6. CD400
6.2 Nhóm quang
- Led nguồn (1300nm/1550nm) - Chuyển mạch quang - Máy phát tán sắc (SSM) - Bộ thu quang - Lựa chọn phân cực (CD431) H6.4 Sắp xếp các thiết bị quang 6.3 Nhóm điện tử
- Đơn vị tách pha và công suất - Bộ xử tín hiệu
- Bộ xử lý trung tâm và giao diện IEEE 488 - Tổng hợp tần số và khuếch đại cao tần - Tập hợp các I/O
- Bộ nguồn
H6.5 Sơ đồ khối của nhóm điện
H6.7 Đồng bộ tần số
6. 4 Hiệu chỉnh tán sắc:
Hệ trục tán sắc là một hệ trục X-Y với :
- Trục Y là trễ, có thể là phase với độ chính xác của tần số điều chế là 10ppm, độ chính xác của phase detector là 0.2%.
- Trục X là bước sóng, với sai số là +/-0.2nm
Ta sẽ xét đến sự chính xác của tần số điều chế :
Ta có công thức tính tán sắc là :
( ) L ( f L)ps nm km
Disersion= ∆τ /∆λ .1/ =∆φ 2π∆λ. / /
Trong đó f = 70000Mhz là tần số của được cung cấp bởi bộ dao động chủ là bộ giao động thạch anh với độ chính xác là 10ppm. Sai số này được sử dụng cho mọi nhiệt độ do có bộ bù nhiệt độ. Ngõ ra được đặt ở mặt sau của panel của CD 400.
Khi so sánh sai số này với những nguồn lỗi khác, ta có thể bỏ qua sai số của tần số điều chế.
Xét độ chính xác của phase detector:
Dưới đây sẽ là một thí nghiệm xây dựng mô phỏng tán sắc với hiệu chỉnh trễ. Bộ hiệu chỉnh NPL có độ chính xác đến +/- 0.1%
H6.10 Mô phỏng tán sắc
Kết quả thu được :
H6.11 Sai số trễ <0.1% Bộ hiệu chỉnh bước sóng :
CD 301 sẽ có 4 bộ lọc nhiễu được đặt trong cùng một hộp, như vậy chỉ có 4 điểm để hiệu chỉnh với độ chính xác là +/-0.5nm
H6.12 Bộ lọc nhiễu của CD 301
Với CD 401 sẽ có một bộ điều khiển nhiệt độ chuẩn được tích hợp trong hộp. Sẽ có nhiều đường hơn để hiệu chỉnh với độ chính xác là +/-0.2nm.
H6.13 Bộ điều khiển nhiệt độ chuẩn
H6.14 Wave length error Độ chính xác của tán sắc :
nguyên nhân chính sau : do sự thoái hóa của đường truyền quang, sử dụng các bộ kết nối PC, APC, các mối hàn…Từ đó sẽ tạo ra những mode khác nhau và dẫn đến trễ khác nhau…
H6.16 Lỗi phản xạ
H6.17 Sẽ hình thành những mode khác nhau tại đầu thu
Có nhiều loại kết nối bao gồm FC với suy hao -20dB, PC với suy hao -35dB, APC (góc 8độ) với suy hao -65dB.
H6.18 Các mối nối FC, PC, APC
Hiện tượng phản xạ sẽ xuất hiện tại các mối nối hay các mối hàn sợi quang. Do đó tránh tạo các mặt phẳng ở các mối hàn. Mối nối APC vẫn còn tồn tại sự phản xạ tuy nhiên với góc 8 độ thì tia sang phản xạ sẽ không bị dẫn vào trong sợi quang.
H6.19 Đường điều chỉnh (fitted line) là tập hợp những điểm trung bình độ lệch của tán sắc với công thức tính ước lượng lỗi tiêu chuẩn SEE –Standard error estimate
H6.20 Lỗi dư so với đường điều chỉnh
Khi chỉ số SEE cao điều đó đồng nghĩa với việc ta đã sử dụng nhầm loại sợi, sử dụng điều chỉnh three term cho sợi NDSF tại cửa sổ 1300nm. Sử dụng điều chỉnh tuyến tính hay five term cho sợi DZDF/DSF tại cửa sổ 1550nm
Tối ưu những điểm tán sắc để thu được sự điều chỉnh tốt nhất, đây là cách tốt nhất để có lamda zero/độ dốc. Đặt những điểm đối xứng xung quanh điểm mà bước sóng có tán sắc bằng zero, điều này làm giảm những lỗi hồi quy trên đường điều chỉnh
H6.21 Vùng tối ưu cho sự xuất hiện của lamda zero là tập hợp những điểm ở giữa
Một vấn đề cần quan tâm đó là khả năng lặp kém, lý do được đưa ra ở đây bao gồm: - Sợi quang quá ngắn không đủ dịch pha cho số lặp tốt
- Sợi quang quá dài, cung cấp năng lượng cho hệ thống ít trong khi suy hao nhiều - Sự suy hao của sợi quang tại những bước sóng dài hơn – bend loss..
