3.6. Truyền dẫn sợi quang 55
3.6.2. Sợi quang dịch chuyển vị trớ tỏn sắc khỏc khụng NZ-DS F 56
Trong hệ thống DWDM, việc lựa chọn sợi quang nào thớch hợp nhất luụn là vấn đề nghiờn cứu của cỏc nhà khoa học. Do tớnh chất ƣu việt của sợi quang G.653 (DSF) ở bƣớc súng 1550nm mà nú trở thành sợi quang số một khiến mọi ngƣời quan tõm tới. Nhƣng khi nghiờn cứu kỹ thỡ phỏt hiện ra rằng tuy trong thụng tin bƣớc súng đơn cự ly dài DSF cú tớnh ƣu việt rất lớn, nhƣng khi dựng trong hệ thống DWDM thỡ ở khu vực bƣớc súng cú tỏn sắc bằng khụng sẽ xuất hiện vấn đề phi tuyến tớnh nghiờm trọng, hạn chế việc ứng dụng cụng nghệ DWDM, trở thành khuyết điểm chủ yếu của DSF (G.653) từ đú dẫn tới một loạt sợi quang mới – sợi quang biến đổi tỏn sắc khỏc khụng (NZ- DSF). Dƣới đõy giới thiệu sự hạn chế của DSF và nguyờn lý ứng dụng của NZ-DSF.
3.6.2.1. Sự xuất hiện hiệu ứng phi tuyến tớnh khi dựng DSF và EDFA
Khi sử dụng EDFA trong đƣờng dõy DSF để kộo dài cự ly truyền dẫn, vỡ mật độ cụng suất quang truyền dẫn trong sợi quang tăng lờn rất nhiều, dẫn tới hiệu ứng phi tuyến tớnh sẽ làm giảm tớnh năng chất lƣợng của hệ thống,
nhất là khi ứng dụng trong hệ thống DWDM xuất hiện hiệu ứng “Trộn 4 bƣớc súng - FWM” thỡ ảnh hƣởng rất lớn tới hệ thống.
Đối với DSF bƣớc súng cú tỏn sắc bằng khụng là 1550nm, EDFA cũng thớch nghi với bƣớc súng đú (1550nm), cụng tỏc tại bƣớc súng này thỡ tỏn sắc bằng khụng. Nhƣng đối với DWDM, cỏc súng quang tỏc dụng lẫn nhau truyền cựng pha, sẽ làm cho FWM càng trở nờn nghiờm trọng, thƣờng bƣớc súng nú sinh ra giống nhƣ bƣớc súng truyền dẫn nào đú, làm giảm đỏng kể chất lƣợng truyền dẫn của hệ thống DWDM.
3.6.2.2 Nguyờn lý và ứng dụng của sợi quang NZ-DSF
Để ngăn cản tốt hiệu ứng FWM, cho phộp đƣa ra cụng suất tƣơng đối lớn và nhiều kờnh bƣớc súng trờn sợi quang dẫn tới sự ra đời của sợi quang biến đổi vị trớ tỏn sắc khỏc khụng (NZ-DSF). Đặc điểm chớnh của loại sợi quang này là di chuyển điểm tỏn sắc bằng khụng của DSF, làm cho trị số tỏn sắc trong phạm vi 1548 - 1565nm duy trỡ ở 1.0 ữ 4.0 ps/nm.km, trỏnh khỏi khu tỏn sắc bằng khụng, nhƣng lại cú trị số tỏn sắc tƣơng đối nhỏ, trờn hoặc dƣới 1550nm (nhƣ 1520nm hoặc 1570nm).
Điểm nổi bật khi dựng NZ-DSF là cú ƣu điểm của cả 2 sợi quang (G.652) và (G.653), đồng thời giải quyết đƣợc nhƣợc điểm cố hữu của sợi quang G.652 là bị hạn chế bởi tỏn sắc và khú thực hiện đƣợc DWDM bằng DSF.
