh đủ nhỏ (thông thƣờng là <10) khi đó thì băng thông tổng cộng của tín hiệu sẽ vừa với
67
băng thông chặn của cách tử. Thực nghiệm vào năm 1999, cách tử bị chirp băng thông 6nm đƣợc dùng trong hệ thống WDM bốn kênh, mỗi kênh có tốc độ 40Gbps. Khi băng thông tín hiệu WDM lớn hơn, có thể sử dụng nhiều cách tử chirp ghép tầng nối tiếp với nhau để mỗi cách tử phản xạ một kênh và bù tán sắc cho kênh đó. Ƣu điểm của phƣơng pháp này là các cách tử có thể đƣợc biến đổi để tƣơng ứng với tán sắc GVD trên mỗi kênh. Hình 3.5 mô tả mô hình ghép tầng cách tử trong hệ thống WDM bốn kênh. Cứ mỗi 80km, một bộ bù tán sắc gồm 4 cách tử đƣợc sử dụng để bù tán sắc cho tất cả các kênh trong khi hai bộ khuyếch đại quang đƣợc dùng để bù suy hao. Việc mở rộng số cách tử đã đƣợc làm trong thực tế. Vào năm 2000, hệ thống WDM đã đƣợc mở rộng lên 32 kênh với băng thông 18nm. Sáu cách tử chirp với 6nm băng chặn đƣợc ghép tầng để bù tán sắc GVD cho tất cả các kênh.
Hình 3. 5. Mô hình ghép tầng cách tử để bù tán sắc trong hệ thống WDM
Sử dụng nhiều cách tử làm tăng tính cồng kềnh của bộ bù tán sắc khi số lƣợng kênh lớn với băng thông tín hiệu khoảng 30nm . Bộ lọc FP với nhiều đỉnh truyền với các đỉnh phổ truyển của bộ lọc cách nhau theo chu kỳ. Bộ lọc nhƣ thế có thể bù tán sắc GVD của tất cả các kênh nếu tất cả các kênh đƣợc phân chia khoảng cách bằng nhau và dải phổ tự do của bộ lọc tƣơng ứng với khoảng cách kênh. Khi phải làm việc với một lƣợng tán sắc lớn việc thiết kế bộ lọc FP là rất khó khăn. Một loại cách tử mới đƣợc gọi là cách tử quang mẫu (sampled fiber grating) đã đƣợc phát triển để giải quyết vấn đề này. Cách tử này có nhiều băng chặn và dễ chế tạo. Thay vì là làm một cách tử đơn dài, ngƣời ta làm nhiều cách tử ngắn kết hợp lại với nhau và có khoảng cách phù hợp (mỗi một cách tử ngắn này đƣợc gọi là một mẫu nên
68
cách tử loại này đƣợc gọi là cách tử quang mẫu). Khoảng cách bƣớc sóng giữa các đỉnh phản xạ đƣợc xác định qua các chu kỳ mẫu và đƣợc điều khiển trong quá trình chế tạo. Hơn nữa nếu "mẫu" bị chirp, thì đặc tính tán sắc của mỗi đỉnh phản xạ cũng bị ảnh hƣởng bởi lƣợng chirp này. Cách tử đầu tiên đƣợc sử dụng vào năm 1995 để bù tàn sắc đồng thời cho hai kênh 10 Gbps với khoảng cách truyền 240km. Thực nghiệm vào năm 1999 sử dụng cách tử quang mẫu cho hệ thống WDM bốn kênh. Khi số lƣợng kênh tăng, nó trở nên càng khó hơn trong việc bù tán sắc GVD ở tất cả các kênh đồng thời.
Việc sử dụng sợi DCF độ dốc tán sắc âm đƣợc đƣa ra nhƣ một giải pháp đơn giản nhất để điều khiển tán sắc trong các hệ thống WDM dung lƣợng cao với số lƣợng kênh lớn. Sợi DCF loại này đã đƣợc phát triển và thƣơng mại hóa vào những năm 1990 và đƣợc sử dụng trong trong các hệ thống WDM dung lƣợng cao. Sự cần thiết của độ dốc sắc âm có thể đƣợc hiểu qua phƣơng trình 4.2 ở mục 4 cho kênh đơn. Điều kiện này cũng phải thỏa cho tất cả các kênh
1( n) 1 2( n) 2 0
D L D L (3.27)
Với λn là bƣớc sóng của kênh thứ n. Vì giá trị giới hạn dƣơng của đƣờng tán sắc S hoặc thành phần tán sắc thứ ba β3, D1 tăng theo bƣớc sóng ở cả sợi quang thƣờng và sợi quang dịch tán sắc. Kết quả là tán sắc tích lũy D1L1 khác nhau giữa các kênh. Nếu sử dụng cùng sợi DCF cho tất cả các kênh, độ dốc tán sắc của nó sẽ âm và có giá trị thỏa mãn phƣơng trình (3.27)
Giá trị Dj (λn ) = Dj + Sj (λn −λc ) với Dj (j=1,2) là giá trị tán sắc ở kênh trung tâm, độ dốc tán sắc của sợi DCF là :
1( 1/ 2) 1( 2/ 1)
S S L L S D D (3.28)
Phƣơng trình này chỉ ra rằng hệ số S/D đƣợc gọi là đƣờng dốc quan hệ tán sắc (Relative Dispersion Slope), và giống nhau ở cả hai sợi quang . Đối với sợi quang tiêu chuẩn hệ số tán sắc D ≈16ps/(km-nm) và độ dốc tán sắc S ≈ 0,05 ps/(km −nm2), hệ số S/D sẽ vào khoảng 0,003 nm-1. Do đó, với sợi DCF có D ≈ −100 ps/(km −nm), độ dốc tán sắc sẽ vào khoảng -0,3ps(km-nm2). Đối với sợi quang dịch tán sắc, hệ số S/D có thể vào khoảng 0,02nm-1. Việc sản xuất sợi DCF có độ dốc tán sắc lớn rất
69
khó khăn, sợi DCF hai mode chỉ có thể có giá trị khoảng 0,01nm-1. Sợi quang nhƣ thế này còn đƣợc gọi là sợi quang đảo tán sắc (Reverse-Dispersion Fiber) là sợi quang có giá trị D và S có giả trị đảo âm so với sợi quang thông thƣờng.
Nhiều thực nghiệm vào những năm 1990 để đánh giá việc sử dụng sợi DCF trong hệ thống WDM. Thực nghiệm vào năm 1995, 8 kênh với khoảng cách kênh là 1,6nm, mỗi kênh hoạt động ở tốc độ 20Gbps đã truyền đi đƣợc khoảng cách 232km trên sợi quang tiêu chuẩn bằng nhiều sợi DCF. Giá trị tán sắc của mỗi kênh nhỏ và vào khoảng xấp xỉ 100ps/nm, ngoài ra toàn bộ các kênh cũng đƣợc bù tán sắc đồng thời bởi sợi DCF. Thực nghiệm vào năm 2001, sợi DCF băng rộng đƣợc sử dụng để truyến tín hiệu quang WDM 1-Tbps (bao gồm 101 kênh) với mỗi kênh ở tốc độ 10Gbps ở khoảng cách 9000km. Tốc độ cao nhất đƣợc thử nghiệm là 11 Tbps với 273 kênh mỗi kênh có tốc độ 40Gbps trên đồng thời các băng C, L, S (do đó băng thông tổng cộng vào khoảng hơn 100nm).