H6.22 Suy hao do ion OH- và bend loss
7. Đo chiều dài
Tần số f1 thấp nhất được lựa chọn (440Hz) sao cho trong khoảng 200km sợi quang sẽ không có nhiều hơn một chu kỳ pha. Chúng ta ước lượng được chiều dài L1 của sợi quang :
1 = [ ( ) / ( . . ) ]. / ( )φ1 π 1 λ
L 2 f c n
Kết hợp với tần số cao hơn f2, pha tại tần số f1 được sử dụng để tính toán hệ số trượt
2
M và do đó tại f2 sẽ ước lượng chiều dài đoạn dây tốt hơn ta được L2
M2= ROUND{ (L1.2.π.f2).n(λ)/c L2= [ (φ2+M2) / (2.π.f2) ]. c/n(λ)
Sự ước lượng sẽ được sử dụng cho những tần số cao hơn để có những ước lượng tốt hơn M3= ROUND{ (L2.2.π.f3).n(λ)/c
L3= [ (φ3+M3) / (2.π.f3) ]. c/n(λ) Và tại tần số cuối cùng, f5 ta sẽ tính được chiều dài chính xác nhất :
M5= ROUND{ (L5.2.π.f5).n(λ)/c L = L5 = [ (φ5+M5) / (2.π.f5) ]. c/n(λ)
8. Laser version : CD 400L, CD450
- Hệ thống tán sắc Led
- Thiết lập trên nhiều loại sợi và cáp khác nhau trên toàn thế giới
CD400L :
- Hệ thống tán sắc Laser
- Tăng bước sóng chính xác và dải tần linh động - Sử dụng toàn bộ bước sóng băng C và L
CD400-450 :
- Kết hợp cả laser và led cho hệ thống đo tán sắc - Trộn lẫn cả Led và Laser
- Sử dụng tần số trong khoảng 1250 – 1650nm - Bao gồm CD400, CD450 và các phụ kiện bổ sung
8.1 Sử dụng nguồn laser cho việc đo tán sắc sắc thể
Sử dụng nguồn laser cho việc đo tán sắc sắc thể vì những lý do sau : Độ rộng phổ hẹp (narrow line width):
- Dễ dàng đo đạc chính xác bước sóng
- Loại bỏ sự tác động của phổ do sự suy giảm của đỉnh trong sợi quang
Công suất cao (High Power)
- Tăng sự linh động của dải tần - Sử dụng sợi quang dài hơn - Lặp nhiểu hơn
- Thời gian đo nhanh hơn
Bước sóng chính xác :
- Có thể sử dụng máy đo sóng
- Không yêu cầu trên bước sóng được sử dụng
Khi so sánh nguồn laser điều chỉnh được với nguồn Led ta nhận thấy rằng nguồn laser điều chỉnh được tốt hơn trong rất nhiều khía cạnh và thiết thực hơn, cụ thể như sau :
+ Nguồn Laser :
- Có bước sóng chính xác hơn - Không có hiệu ứng tách lớp phổ - Độ tán sắc chính xác hơn
- Cần thiết cho sợi quang bù tán sắc được sử dụng ở những nơi có độ tán sắc cao và đòi hỏi độ chính xác cao
+ Nguồn Led
- Giá rẻ hơn
- Không có thành phần thay đổi - Vùng bao phủ lớn hơn
- Bước sóng có độ chính xác kém hơn - Nguồn công suất cao hơn
H8.1 Pha của nguồn sáng tới được so sánh với pha của nguồn gốc đễ xác định độ trễ nhóm trong sợi quang
8.2 Hiện tượng trượt phổ
Đây là hiện tượng chỉ xảy ra đối với nguồn Led. Nếu phổ của nguồn Led rộng hơn dải bước sóng được sử dụng để truyền tín hiệu (λN −λI) , thì phổ của tín hiệu sẽ bị trượt từ bên trái sang bên phải vào mỗi port của tín hiệu ngõ ra. Hiện tượng này sẽ gây ra sự dịch bước sóng, và tán sắc không chính xác
H8.2 Quá trình trượt phổ từ trái sang phải
Để giải quyết vấn đề này thì trong module DCF phải sử dụng một nguồn tán sắc âm lớn (-1000ps/nm) có dạng lưới sóng hình chữ V (notch grating)
H8.4 Grating Notch
Đối với nguồn laser thì không có hiện tượng trượt phổ tuy nhiên vẫn xuất hiện trễ, đường trễ không có độ cong và nhìn vào hình bên dưới ta nhận thấy rằng đường trễ bị rớt xuống khi công suất rớt xuống 40dB
H8.5 Đường trễ không có độ cong
8.3 Đo sợi quang bù tán sắc