So sỏnh đặc điểm của sợi NZ-DSF và sợi DSF thỡ ngoài sự dịch chuyển của điểm tỏn sắc bằng khụng, cỏc đặc tớnh khỏc đều giống nhau. Ở bƣớc súng 1550nm, cú tổn hao và tỏn sắc nhỏ nhất. Tuy nhiờn hệ số tỏn sắc của nú khỏc khụng, nhƣng so với sợi quang G.652 đó giảm rất nhiều, mở rộng cự ly bị hạn chế bởi tỏn sắc chủ yếu là khai thỏc thuận lợi hệ thống DWDM nhiều bƣớc súng trong khu đoạn súng cú tỏn sắc và tổn hao thấp, mà khụng bị ảnh hƣởng của FWM. Cỏc nghiờn cứu đó chỉ ra rằng: tốc độ truyền dẫn của một sợi quang NZ-DSF cú thể đạt ớt nhất là 80 Gbit/s, sau này khi nõng cấp cũng tƣơng đối linh hoạt, tức là cú thể xõy dựng hệ thống TDM trƣớc, cũng cú thể xõy dựng hệ thống DWDM trƣớc, khụng cần bự, là cỏch lựa chọn lý tƣởng của việc thực hiện truyền dẫn cao tốc cự ly dài. Để sử dụng rộng rói hệ thống EDFA/DWDM, khi thiết kế và chế tạo NZ-DSF cần xột mấy điểm quan trọng sau:
- Tăng đƣờng kớnh trƣờng mode của sợi quang (MFD) để giảm mật độ cụng suất, giảm hiệu ứng phi tuyến.
- Trong khu bƣớc súng cụng tỏc vẫn phải duy trỡ tổn hao thấp, xấp xỉ 0.2dB/km. - Tỏn sắc của phõn cực phải nhỏ hơn 0.05ps/km.
- Phõn bố hiệu suất khỳc xạ trong lừi sợi quang theo hỡnh tam giỏc hoặc hỡnh thang.
Tăng đƣờng kớnh trƣờng mode của sợi quang và dịch chuyển điểm tỏn sắc bằng khụng của bƣớc súng sẽ làm tăng tổn hao uốn cong, cho nờn cần phải thiết kế tối ƣu.
3.6.3. Sợi quang bự tỏn sắc DCF
Sợi quang đơn mode 1330nm đó lắp đặt trong hệ thống DWDM ở bƣớc súng 1550nm cú tỏn sắc trờn dƣới 17ps/nm.km. Để khắc phục ảnh hƣởng của tỏn sắc bƣớc súng này, cần phải cú cụng nghệ bự tỏn sắc để loại trừ tỏn sắc bƣớc súng này. Ở đoạn súng 1550nm, lợi dụng sợi quang bự tỏn sắc õm lớn (DCF) là phƣơng phỏp bự tỏn sắc hữu hiệu. Tức là trong đƣờng dõy truyền dẫn sợi quang đơn mode 1310nm đó lắp đặt, cứ cỏch mỗi khoảng nhất định lại lắp vào sợi quang cú chiều dài đó điều chỉnh tốt để bự tỏn sắc, làm cho toàn bộ chiều dài đƣờng truyền dẫn cú tổng tỏn sắc bằng khụng.
3.6.3.1. Nguyờn lý cơ bản của bự tỏn sắc
Nguyờn lý làm việc cơ bản của nú là sau khi truyền dẫn tớn hiệu xung qua sợi quang cú cự ly dài, do hiệu ứng tỏn sắc nờn xuất hiện dón xung và mộo. Lỳc này cú thể dựng một đoạn sợi quang bự tỏn sắc (DCF) để hiệu chỉnh, mục đớch là loại bỏ dón và mộo.
Đặc điểm chớnh của DCF là:
- DCF cú thể đặt ở bất kỳ vị trớ nào trong đƣờng dõy sợi quang, cú thể lắp đặt linh hoạt và thuận lợi.
- Cú thể điều khiển đƣợc bự tỏn sắc của DCF mà tớnh năng vẫn ổn định. - DCF cú tỏn sắc õm rất lớn (bƣớc súng 1550nm), thƣờng thỡ sợi quang đơn
mode cú bự tỏn sắc, trị số tỏn sắc cao nhất đạt -300ps/nm.km, sợi quang đa mode cú bự tỏn sắc, trị số tỏn sắc cao nhất đạt -580ps/nm.km, đủ để triệt tiờu tỏn sắc dƣơng của sợi quang G.652 ở 1550nm. Đối với hệ thống sợi quang G.652 cũ bƣớc súng 1310nm thỡ khi nõng cấp và mở rộng dung
lƣợng (dịch tới khu bƣớc súng 1550nm) thỡ chỉ cần một lƣợng nhỏ DCF và EDFA là đạt đƣợc.