Sợi quang bù tán sắc có một số đặc điểm sau:
- Có giá trị tán sắc lớn - Độ dốc tán sắc lớn
- Cần tán sắc với độ chính xác cao cho khối bù tán sắc - Một vài DCF có suy hao đỉnh
- Suy hao lớn hơn so với sợi quang thông thường
Để sử dụng được sợi quang bù tán sắc (DC fiber) ta cần dùng hệ thống laser vì:
8.4 Hệ thống CD400L
Đặc điểm :
- Dành cho hệ thống tán sắc laser
- Sử dụng nguồn laser điều chỉnh được do đó cho kết quả chính xác - Tùy chọn máy đo bước sóng để xác định bước sóng của tia laser - Dải tần với độ linh hoạt cao
- Tốc độ cao (2s/point)
- Tán sắc với độ chính xác cao - Có khoảng tán sắc lớn
- Kết hợp với việc đo chiều dài bước sóng - Có chế độ trễ cho việc kiểm tra thiết bị - Có sự lựa chọn giữa bốn nguồn laser - Lựa chọn việc kiểm tra hiệu năng phản xạ
H8.6 Sơ đồ khối CD 400L
Kiểm tra thiết bị :
Các thành phần của DWDM như Mux/Demux, filter, Isolator, khối bù tán sắc có dải băng hẹp với trễ hay tán sắc là một đặc tính quan trọng đặc biệt là trong thiết bị DC-FBG (Dispersion Compensating Fiber Bragg Grating). Đặc tính của dải băng hẹp và dốc sẽ dẫn đến một vài vấn đề trong quá trình đo đạc. Perkinelmer đã phát triển một hệ thống tối ưu cho việc đo trễ của thiết bị
Thiết bị DWDM :
- Cần băng thông cho DWDM
- Cần để điều khiển mỗi bước sóng độc lập
Các loại thiết bị: - Mux/Demux - Filer - Isolator - Optical switch - DCM
- Suy hao do các mối nối ngoài - Suy hao do phản xạ
- Độ gợn sóng
- Bước sóng trung tâm
- Sự đồng đều giữa các kênh truyền - Giao tiếp chéo
Ta có thể tiến hành đo đạc trên toàn bộ băng C và L
Mỗi thành phần của hệ thống có độ tán sắc thấp, tuy nhiên có rất nhiều thành phần như vậy, do đó việc mô tả hiệu năng của thành phần có ý nghĩa quan trọng. Ta có các thông số sau :
- PMD<0.2ps - CD<0.2ps
Các thời điểm cần tiến hành test cần tiến hành test :
- Trong quá trình nghiên cứu và phát triển - Trong quá trình sản xuất
- Kiểm tra chất lượng tại cuối mỗi quá trình sản xuất
- Khi đã trở thành hàng hóa, xuất hiện trong các hệ thống của các công ty
Hạn chế của CD 400L :
- Tốc độ đo chậm – mất 15 phút để quét toàn bộ dải băng. - Điều chế tần số chậm
- Không liên tục trong việc xây dựng profile
- Đơn kênh – trong khi các thành phần cần được đo nhiều kênh cùng lúc. - Không đo được công suất
CD400 CD300
ĐỊnh chuẩn bước sóng
Sư dụng bốn bộ lộc để thực hiện định chuẩn cơ bản,
CD301 (không bán)
Có Không
Sử dụng định chuẩn cố định Fabry-Perot Etalon cho việc định chuẩn bước sóng cuối
cùng, CD301B Có Không Độ chính xác của bước 0.2 nm 0.5 nm without CD301B
ĐỊnh chuẩn độ dốc
Khung định chuẩn sử dụng CD313/302A, NPL theo dõi
trễ
Có, 0.2% Không Định chuẩn phụ thuộc NIST
DS fiber Có Không Định chuẩn phụ thuộc NPL NDS fiber Có Có Định chuẩn phụ thuộc NPL DS fiber Có Có Độ chính xác của độ dốc 1.5% 2% Other
Power calibration between
ranges Có Có
Phase calibration between
ranges Có Không
Length accuracy 5mm+6*10-6 *
length 100mm + 2*10
-3
*length Internal reflection levels -40dB -30 dB
Repeatability
Lambda zero (high power
LEDs) 0.006nm 0.04 nm
Slope (high power LEDs) 0.04 % 0.3%
Length 1 mm 5 mm
Strain/delay 0.15 mm /0.8 ps 0.3 mm/ 2 ps
Speed & dynamic range
Dispersion <2 sec. per point 10 sec. per point Length measurement 4 sec ~60 sec
PMD (64 points) 40 sec 130 sec Dynamic Range 40 dB ~35 dB
CD400 CD300
Đặc điểm Hardware/
software
Tần số điều chế 70 MHz 50 MHz Wavelength chop frequency 260 Hz 217 Hz
LED sources 2 std, 3 optional 2 only Kiểm soát nhiệt độ LED Có Có
thông qua bộ TEC nội ĐIều khiển nhiệt độ LED
gộp Có
Có , ở lần nâng cấp mới nhất Tần số tham chiếu Hằng tuần Hằng ngày SSM điều khiển nhiệt độ Có Không
Cải thiện Monochromator 1998 về trước Không , trừ khi nâng cấp
Air or Vacuum modes Có Không, chỉ tính toán bằng tay
Single Mode fiber Receiver Có Không Sử dụng kĩ thuật DSP cho sự ổn định và tán sắc chính xác hơn Có Không Fan servo Improved range (via PWM), programmable set point
Yes (fixed set point) Độ dốc tại mỗi bước sóng Có Không
Win 98/NT Có Có
Software Coding 32 bit 16 bit Remote control (RS232) Extensive Sufficient
Size 15 x 43 x 49 2 off 30 x 48 x 51 cm
Weight 19 kg 61 kg
8.5 OCT800
H8.7 OCT 800
OCT 800 có thể đo được các thông số sau : - Tán sắc sắc thể
- Suy hao phản xạ - Độ gợn sóng
- Bước sóng trung tâm - Sự đồng đều giữa các kênh - Liên kết chéo
Các đặc điểm của OCT 800 :
- Có thể mở rộng để đo nhiều kênh cùng lúc - Có thể thêm vào một số đặc điểm khi cần thiết - Cho phép việc sửa chữa nhanh
- Phù hợp cho rack chuẩn 19 inch - Làm việc với một dải tần số của laser - Điều chế tần số = 70Mhz
- Sử dụng đa kênh để mô tả đặc điểm của toàn bộ các thành phần chỉ trong một lần quét. ( lên tới 256 kênh)
Một số đặc điểm quan trọng trong thiết kết OCT 800 đảm bảo cho hiệu năng tối ưu nhất :
- Khối ổn định nhiệt đảm bảo sự ổn định của nhiệt độ về lâu dài
- Hệ mạch điện của phần cứng sử dụng để đo trễ và pha đặc biệt ổn định - Khối ổn định nhiệt cho bộ thu quang
- Sử dụng sợi PM kết nối với nguồn laser để cải thiện sự ổn định công suất - Sử dụng bộ kết nối APC để giảm thiểu sự phản xạ
- Lựa chọn cẩn thận các thành phần sợi quang cho ứng dụng này - Sử dụng bộ sử lý tín hiệu số cho quá trình tách pha (phase detector) - Mô phỏng sự phản xạ và truyền về kết quả đo được
- Kiểm soát chuyển mạch chặt chẽ để tránh lỗi trên máy đo sóng
- Cố định tần số điều chế để đảm bảo nhiễu thấp trong quá trình tách pha - Thu hẹp băng thông điện tử cho phép đạt được nhiễu tốt hơn
- Quét điểm sáng hay quét theo từng bước bước sóng
Khối kiểm tra trễ :
H8.8 Khối trễ
- Cần quan tâm đến những đáp ứng truyền và phản xạ theo cả hai hướng
- Cấu trúc trễ và suy hao rất tốt để hạn chế độ gợn sóng và những sự không hoàn hảo khác
- Cần nhiều điểm đo (thời gian đo sẽ dài hơn)
Những trang bị cho khối kiểm tra trễ :
- Kích thước bậc bước sóng tốt - Độ rộng đường phổ hẹp
- Khả năng kiểm soát chuyển mạch chặt chẽ
- Tần số điều chế nhỏ - Chiếm giữ ít băng thông quang - Sự phân tích trễ cao
- Tốc độ cao và dải tần linh động
- Cấu hình cho sự truyền dẫn và phản xạ
9. Kiểm tra tán sắc hệ thống mạng
Hệ thống mạng sẽ có một số yêu cầu đặc biệt như truy cập end – to – end, sợi quang có chiều dài là 100 – 1000 – 10000km. Đối với khuếch đại trong hệ thống mạng, phải có bộ phục hồi mức công suất cứ sau mỗi 50 – 100 km, trong quá trình khuếch đại sẽ sinh ra