- Trong DCF tuy cú tổn hao nhƣng đƣợc bự lại bằng EDFA.
- Cải thiện kết cấu mặt cắt của DCF và cụng nghệ chế tạo, bự đƣợc tỏn sắc quy mụ tƣơng đối lớn, và cú đƣợc tiờu hao tƣơng đối nhỏ.
3.6.3.2. Tớnh năng và kết cấu của sợi bự tỏn sắc DCF
Đặc tớnh chớnh của DCF là cú tỏn sắc õm tƣơng đối lớn (ở 1550nm) để bự lại tỏn sắc dƣơng của sợi quang sinh ra khi cụng tỏc ở bƣớc súng 1550nm. Do đú khi xột về đặc tớnh tỏn sắc, vẫn thuộc sợi quang chuyển vị trớ tỏn sắc, nhƣng so với DCF thỡ yờu cầu và mục đớch rừ ràng khỏc nhau.
Kết cấu của sợi bự tỏn sắc DCF
Loại I: Thiết kế mode cơ bản, tức là dựng đƣờng kớnh trong của sợi quang nhỏ, cú đƣợc hiệu suất khỳc xạ tƣơng đối cao, từ đú thực hiện đƣợc tỏn sắc õm lớn ở bƣớc súng 1550nm. Đặc điểm của kết cấu này là đơn giản, dễ làm nhƣng giỏ thành cao.
Loại II: Thiết kế mode bậc cao cấp, tức là thụng qua tỏn sắc õm làm việc ở chỗ gần bƣớc súng tới hạn để bự tỏn sắc. Đặc điểm của kết cấu này là hiệu quả bự tỏn sắc cao, nhƣng khú thực hiện, tổn hao cũng lớn.
Đỏnh giỏ tớnh năng của sợi DCF
Tớnh năng chủ yếu của DCF bao gồm tỏn sắc, tổn hao truyền dẫn, tổn hao kết nối và tổn hao uốn cong…
Tỏn sắc: Tham số quan trọng nhất để đỏnh giỏ DCF là trị số tỏn sắc, trị số tỏn sắc càng lớn càng tốt. Vỡ tỏn sắc õm lớn cú thể rỳt ngắn đƣợc chiều dài của DCF, giảm khụng gian. Tham số khỏc cú quan hệ với đặc tớnh tỏn sắc là độ dốc của đƣờng cong quan hệ giữa tỏn sắc và bƣớc súng, vỡ sợi quang đơn mode cú độ lớn tỏn sắc là dƣơng, do đú tỏn sắc của DCF phải cú độ dốc õm, nhất là ở đoạn bƣớc súng 1550nm.
Tổn hao truyền dẫn: Vỡ trong quỏ trỡnh chế tạo DCF sử dụng kết cấu đặc biệt, do đú tổn hao truyền dẫn thƣờng lớn hơn so với sợi quang bỡnh thƣờng, cần cải tiến điều kiện cụng nghệ, nhƣ dựng lực căng lớn điều khiển đƣợc sợi quang để giảm tổn hao.
sợi quang này với nhau sẽ gõy ra tổn hao kết nối tƣơng đối lớn. Dựng cụng nghệ điều chỉnh đƣờng kớnh của trƣờng mode để giải quyết.
Tổn hao uốn cong: Trong ứng dụng thực tế, sợi quang DCF luụn uốn quanh trục để giảm nhỏ thể tớch, cho nờn phải điều chỉnh tổn hao uốn. Vớ dụ, đối với ống uốn cú đƣờng kớnh là 20mm, tổn hao uốn cong của DCF phải điều chỉnh dƣới 1 dB/km.
Xột tổng tổn hao, cú thể định nghĩa hệ số phẩn chất của DCF là tổng số giữa tỏn sắc và tổn hao: ) / ( ) . / ( ) . / ( km dB km nm ps D dB nm ps FOM (3.12) FOM là tham số quan trọng của DCF, dựng để so sỏnh trực tiếp cỏc loại DCF khỏc nhau, nú đỏnh giỏ tỷ số tớn hiệu trờn tạp õm quang (OSNR) do DCF gõy ra. Hiện nay trờn thế giới dựng phƣơng phỏp thiết kế mode cơ bản để thực hiện DCF với FOM đạt tới -300 ps/nm.dB, dựng phƣơng phỏp thiết kế mode bậc cao để thực hiện DCF với FOM là -1000ps/nm.dB.